Датчики и измерительные устройства на потенциометрах

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 13Следующая ⇒

Потенциометрические датчики отличаются простотой конструкции, малой мощностью потребляемой энергии, минимальными размерами и весом, удобством в эксплуатации. Осуществляют преобразование угловых или линейных перемещений выходных звеньев кинематических целей в электрический сигнал постоянного или переменного тока.

Для локальных систем обычно применяют проволочные потенциометрические датчики угла поворота типа ПД и ПП. Последние отличаются от потенциометра типа ПД наличием концевых выключателей. Рабочий угол поворота датчиков составляет 350º: j_р = 350º.

Для локальных систем с расширенным диапазоном работы (более 350º) применяют круговые потенциометры типа ПК2 (двухщеточные) или ПК3 (трехщеточные) с рабочим углом до 7200º.

Схема потенциометрического датчика управляемой величины  показана на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1

Входной величиной датчика является угол поворота нагрузки , например, регулирующего органа объекта управления, а выходной величиной – напряжение u _Д, снимаемое со щетки токосъемного элемента. Реостат потенциометра, имеющий полное сопротивление R, запитывается от двух источников питания напряжением + u _П  и – u _П, соединенных в точке «0». Максимальный угол перемещения щетки относительно середины потенциометра равен половине рабочего угла

В режиме холостого хода (R _н = ∞) выходное напряжение датчика

,                           (2.2)

где q _n – передаточное число повышающего редуктора.

Преобразуя правую часть формулы (2.2), получим

.                                   (2.3)

В этом выражении сомножитель  называют коэффициентом передачи (чувствительностью) датчика и обозначают буквой K _Д:

.                                                     (2.4)

Видно, что при q_п > 1редуктор повышает чувствительность потенциометрического датчика.

Статическая характеристика (2.3) линейная при работе датчика в режиме холостого хода (R _н = ∞). Подключение сопротивления нагрузки R _н, соизмеримого с сопротивлением реостата потенциометра R,нарушает линейность из-за шунтирующего действия. Однако при   отклонение от линейности не превышает значения 0,025 %, и характеристику можно считать линейной.

Схема измерительного устройства на потенциометрах со средней точкой «0» показана на рисунке 2.2, где RC – потенциометр-датчик; RE – потенциометр-приемник; DA 1 – усилитель-сумматор.

Движки токосъемных элементов потенциометров кинематически связаны с задающей осью j_вх(t) и осью j_н(t) исполнительного устройства локальной системы. Снимаемые с потенциометров сигналы в виде медленных изменений напряжений U ₁ и U ₂постоянного тока поступают на вход усилителя-сумматора. На выходе усилителя напряжение u _δ(t) пропорционально рассогласованию углового положения задающей j_вх(t) и исполнительной j_н(t) осей

.                            (2.5)

Рисунок 2.2

Измерительное устройство применяют в маломощных системах слежения за изменением угла j_вх(t), например, под воздействием медленных периодических возмущений. Возможную погрешность устройства оценивают по формуле для средней квадратической ошибки:

                             (2.6)

где d _RC и d _RE – пределы допустимой погрешности потенциометров датчика
                       и приемника соответственно.

В локальных системах обычно применяют потенциометры второго класса точности, для которых d _RC = d _RE = 0,5 угловых градуса  и редуктор, погрешность которого выбирают из ряда значений d_р  = 3…5 угловых минут.

В некоторых системах измерительное устройство осуществляют по схеме, показанной на рисунке 2.3, где U _вх  – сигнал управления на входе локальной системы, сформированный на предыдущем, старшем по рангу уровне управления:

Измерительное устройство обладает меньшей погрешностью

                                     (2.7)

Рисунок 2.3

На рисунке 2.4 приведена принципиальная схема измерительного устройства, которая нашла применение в ряде промышленных систем стабилизации и регулирования параметров технологического процесса, например уровня жидкости в резервуаре.

Рисунок 2.4

При изменении уровня воды чувствительный элемент датчика (на рисунке не показан) поворачивает валик на угол j_н(t), который перемещает движок потенциометра RE относительно заданного углового положения j_з движка в потенциометре RC. Таким образом, измерительное устройство измеряет относительное рассогласование δ(t) = j_з(t) – j_н(t).

Основные характеристики устройства:

– коэффициент передачи (чувствительность)

;                                               (2.8)

– средняя квадратическая погрешность

;                           (2.9)

– напряжение на выходе устройства

.                           (2.10)

Из сопоставления уравнений (2.5) и (2.10) следует, что независимо от схемы реализации измерительного устройства их структурные схемы имеют один и тот же вид, показанный на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5

Друг от друга отличаются только коэффициентом преобразования К _Д и значением погрешности d, которые подлежат расчету.

Пример. Считаем, что для заданных условий работы локальной системы выбран вариант измерительного устройства, принципиальная схема которого изображена на рисунке 2.3, и однооборотный потенциометр RE второго класса точности с характеристиками: сопротивление реостата R = 1,6 кОм; мощность рассеивания Р = 1 Вт. Максимальный угол поворота исполнительной оси .

Расчет

– передаточное число повышающего редуктора

,

принимаем q_п = 5;

– напряжение питания

 В;

– коэффициент преобразования

 В/град

или  В/рад;

– возможная погрешность измерительного устройства при d _RE = 30 угловых минут и погрешности редуктора d_р=1,5 угловых минут.

 угловых минут.

Познавательные статьи:



Организация работы процедурного кабинета

Статус республик в составе РФ

Понятие финансов, их функции и особенности

Сущность демографической политии