10.2. Давачі лінійного та кутового переміщення

 

Принцип дії потенціометричних давачів (ПД), які призначені для вимірювання кутових або лінійних переміщень, заснований на зміні опору  під час зміни довжини  провідника.

Найбільш поширені дротяні ПД безперервного намотування. Такий давач складається із каркасу, обмотки і рухомого струмозйомного контакту у вигляді щітки, яка ковзає витками дроту, очищеними в місці контакту від ізоляції. Каркас виконується із ізоляційного матеріалу, а для обмотки використовуються сплави з високим питомим опором: манганін, константан, ніхром.

Принципова схема ПД наведена на рис. 10.3. До затискачів П і К навантаженого потенціометра прикладається постійна або змінна напруга . Опір потенціометра між затискачем П і щіткою Щ змінюється за законом:

.

Вихідна напруга  знімається з  і залежить від . Отже, здійснюється перетворення переміщення  в напругу .

Із зміщенням Щ вправо від точки П на величину , вихідна напруга ПД в режимі неробочого ходу:

.                                           (10.3)

Рис. 10.3 Принципова схема потенціометричних давачів

 

Статична характеристика в цьому режимі лінійна (рис. 10.4). У режимі навантаження ця характеристика стає нелінійною.

Рис. 10.4. Статична характеристика ПД в неробочому режимі

 

Вихідна напруга ПД:

.                                          (10.4.)

У відповідності з теоремою про еквівалентний генератор:

,                                         (10.5)

де  – еквівалентний опір схеми між точками П та Щ з боку навантаження за умови закороченого джерела живлення.

Підставляючи (10.3) і (10.5) в (10.4), отримаємо:

.

За  маємо   за  маємо  .

Для зменшення впливу навантаження вибирають .

Характеристика  реальних ПД має ступеневий характер, так як переміщення щітки з одного витка дроту на інший викликає стрибкоподібну зміну . Похибка, яка викликається ступінчастістю характеристики, складає:

,

де  – повна кількість витків ПД.

Для зменшення  збільшують , зменшуючи діаметр дроту. Однак зі збільшенням  різко росте опір ПД, що призводить до збільшення нелінійності характеристики .

Перевагами ПД є малі маса та габарити, простота конструкції. Основними недоліками є наявність контакту, що ковзає та сильний вплив  на лінійність характеристики .

Коли створюють індуктивні давачі (ІД), використовують зміну індуктивності, яка викликана переміщенням рухомої частини. ІД перед ПД мають суттєві переваги: більшу надійність і значно більший термін служби. До недоліків ІД слід віднести наявність залишкового сигналу, чутливість до зміни напруги живлення та наявність фазових спотворень. Працюють ІД тільки на змінному струмі.

Рис. 10.5. Схема нереверсивного ІД

 

Схема нереверсивного ІД зі змінним активним магнітним опором немагнітного зазору наведена на рис. 10.5. ІД складається з С-подібного магнітопроводу 1, на який намотана обмотка збудження 2, і рухомого якоря 3.

Якщо нехтувати опором магнітопроводу, який для ненасичених систем малий у порівнянні з магнітним опором зазору, то індуктивність обмотки:

а її індуктивний опір:

де  – площа поперечного перерізу магнітопроводу.

Опір електричного кола ІД:

,

де ;  – активний опір обмотки.

Вихідна напруга давача:

.

У більшості конструкцій ІД  і тому:

.

Залежність, яка побудована за цією формулою, являє собою пряму (рис. 10.6, штрихова лінія). Реальна крива  (неперервна лінія) не проходить через початок координат. Це пояснюється тим, що за  опір МК має кінцеве значення, і тому  За великих  характеристика відхиляється від лінійної функції через те, що  стає співмірним з , крім того, МК насичується.

Рис. 10.6. Залежність

 

Для точного вимірювання великих переміщень застосовуються лінійні та кругові ІД із зубчастими осердями. Вони мають періодичну характеристику і дозволяють вимірювати лінійне (кутове) переміщення шляхом підрахунку періодів зміни вихідного сигналу у процесі руху рухомої частини.

Принципова схема такого ІД наведена на рис. 10.7, а. Магнітопровід 1 має зубчасті полоси.

Рис. 10.7 Принципова схема лінійного ІД

 

На магнітопроводі розташована обмотка 2. Зубчастий якір 3, зв’язаний з рухомою частиною давача, переміщується в горизонтальному напрямку відносно нерухомого магнітопроводу 1. Із переміщенням якоря змінюється повний опір обмотки від  до  (рис. 10.7, б). Обмотка вмикається в одне з плечей мостової схеми (рис. 10.7, в), яка урівноважується якщо .

На виході мостової схеми створюється , яка є близькою до синусоїдної (рис. 10.7, г). За кількістю повних періодів можна обчислити , визначивши за геометричними розмірами переміщення, яке відповідає одному періоду. Для підвищення чутливості ІД застосовують дві однакові магнітні системи, які зсунуті на ширину зубця одна відносно іншої. Обмотки вмикають у два плеча  і  схеми на рис. 10.7, в. Отже, якщо  росте, то  падає, і навпаки.