ДАТЧИКИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И УГЛА ПОВОРОТА
В автоматических системах существует самостоятельная задача измерения величин перемещения и угла поворота механизмов. Но эта же задача требуется как вспомогательная для преобразования величин перемещений и поворотов в электрический сигнал во всех рассмотренных выше датчиках, так как системы автоматики в подавляющем большинстве электрические.
Датчики перемещения и угла поворота подразделяются на потенциометрические, индукционные, трансформаторные, сельсинные и др.
Потенциометрический датчик (рис.16.1) содержит переменный резистор с сопротивлением R, к которому подведено напряжение питания Е. Движок перемещается на величину z. С части сопротивления r резистора, пропорционального перемещению или углу поворота z, снимается напряжение U, величина которого равна
(16.1)
Недостаток потенциометрического датчика состоит в наличии изнашивающегося скользящего контакта.
Простой индуктивный датчик перемещения (рис.16.2а) содержит сердечник 2, на котором намотана катушка, и якорь 1. К цепи последовательно соединённых XL и R подведено переменное напряжение Е питания.
При изменении зазора d между сердечником и якорем изменяется индуктивное сопротивление XL - при увеличении d сопротивление XL уменьшается. Эквивалентная электрическая схема датчика приведена на рис.16.2б. Выходное напряжение U равно
(16.2)
|
|
|
График зависимости между перемещением d якоря и напряжением U нелинейный (рис.16.2в). Датчик применяется, в основном, как сигнализатор крайних положений якоря.
Для точных измерений перемещения чаще всего используются либо индуктивный, либо трансформаторный дифференциальный датчик положения. Трансформаторный дифференциальный датчик (рис.16.3) состоит из первичной обмотки w 1 трансформатора и двух вторичных обмоток w 2 и w 3. На пути магнитных потоков Ф12 и Ф13, связывающих первичную обмотку с вторичными, расположен стальной сердечник, который может перемещаться внешней силой на расстояние d. В среднем положении сердечника по отношению к обоим вторичным обмоткам магнитные потоки Ф12 и Ф13 одинаковые, поэтому одинаковые и напряжения U 2 и U 3 вторичных обмоток. Обмотки w 2 и w 3 включены по напряжениям встречно. Выходное напряжение датчика U = U 2 - U 3 =0. Если сердечник сдвинется от этого положения вправо, то магнитная связь между w 1 и w 3 усилится, а между w 1 и w 2 станет слабее. Поэтому будет Ф13>Ф12, U 3 > U 2 и U = U 2 - U 3 . ¹ 0. При смещении влево также будет U = U 2 - U 3 . ¹ 0, но фаза напряжения U изменится на 1800. Этот датчик обладает высокой точностью и линейностью зависимости напряжения U от перемещения d.
|
|
|
Для измерения угла поворота и дистанционной (на расстояние) передачи его значения, как например, в САУ курсом судна для передачи в авторулевой угла поворота пера руля, служит сельсин. Ниже рассмотрена схема дистанционной передачи угла поворота (рис.16.4).
Сельсин состоит из неподвижного статора, на котором расположена обмотка wC, и ротора, который может поворачиваться и на котором расположены три обмотки под углом 1200 между собой. Обмотки ротора имеют названия: обмотка фазы А, обмотка фазы В и обмотка фазы С. Сельсины соединяются между собой одноименными обмотками. Один из сельсинов является сельсином-датчиком (СД), а другой - сельсином-приёмником (СП). На обмотки статора w СД и w СП подаётся переменное напряжение U. Протекающие в этих обмотках переменные токи создают переменные магнитные потоки ФСД и ФСП, направленные по осям обмоток. Эти потоки, пронизывая обмотки роторов индуктируют в них электродвижущие силы (э.д.с.), которые в цепях замкнутых обмоток создают токи. В частности, поток ФСД индуктирует э.д.с. с роторе СД, эти э.д.с. создают фазные токи IA, IB и IC, а токи создают магнитные потоки обмоток фаз. Суммой фазных магнитных потоков является магнитный поток ФРД ротора СД. По правилу Ленца магнитный поток ФРД будет направлен навстречу потоку ФСД, т.е. препятствовать изменению ФСД.
|
|
|
Токи IA, IB и IC будут также протекать по фазным обмоткам ротора СП. Направления токов в обмотках СП будет противоположно направлению их в СД. Значит и создаваемый в СП этими токами магнитный поток ФРП будет противоположного направления, чем в СД (если в СД поток направлен к центру, то в СП направлен от центра). В СП между магнитными потоками ФСП и ФРП возникнет электромагнитная сила, которая будет разворачивать ротор СП до тех пор, пока потоки ФСП и ФРП совпадут. В итоге ротор СП примет такое же направление в пространстве, как и ротор СД. Если далее поворачивают ротор СД, то вслед за ним также будет поворачиваться и ротор СП. Так работает дистанционная передача угла поворота с использованием сельсинов.
На рис.16.4 справа вверху приведен чертеж, которым поясняется возникновение сил сближения между потоками ФСП и ФРП, расположенными между собой под углом. Потоку ФРП сопоставляем замкнутый контур с током, который этот поток создаёт (из курса физики известно, что магнитное поле создаётся только электрическим током). На контур с током, находящийся в магнитном поле ФСП, действует пара электромагнитных сил F, направление которых определяется правилом левой руки. Как следует из построений, пара сил разворачивает контур и связанный с ним магнитный поток ФСП в направлении совмещения с потоком ФРП.
|
|
|
УСИЛИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Большинство рассмотренных выше датчиков - маломощные устройства. Также маломощны автоматические регуляторы. Усилители вводят в САУ для получения мощных сигналов, которые поступают на объекты автоматики и регулирующие органы. Усилители подразделяются по виду используемой энергии на гидравлические, пневматические и электрические. Усилители, воздействующие на регулирующие органы, называют серводвигателями.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 403; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!