4.2 Опис принципів дії основних датчиків і реле
4.2.1 Резистивні датчики
Резистивні датчики, що належать до групи контактних, широко застосовуються в автоматизованому електроприводі як самостійно, в якості задаючих пристроїв, датчиків кутового і лінійного переміщення, так і у вигляді складових частин датчиків електричних і неелектричних величин.
Основним елементом резистивного датчика є резистор – дротовий або виготовлений з провідного матеріалу, що має підвищений електричний опір. Він підключається до джерела еталонної (стабільної) напруги. Вихідним сигналом датчика є напруга або струм.
Застосовуються реостатна (рис. 4.2.1,а) та потенціометрична (рис. 4.2.1,б) схеми ввімкнення резистивних датчиків. Реостатна схема використовується в тих випадках, коли в якості вихідного сигналу датчика використовується струм. Проте найбільшого поширення набули потенціометричні схеми, які дають змогу безпосередньо перетворювати переміщення повзунка в напругу.
Рис. 4.2.1
Рис. 4.2.2 Рис. 4.2.3
Для потенціометричної схеми з лінійним змінним резистором зв’язок між переміщенням і вихідною напругою в режимі холостого ходу також буде лінійним (рис. 4.2.2, характеристика 1). При наявності опору навантаження Rн характеристика датчика стає нелінійною (рис. 4.2.2, характеристика 2).
В тих випадках, коли необхідна зміна полярності вихідної напруги залежно від положення повзунка відносно середньої точки потенціометра, застосовується схема рис. 4.2.3.
Принцип
дії потенціометричного датчика пояснює
рис. 4.2.4. До затискачів потенціометра
прикладається еталонна напруга
.
При переміщенні движка потенціометра
вихідна напруга
змінюється пропорційно вхідному
параметру – переміщенню X.
Рис. 4.2.3 Рис. 4.2.4
Для режиму холостого ходу статична характеристика буде лінійна, тому що справедливо співвідношення
,
(4.2.1)
де ‑ повний опір потенціометра; ‑ опір частини потенціометра, що приходить на величину переміщення движка .
З
огляду на те, що
,
де
‑ повна довжина ходу рухомого контакту,
одержимо:
,
(4.2.2)
де - коефіцієнт передачі потенціометричного датчика.
При
наявності навантажувального опору
характеристика
потенціометричного датчика стає
нелінійної, що видно з наступного
вираження:
,
(4.2.3)
де
.
Якщо
є вхідним опором напівпровідникового
підсилювача, то з достатнім ступенем
точності можна вважати
.
У цьому випадку вираз (4.2.3) здобуває вид
(4.2.1).
Для
потенціометричного датчика кутового
переміщення вирази (4.2.1) – (4.2.3) також
справедливі, однак замість лінійного
переміщення
в
них використовується кут повороту
.
Переваги резистивних датчиків: простота, точність, безінерційність і малі габарити. Недоліки зумовлені наявністю рухомого механічного контакту, який має низьку надійність і зносостійкість.
4.2.2 Датчики сили і моменту
Вимір сил і моментів здійснюється, звичайно, непрямим шляхом по величині деформацій тіл, на які впливають ці сили і моменти. Найбільше поширення одержали тензометричні датчики, чутливим елементом яких є тензометричний резистор, який представляє собою компактно укладений у вигляді петель тонкий дріт діаметром 0,002-0,05 мм із матеріалу з високим електричним опором. Ряди цього дроту обклеюються тонкою плівкою по обидва боки. Самі тензометричні резистори наклеюються на деталь, механічна деформація якої підлягає виміру.
Включення
тензометричних резисторів датчика сили
доцільно виконувати за мостовою схемою
(рис. 4.2.6). При розтяганні (або стисканні)
деталі Д під дією сили
аналогічну
деформацію набуває і дріт тензометричного
резистору, що викликає зміну його
електричного опору на величину
.
Розбаланс мосту фіксується амперметром
РА.
Рис. 4.2.5
Рис.4.2.6
Для компенсації температурної погрішності тензометричного датчика, доцільно, в інше плече мосту включити, як це показано на рис. 4.2.5, ідентичний тензометричний опір, величина якого залишається незмінною за рахунок кріплення його на ділянці Д', не підданої деформації.
Спосіб наклейки і схема підключення тензометричних опорів датчика обертаючого моменту, нечутливого до впливу згинальних моментів, показані, відповідно, на рис. 4.2.6.