Электромеханические устройства измерения рассогласования

В данном параграфе рассматриваются измерители рассогласования (ИР), используемые в автоматических системах дистанционной передачи угла. Такие измерители в основном используются в силовых следящих системах (сервоприводах), когда передаваемый угол задается оператором. Однако составляющие элементы таких измерителей во многих случаях могут использоваться в качестве самостоятельных датчиков углового положения вала. Их показания часто далее преобразуются в цифровой сигнал и используются по назначению в автоматизированных системах.

Структурная схема измерителя рассогласования в составе обобщенной функциональной схемы следящей системы показана на рис. 3.61.

Будем далее рассматривать в разделе два наиболее распространенных типа ИР:

• 1) потенциометрические;
• 2) трансформаторные.

Рис. 3.61. Структурная схема измерителя рассогласования в составе обобщенной функциональной схемы следящей системы

Потенциометрические измерители рассогласования

Потенциометрические ИР реализуют на круговых потенциометрах. На рис. 3.62 показаны различные круговые потенциометры с проволочными обмотками (2) и контактными движками (1).

Рис. 3.62. Круговые проволочные потенциометры

На рис. 3.63 дается упрощенное представление кругового потенциометра (а) и его изображение на схемах (б).

Круговые потенциометры имеют проволочную обмотку, располагаемую на цилиндрической подложке из изоляционного материала. Концы обмотки выведены наружу. Обмотка в виде проволоки с определенным удельным сопротивлением. По торцевой поверхности обмотки по кругу может перемещаться движок со скользящим контактом. Сигнал с движка также выводится наружу.

Для реализации потенциометрических ИР используют два круговых проволочных потециометра. Движок одного потециометра соединен со входным.

Рис. 3.63. Упрощенное представление кругового потенциометра (а) и его изображение на схемах (б).

валом, положение которого обычно задает оператор (это потенциометрдатчик), а движок другого потенциометра (потенциометр-приемник) соединен с валом нагрузки. Схема соединений нотециометров, показанная на рис. 3.64, образует потенциометрический ИР. Положение движков потенциометров определяет входной угол и угол поворота нагрузки. Это могут быть углы относительно какого-либо направления (как отмечено на рисунке) либо абсолютные значения этих углов относительно точек начала отсчета. Фактически подобный ИР представляет собой измерительный мост, схема которого представлена на рис. 3.65.

Рис. 3.64. Потенциометрический измеритель рассогласования

Рис. 3.63. Схема замещения ИР на потенциометрах

Выходное напряжение моста определяется соотношением.

^сети где л_изм = ——; <�р_макс — максимальный угол поворота движка потенциометра.

т макс При согласованном положении движков потенциометров f/_1I3M = 0 или я, д₃

соответственно. Поскольку R_] + R₂ = R₃ + R_v то в этом случае всегда = Л₃; R₂ = Д₄.

Недостатком рассмотренного ИР является сектор, выпадающий из управления, так как обычные потенциометры имеют ограниченный угол поворота, меньший 360°.

Для построения ИР на потенциометрах без ограничения угла поворота используются специальные круговые потенциометры со сплошной обмоткой по кругу и с тремя выводами через 120°. У этих потенциометров делается, но два диаметрально расположенных, но изолированных друг от друга скользящих контакта (движка). Устройство такого ИР схематично показано на рис. 3.66. Здесь трехпроводная линия связывает корпус потенциометра-датчика с корпусом потенциометра-приемника. Скользящие контакты движка потенциометра-датчика подсоединяются к источнику сетевого напряжения ?/_сетн, а выходное напряжение ИР снимается со скользящих контактов потенциометра-приемника.

Анализ работы данного устройства по его принципиальной схеме гораздо сложнее предыдущего варианта, но приводит к аналогичному результату: U_H3M = К_тм(ф_вх — Ф_вых). Однако следует отметить, что согласованному положению соответствует взаимнопериендикулярное пространственное расположение движков. Поэтому в следящих системах для устранения этого эффекта разворачивают и закрепляют корпуса датчика и приемника со сдвигом в пространстве друг относительно друга на 90°. Это же делается и для трансформаторных ИР, которые рассматривания далее.

Достоинства ИР на потенциометрах: малый вес, габариты, могут работать как на постоянном, так и на переменном токе.

Недостатки: трущиеся контакты; дискретность статической характеристики из-за перескока контактов с витка на виток; относительно невысокая надежность; возникающие высокочастотные помехи при движении контактов.

Погрешности ИР на потенциометрах в основном определяются качеством проволоки, которая идет на обмотку потенциометра. Здесь выделяют два вида погрешности:

1) погрешность, связанная с отклонением общей величины сопротивле;

AR

ния потенциометра от номинального значения — • 100%;

2) погрешность, связанная с отклонением от линейного вида статичес;

f—1 -к

Аф " R_n0M

кой характеристики потенциометра ± ——-100%, где К_п = —.

К" Ф макс В процессе изготовления все потенциометры проходят поверку, в результате чего изготовленные потенциометры разделяются на четыре группы по классам точности в соответствии с табл. 3.3. Все, что не попадает в группу III класса точности, относится к браку и отправляется на переделку.

Рис. 3.66. Устройство ИР на потенциометрах без ограничения угла поворота Погрешность измерителя рассогласования б_НР любого типа оценивается как.

Таблица 3.3

Классы точности потенциометров.