Расчёт статических характеристик реостатных и потенциометрических преобразователей

Московский  Государственный  Университет Леса

Кафедра управления автоматизированными производствами ЛПК 
 
 
 
 
 
 
 

Расчётно-графическая работа №1 по дисциплине

«Методы и ТСА»

тема: Расчёт статических  характеристик реостатных и потенциометрических  преобразователей

37 вариант. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил  студент группы ЛМ-42 Натесов А.В.

Преподаватель: доцент, к.т.н., Кирикеев В.А.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва  – 2010

     Исходные  данные:

     37 вариант: U=6 В; R=240 Ом; L=70 мм.

     Тема  задания – статические характеристики реостатных преобразователей.

Реостатные  преобразователи  в системах автоматики

     Реостатный  преобразователь представляет собой проволочный реостат со скользящим движком (ползунком). При перемещении движка изменяется число витков преобразователя, введённых в схему; изменяется сопротивление преобразователя и, соответственно, величина тока и напряжения. Особенностью реостатного преобразователя является то, что движок воздействует не рука человека, а различные механические устройства, объекты обработки и т. д.

Рис1. Примеры  использования реостатных преобразователей: а – датчик диаметров брёвен; б – датчик ускорения; в – датчик давления; г – датчик температуры.

     Реостатный  преобразователь непосредственно  преобразует линейные или угловые  перемещения в электрический  сигнал. Поэтому в системах автоматики он прежде всего может выполнять роль датчика перемещения, пути и т. д. На рис.1,а показана схема датчика диаметров брёвен. Здесь перемещающееся бревно 1 растворяет подпружиненные шторки 2, связанные с ползунками преобразователей 3, электрические параметры которых при этом изменяются.

     На  рис.1,б показан датчик ускорения (акселерометр), выполненный на базе реостатного преобразователя. На направляющую 1 между пружиной 2 посажена масса 3. На массе закреплён движок преобразователя 4. Величина перемещения движка будет пропорциональна ускорению, а направление перемещения – знаку ускорения.

     Реостатный  преобразователь используется также  в датчиках давления (рис.1,в). Здесь  в качестве чувствительного элемента, реагирующего на давление, применяется  сильфон 1. С изменением давления в сильфоне, он деформирует. Движок преобразователя 2, связанный со стенкой сильфона, перемещается – изменяется выходной сигнал, снимаемый с преобразователя.

     В манометрическом датчике температуры (рис.1,г) замкнутая система, включающая капиллярную трубку 1 и сильфон 2, заполнена газом. С изменением температуры, изменяется объём газа и давление в сильфоне. Деформация сильфона вызывает перемещение движка преобразователя.

     Реостатный  преобразователь может быть использован  в датчиках для измерения других технологических параметров.

     Цель  задания – изучение различных схем включения реостатных преобразователей.

     Содержание  и порядок выполнения задания

     1. По заданным параметрам реостатной  схемы (рис2,а), потенциометрической  схемы (рис.2,б) и двухтактной схемы(рис.2,в) включения реостатного преобразователя производим расчёт статических характеристик соответственно по формулам (1), (2) и (3).

     

Рис 2. Схемы  включения реостатных преобразователей: а – реостатная схема; б – потенциометрическая схема; в – двухтактная схема.

                                                                                                    (1)

                                               (2)

                                            (3)

     Обозначения элементов и параметров схемы  следующие:

     х – перемещение движка преобразователя (входное воздействие) в мм;

     L – длина преобразователя в мм;

       – относительное перемещение  движка;

     U_вых – напряжение на выходе преобразователя (выходной сигнал) в вольтах;

     U – напряжение источника в вольтах;

     R_x – сопротивление введённой части преобразователя в Омах;

     R_н – сопротивление резистора нагрузки в Омах;

     R – полное сопротивление преобразователя в Омах;

      – коэффициент нагрузки.

     При постоянном сечении каркаса преобразователя  справедливо соотношение

     

     Для каждой схемы расчёт выполняется  при коэффициентах нагрузки и .

     В схеме, изображённой на рис.2,в, значения R и L соответствуют половине преобразователя.

     В формулах (1) и (2) значение k изменяется в пределах 0<k<1, а в формуле (3) в пределах – 1<k<+1.

     Практически для получения статической характеристики двухтактной схемы (рис.2,в) достаточно произвести расчёт по формуле (3) в пределах  0<k<1, то есть для графика, лежащего в 1 четверти, а затем по этим данным построить график, симметричный полученному, в 3 четверти для отрицательных значений х и U_вых.

     Принимаем соответственно значения x и k:

                               

                         

                         

                         

                           

                         

                         

                         

     Определяем  статические характеристики для реостатной схемы включения реостатного преобразователя (рис2,а).

     Для  :

                                  

                          

                          

                           

     Для  :

                                  

                          

                          

                           

     Определяем  статические характеристики для потенциометрической схемы включения реостатного преобразователя (рис2,б).

     Для  :

                               

               

               

               

     Для  :

                               

               

               

               

     Определяем  статические характеристики для двухтактной схемы включения реостатного преобразователя (рис2,в).

     Для  :

     

     

     

     

     

     

     

     

     Для  :

     

     

     

     

     

     

     

     

     2. По расчётным данным, полученным по формулам (1), (2) и (3), построим графики статических характеристик