5.6. Датчики положения и перемещения

5.6.1. Методы определения положения и перемещения

Существует два основных метода определения положения и измерения перемещения при помощи таких датчиков:

1) Датчик вырабатывает сигнал, являющийся функцией положения одной из его частей, связанных с подвижным объектом.

2) Датчик генерирует единичный импульс на каждом элементарном перемещении; положение и перемещение определяется подсчетом суммы или разности испущенных импульсов в зависимости от направления перемещения, в этом смысле эти датчики являются датчиками последовательных приращений.

5.6.2. Резисторные потенциометры

Потенциометр представляет собой резистор постоянного сопротивления R_n , по которому перемещается скользящий электрический контакт.

Этот контакт механически соединяется с деталью, перемещения которой он должен передавать.

В зависимости от формы резистора различают (см. рисунок 5.13):

- потенциометр линейного перемещения;

- потенциометр углового перемещения.

При этом зависимости текущего сопротивления R определяются выражениями:

- (5.43)

для потенциометра линейного перемещения l и

- (5.44)

для потенциометра углового перемещенияα.

Пример.

На рисунке 5.14 представлена схема для определения перемещения. Схема представляет собой следящий усилитель, размещенный на подвижном объекте.

Определение перемещения производится путем использования измерительной информации, которая связана с изменением напряженияна скользящем контакте вследствие его перемещенияот начального положения. При этом используются очевидные зависимости:

(5.45)

и (5.46)

где - максимальное значение перемещения.

5.6.3. Индуктивные датчики

Вперемещение, которое измеряется, вовлекается один из элементов магнитного контура, который вызывает тем самым изменение потока через измерительную обмотку и соответствующий электрический сигнал.

Если подвижным элементом является ферромагнитный сердечник, то его перемещение при поступательном движении или вращении проявляется в изменении:

• коэффициента самоиндукции катушки (переменная индуктивность) или

• связи между первой и вторичной обмотками трансформатора, что приводит к изменению вторичного напряжения.

Магнитный контур с изменяемым зазором

На практике часто возникает задача определения различных зазоров в технических системах. Для этого используется магнитный контур. Соответствующая схема, поясняющая возможный способ определения зазоров с использованием такого контура, представлена на рисунке 5.15.

Существует зависимость для определения коэффициента самоиндукции.

, (5.47),

где - коэффициент самоиндукции;

- магнитная проницаемость;

- количество витков катушки;

- площадь сечения контура;

- длина силовых линий в воздухе.

Перемещение обкладки приводит к изменению зазора на величину, и индуктивность получает новое значение

.

Отсюда очевидны соотношения (с учетом соотношения (5.47)):

и .

При имеем

,

и чувствительность датчика

.

Катушка с подвижным сердечником

Принципиальная схема катушки с подвижным сердечником представлена, на рисунке 5.16.

При последовательном объединении с коэффициентом и с коэффициентом

Для такой схемы (последовательное объединение различных участков) суммарный коэффициент индуктивности определяется соотношением

, (5.48),

где - коэффициент индуктивностизаполненного воздухом участка длиной l₀;

- коэффициент индуктивности железного сердечника длиной l_f;

- коэффициент взаимной индукции.

Очевидно, что перемещение Δl_f приводит к изменению . И, наоборот, знаяи используя зависимость (5.48), легко определяется и искомое перемещениеΔl.