Расчет основных параметров потенциометрического датчика

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация различных технологических процессов, эффективное управление различными агрегатами, машинами, механизмами требуют многочисленных измерений разнообразных физических величин.

В современной производственной деятельности, автоматизация которой растет с каждым годом, все большую роль играют разного рода датчики. Датчиком называется первичный элемент автоматической системы, реагирующий на изменение физической величины, характеризующей процесс, и преобразующий эту величину в другую, удобную для работы последующих элементов. Они являются одним из основных узлов, определяющих точность работы любой системы, путем сбора информации о ней. Можно сказать, что датчики являются связующим звеном между механическими элементами приборов и их электронной начинкой.

Поэтому вопросы исследования, разработки, изготовления и применения датчиков являются актуальными, а их реализация должна быть в поле зрения специалистов по автоматике и управлению в технических системах.

1 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА

1.1 Расчет основных параметров потенциометрического датчика

По приведенным исходным данным рассчитаем основные параметры, погрешности, определим передаточную функцию и характеристики линейного потенциометрического датчика (рис. 1.1).

[pic 1]

Рисунок 1.1- Конструкция, электрическая схема и статическая характеристика датчика

На рис. 1.1 представлены: 1,2,3 - выводы обмотки датчика, причем 2 - средний вывод с ползунка 6; 4 - каркас; 5 - обмотка. Датчик может питаться как постоянной, так и переменной ЭДС [pic 2] с внутренним сопротивлением [pic 3]. В первом приближении примем [pic 4] (сопротивление генератора значительно больше наибольшего значения сопротивления датчика), следовательно, датчик питается от источника тока.

1.1.1 Определим установившееся максимальное значение температуры перегрева датчика [pic 5] исходя из условий его работы

[pic 6],   ºС                                (1.1)

где:                

 [pic 7] - протекающий через датчик ток, мА;

[pic 8] - максимальное значение сопротивления датчика Ом;

[pic 9] - количество тепла, выделяющегося в единицу времени, мВт;

[pic 10] - максимальная температура нагрева датчика при наибольшей температуре окружающей среды [pic 11];

[pic 12] - коэффициент суммарной теплоотдачи в единицу времени, значение которого лежит в пределах [pic 13];

Принимаем [pic 14]=1,2 [pic 15]

[pic 16] - боковая поверхность датчика, м2, значение которой в первом приближении определяется из выражения (1.2)

[pic 17], м2        (1.2)

В  зависимости от максимального перемещения движка [pic 18] длина корпуса

[pic 19], м                                        (1.3)

[pic 20]

а его диаметр

[pic 21], м                                        (1.4)

[pic 22]

Тогда боковая поверхность датчика

[pic 23]

Установившееся максимальное значение температуры перегрева датчика [pic 24]:

[pic 25]

1.1.2 Определим максимальное значение температуры перегрева датчика [pic 26], исходя из условий прочности натяжения провода

[pic 27]                                (1.5)

где:    

[pic 28] - статическое напряжение в проводе, соответствующее пределу упругости, Па.  Принимаем  Па;[pic 29]

[pic 30] - модуль упругости провода, Па.

 Принимаем  Па;[pic 31]

[pic 32] - коэффициенты линейного расширения для материалов соответственно корпуса и провода, . [pic 33]

Принимаем , .[pic 34][pic 35]

[pic 36]

1.1.3 Сравним полученные значения [pic 37] и [pic 38] при этом [pic 39]. В случае, если это условие не выполняется, необходимо перейти на другой материал корпуса и/или провода. При выполнении этого условия определим максимально допустимое значение температуры нагрева датчика.