4. Реверсивные потенциометрические датчики

Выходное напряжение реверсивных датчиков изменяет знак (полярность) при изменении знака входного сигнала. В системах автоматического регулирования обычно требуются именно реверсивные (или двухтактные) датчики.

Схемы реверсивных потенциометрических датчиков показаны на рис. 10. В схеме на рис. 10, а используется потенциометр с неподвижным выводом от средней точки намотки. Выходное напряжение снимается с движка и средней точки. При переходе движка через среднюю точку выходное напряжение изменяет свой знак: при питании переменным током фаза изменяется на 180°, а постоянным током — полярность изменяется на противоположную. В следящих системах широко используется мостовая схема включения потенциометрических датчиков, показанная на рис. 10, б. Потенциометр П1 связан с входной осью следящей системы и является задающим. Потенциометр П2 имеет механическую связь с исполнительным устройством. Выходное напряжение (или ток нагрузки) определяется разницей в положении движков потенциометров П1 и П2, т. е. соответствует сигналу ошибки следящей системы. Знак сигнала ошибки зависит от того, больше или меньше угол поворота исполнительного вала по сравнению с углом поворота входного вала.

Выходное напряжение рассматриваемых реверсивных схем может быть определено на основании теоремы об эквивалентном генераторе. Исследуемую систему представим как цепь, состоящую из четырехполюсника, источника питания с напряжением и сопротивления нагрузкиR_H. Тогда на основании известного из электротехники метода можно утверждать, что схема ведет себя, как цепь, составленная из нагрузки R_Н и генератора с внутренним сопротивлением R_вых и электродвижущей силой Е, равной напряжению холостого хода U_x. Сопротивление R_вых равно выходному сопротивлению четырехполюсника, которое вычисляют при закороченном источнике питания и отключенной нагрузке. Напряжение U_x измеряется на выходе рассматриваемой схемы при отключенном сопротивлении нагрузки R_H. Для четырехполюсников по схемам рис. 10 выходное напряжение

Рис. 10. Реверсивные схемы потенциометрических датчиков

(3)

Например, для схемы, изображенной на рис. 10, а, имеем

(4)

(5)

Подставляя выражения (4) и (5) в формулу (3), получаем

(6)

где

Аналогичные вычисления позволяют получить для схемы рис. 10, б при одинаковых потенциометрах П1 и П2 уравнение выходного напряжения

(7)

где — относительное рассогласование движков потенциометров П1 и П2;— относительное перемещение движка задающего потенциометра П1;— отношение сопротивления нагрузкиR_H к полному сопротивлению потенциометра R.

На рис 11 и 12 показаны выходные характеристики реверсивных потенциометрических датчиков, построенные соответственно по уравнениям (6) и (7). Характеристики построены при различных значениях коэффициента нагрузки . Расчетные характеристики при холостом ходе () представляют собой прямые линии, т. е. являются линейными. С уменьшением сопротивления нагрузки увеличивается отклонение характеристики от линейной. Чувствительность датчика со средней точкой (рис. 10,а), как следует из уравнения (6) и рис. 11, в области малых отклонений а практически не зависит от нагрузки и определяется равенством

(8)

Характеристики, изображенные на рис. 12, соответствуют мостовой схеме (см. рис. 10, б) и построены на основании формулы (7) для случая, когда движок задающего потенциометра установлен посередине его намотки и, следовательно,α = 0,5, а относительное рассогласование движков Δα может изменяться в пределах от -0,5 до +0,5.

Рис. 11. Статические характеристики реверсивного датчика со средней точкой

Рис. 12. Статические характеристики реверсивного датчика в мостовой схеме

Чувствительность мостовой схемы зависит не только от нагрузки, но и от положения движка задающего потенциометра:

(9)

Анализ этого уравнения показывает, что наименьшее значение чувствительности будет при α = 0,5. Этому случаю и соответствуют характеристики, показанные на рис. 12.

В маломощных следящих системах в качестве нагрузки мостовой схемы может быть включен якорь исполнительного электродвигателя. При рассогласовании в положениях движков задающего и исполнительного потенциометров через якорь электродвигателя пойдет ток, значение которого будет соответствовать величине рассогласования (), а направление — знаку рассогласования. Электродвигатель перемещает исполнительную ось следящей системы до тех пор, пока не будет устранено рассогласование.