Расчет потенциометрического датчика

Курсовая работа по дисциплине

«Технические средстваавтоматизации и управления»

на т е м у:

«Расчет потенциометрического датчика»

Выполнил: студент У41 уч. гр.

Кошевой М.П.

Проверил: Романов А.М.

Серпухов 2012

Содержание

Введение …………………………………………………...3
Задание …………………………………………………….7

1. Расчет потенциометрического датчика………………...8

1.1 Последовательность расчета…………………….13

2. Выбор с АЦП и согласование его с датчиком…..…....17

3. Расчет надежности…………………………………..…..20

Выводы по проведенной работе…………………….....22

Список литературы…………………………………..….23

Приложение……………………………………..………..24

Введение

Потенциометрическим датчиком (ПД) называется элемент автоматики, осуществляющий преобразование механического превращения (углового или линейного) в электрический сигнал за счет изменения величины активного сопротивления, к которому подключена нагрузка.

Основные элементы потенциометрического датчика:

Рис. 1. Потенциометрический датчик.

1. Каркас

2. Обмотка

3. Подвижный контакт (движок) и корпус

Каркас изготовителя из изоляционного материала(эбонита, текстолита, керамики и т.д.) или из металлов(например, алюминия) для отвода тепла.

Обмотка изготавливается из изолированной проволоки, имеющей большое удельное электрическое сопротивление и малый температурный коэффициент сопротивления. Обычно для изготовления обмоток ПД применяют сплавы: никеля с медью(константан), хрома, никеля и железа (нихром), меди, марганца и никеля(манганин), а также сплавы благородных металлов, которые отличаются высокой стойкостью по отношению к коррозии.

Обмотку необходимо хорошо укреплять на каркасе, чтобы при движении контакта движка не происходило смещения. Для этого обмотку

наматывают на каркас, покрытый не засохшим термореактивным лаком. После намотки каркас помещают в печь, лак затвердевает и прекрасно крепит обмотку.

Для создания надежного контакта обмотки с контактом движка (подвижным контактом) контактную дорожку тщательно очищают специальными абразивными материалами, химическими или ультразвуковыми способами и т. п. Иногда контактная дорожка полируется и даже гальванически покрывается золотом.

Движок ПД состоит из упругого элемента и контакта. Упругий элемент (пружина) обеспечивает необходимое контактное давление и компенсирует небольшие неровности на поверхности обмотки.

Контакт припаивается к пружине мягким или твердым припоем. Рекомендуется выбирать контакт из материала более мягкого, чем обмотка (золото, серебро, сплавы платины и др.). Для большей эксплуатационной надежности иногда используются два токосъемных контакта.

Корпус потенциометра чаще всего имеют форму цилиндра, закрытого одной или двумя крышками, и выполняется из металла или изоляционного материала. В металлических корпусах выполняются потенциометры, предназначенные для эксплуатации при повышенных температурах и в сложных условиях, и потенциометры, к которым предъявляются высокие требования в отношении точности. Компромиссным решением является корпус из пластмассы с металлическими крышками.

Ось потенциометра крепится в шариковых подшипниках или подшипниках скольжения, размещенных в крышке или в корпусе потенциометра.

В зависимости от конструкции ПД, их можно подразделить на:

- кольцевые;

- пластинчатые;

- стержневые;

- многооборотные.

В зависимости от конструктивного исполнения ПД делятся на однотактные и двухтактные.

Все ПД можно питать как постоянным, так и переменным током.

У двухтактных ПД, питание которых осуществляется переменным током, при изменении положения движка относительно нейтрали фаза выходного напряжения меняется на 180^о относительно фазы напряжения питания. Двухтактные ПД могут выполнятся на одном и двух потенциометрах (мостовая схема).

Достоинства ПД являются:

1. Возможность получения линейной характеристики в широком диапазоне углов.

2. Способность работы на постоянном и переменном токе.

3. Значительная снимаемая мощность.

4. Малый вес и габариты.

5. Малая подверженность помехам со стороны электромагнитных полей.

Недостатками ПД являются:

1. Наличие механического контакта, резко снижающего надежность и срок службы датчиков, а также обусловливающего момент сухого трения.

2. Ступенчатость характеристики и принципиальная ограниченность чувствительности.

3. Необходимость токоподводов.

4. Сложность изготовления.

В настоящее время разработано и применено большое количество схем и конструкций ПД, применяемых в различных приборах и устройствах. В технической литературе приводятся различные методы расчёта, особенности которых определяются как различиями в конструктивном исполнение ПД, так и спецификой их работы в конкретных

Задание

Исходные данные для расчёта (см. таблицу 1):

Таблица 1.

№ вар.	хвх max	Кд	Dвх min	dlmax, %	Dt, ° C	R0, мм	Материал каркаса
a, град	L, мм	В/град	В/мм	Угл. мин	мм
				1,1		0,08	1,3	-5+70		Алюм.

Где,
1.Максимальное значение входной величины х_вхmax= L_вхmax=18

2.Коэффициент передачи датчика Кд = 1.1 мм.

3.Порог чувствительности Dвх_min = 0.08мм.

4.Максимальная относительная погрешность d_mах = 1,3 % .

5.Диапазон изменения температуры окружающей среды

Dt = -5+70

Исходя из исходных данных понимаем, что у нас линейный потенциометрический датчик.

Задачи курсовой работы:

Рассчитать по методике расчета двухтактного потенциометрического датчика линейных перемещений, выполненном на линейном потенциометре, потенциометрический датчик, согласовать параметры полученного ПД с АЦП, рассчитать надежность, наработку на отказ и начертить схему.

Основными этапами расчета по данной методике являются:

1. Определение основных конструктивных параметров каркаса и обмотки.

2. Расчет электрических параметров обмотки.

3. Расчет температурного режима датчика.

4. Выбрать АЦП, по полученным параметрам ПД.

5. Расчет характеристик надёжности работы схемы.

6. Начертить схему.

Расчет потенциометрического датчика

Основные параметры ПД условно можно разделить на конструктивные и схемные, или электрические параметры (рис.1, а, б).

К конструктивным параметрам относятся:

D₀ - средний расчетный диаметр каркаса;

a_п - угол намотки потенциометра;

h - высота каркаса;

в - ширина или толщина каркаса;

a_т - суммарная технологическая добавка;

l_n - рабочая длина каркаса;

t - шаг намотки;

n - число витков обмотки;

d- диаметр провода обмотки без изоляции;

d_из - диаметр провода о изоляцией.

К схемным, или электрическим параметрам относятся:

U - напряжение питания датчика;

R_n - общее сопротивление обмотки потенциометра;

r - удельное сопротивление материала провода;

d_lmax - максимальная относительная погрешность нагруженного датчика