Электрическая схема потенциометрического датчика

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 U_o и сопротивления нагрузки R_H. Тогда на основании известного из электротехники метода можно утверждать, что схема ведет себя, как цепь, составленная из нагрузки R_H и генератора с внутренним сопротивлением R_вых и электродвижущей силой Е, равной напряжению холостого хода U_х. 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 Я_н. Для четырехполюсников по схемам рис. 4.10 выходное напряжение

U_вых=U_xR_H(R_вых+R_H)

 Например, для схемы, изображенной на  рис. 4.10, а, имеем

U_x = U_H = U₀ α /2, 

R_вых=R α (1- α /2)/2.

Подставляя  выражения (4.4) и (4.5) в формулу (4.3), получаем

U_вых=U₀ α β >/( α-0,5 α ²+2 β),

Где β= R_H/R. 

Аналогичные вычисления позволяют получить для  схемы рис. 4.10, б при одинаковых потенциометрах П1 и П2 уравнение выходного напряжения 

где ∆α = ∆х/l — относительное рассогласование движков потенциометров П1 и П2; α = х/l — относительное перемещение движка задающего потенциометра П1; β = R_H/ R — отношение сопротивления нагрузки R_H к полному сопротивлению потенциометра R. 

На рис 4.11 и 4.12 показаны выходные характеристики реверсивных потенциометрических датчиков, построенные соответственно по уравнениям (4.6) и (4.7). Характеристики построены при различных значениях коэффициента нагрузки р. Расчетные характеристики при холостом ходе (β = ∞) представляют собой прямые линии, т. е. являются линейными. С уменьшением сопротивления нагрузки увеличивается отклонение характеристики от линейной. Чувствительность датчика со средней точкой (рис. 4.10, а), как следует из уравнения (4.6) и рис. 4.11, в области малых отклонений, а практически не зависит от нагрузки и определяется равенством 

Характеристики, изображенные на рис. 4.12, соответствуют мостовой схеме (см. рис. 4.10, б) и построены на основании формулы (4.7) для случая, когда движок задающего потенциометра установлен посередине его намотки и, следовательно, α = 0,5, а относительное рассогласование движков ∆α может изменяться в пределах от -0,5 до +0,5. Чувствительность мостовой схемы зависит не только от нагрузки, но и от положения движка задающего потенциометра: 
 
 
 
 
 

Анализ  этого уравнения показывает, что  наименьшее значение чувствительности будет при α = 0,5. Этому случаю и  соответствуют характеристики, показанные на рис. 4.12. 

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 (∆α), а направление — знаку рассогласования. Электродвигатель перемещает исполнительную ось следящей системы до тех пор, пока не будет устранено рассогласование.