Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
Глава VIII. МЕХАНОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И СООТНОШЕНИЯНазначение механоэлектрических преобразователей. При измерении многих физических величин первым звеном измерительной цепи является датчик — конструктивно выделенная совокупность преобразовательных элементов, воспринимающих от объекта измерения физическую величину, функционально связанную с измеряемой физической величиной, и вырабатывающих сигнал измерительной информации в форме, удобной для преобразования в последующих звеньях цепи. Датчик переводит воспринимаемую физическую величину в величину другого физического характера, обычно электрическую, поскольку электрические сигналы наиболее удобны для усиления и обработки. Поэтому в состав датчика механической величины входит измерительный механоэлектрический преобразователь (МЭП). От МЭП требуется в первую очередь однозначное и минимально-искаженное воспроизведение на его выходе временной зависимости величины, действующей на входе МЭП. Классификация механоэлектрических преобразователей. В простых МЭП преобразование производится срачу в электрическую величину, в комбинированных МЭП сначала производится преобразование в промежуточную немеханическую (оптическую, магнитную и др.) величину, а затем уже в электрическую. Для каждого МЭП существуют механическая и электрическая величины, называемые естественными входной и выходной, чувствительность которых друг к другу наибольшая по сравнению с другими влияющими на измерения величинами. МЭП, для работы которых необходима только преобразуемая механическая энергия, называют генераторными, а также пассивными МЭП, для работы которых необходим добавочный источник немеханической энергии (чаще всего электрической), называют параметрическими, модуляторными и активными.
Рис. 1. Основные механоэлектрические преобразователи: (у — механическое напряжение; Генераторные МЭП создают ток на выходе, если в преобразователе производится работа; поэтому они принципиально непригодны для измерения неизменяющихся во времени величин. В генераторных МЭП механическая величина непосредственно порождает электрическую в форме заряда, тока или напряжения. В параметрических преобразователях выходной сигнал образуется более сложным образом. Входная величина прямо или косвенно влияет на какое-либо электрическое свойство преобразователя, регулирующее потребление энергии от внешнего источника. Измерительная информация содержится в законе модуляции электрической величины. На рис. 1 представлены естественные входные и выходные величины и промежуточные параметры МЭП. Символы механических величин на схеме следует относить как к поступательному, так и к вращательному движению. В генераторных МЭП естественная входная величина сразу преобразуется в выходную электри ческую, причем обозначение последней не содержит знака приращения. Описание работы МЭП. Механоэлектрический преобразователь является системой, которая обменивается со средой механической и электрической энергией. Наличие электрических цепей предопределяет использование для описания работы МЭП операторных импедансов или обратных им величии — операторных проводимостей и подвижностен для электрических и механических цепей соответственно. Операторный импеданс линейного элемента или системы вводится как отношение преобразованных по Лапласу-Карсону обобщенных силы и скорости обобщснные силу и скорость обычно принимают силу
где Следовательно, если импеданс не зависит от
(о параметрах механических цепей см. гл. II). Используя известную связь тока и заряда МЭП удобно рассматривать как четырехполюсник с входной механической и выходной электрической сторонами. Когда заданной функцией на механической стороне является сила, действие преобразователя удобнее описывать в импедансных параметрах. Вход преобразователя характеризуется силой
где
Рис. 2. Схемы механоэлектрнческого преобразователя в импедансных параметрах В общем случае они являются функциями
Таким образом, действие преобразователя описывается следующей системой уравнений:
где
Замечание. Следует иметь в виду, что при рассмотрении работы отдельных преобразователей в режиме Решение системы уравйений (1) даег
Из (1) видно, что при разомкнутом выходе
Из формул (3) и (4) следует, что при
Такие преобразователи называют обратимыми. Возможно также, что Из уравнений (3) и (4) можно получить важные характеристики преобразователя. К ним относятся операторная чувствительность к силе по току
и операторная чувствительность к скорости по току
Величины
Указанные чувствительности служат основой для дальнейших расчетов, в частности, для определения чувствительностей к входным величинам по напряжению. Энергетический КПД преобразователя при идеальном источнике на входе
где Для единообразия во всей главе используется описание преобразователей с помощью системы уравнений (1) Однако когда заданной функцией на механической стороне является скорость, уравнения преобразователя удобнее записывать через подвижности и проводимости. По теореме Нортона, внешнее воздействие на механической стороне учитывается источником скорости
Рис. 3. Схемы МЭП, представленные черев подвижности и проводимости, с неявно (а) и явно (б) выраженными механическими и электрическими воздействиями и нагрузками
Рис. 4. Схема МЭП, у которого полезная нагрузка составляет часть общей Величины
которые дают следующую систему уравнений преобразователя:
где
В этом случае ток Одно и. типичных требований, предъявляемых к измерительному МЭП, заключается в том, чтобы его чувствительность была заданной функцией угловая частота Последнее дает возможность исследовать их амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики. Пример. На рис 4 показан МЭП, у которого полезная нагрузка с импедансом
где Искомую чувствительность нлйдем из уравнения (7)
|
1 |
Оглавление
|