Электрические преобразователи тока (напряжения) в усилие (момент), страница 2

Входной сигнал U_вх поступает к электрическому двигателю 1.Через редуктор 2 вращение выходного вала передается кулачку 3, профиль которого обеспечивает увеличение радиуса вектора r по мере возрастания угла j. В постоянном кинематическом контакте с профильной поверхностью кулачка находится штифт 4 (толкатель) рычага 5 (в большинстве современных конструкций вместо штифта используется ролик, катящийся по поверхности кулачка).

К противоположной стороне рычага 5 прикреплена пружина 7.

В тех случаях, когда угол j должен определяться напряжением U_вх, а не его интегралом, на продолжении вала редуктора укрепляется датчик обратной связи 8.

Преобразователь работает следующим образом. В зависимости от входного сигнала кулачок занимает то или иное положение, при котором точка касания толкателя и поверхности кулачка находится от оси вращения последнего на расстоянии r (способы достижения однозначности между U_вх и соответствующим углом j будут рассмотрены отдельно).

В зависимости от угла j и связанного с ним значения r рычаг 5 повернется на угол g (исходное положение рычага, при котором j=0 и r= r₀ изображено пунктиром).

При этом точка закрепления пружины к рычагу совершит вертикальное (по рисунку) перемещение на величину d=gl₂ (во всех реальных конструкциях полный ход штифта r=r₀  значительно меньше плеч l₁ и l₂ рычага, вследствие чего можно полагать, что движение толкателя и верхнего конца пружины совершается по прямым, перпендикулярным к исходному положению рычага). Учитывая, что g=(r-r₀)/ l₁, получается:

В реальных конструкциях для исключения люфта, а также смещения исходной величины давления пружина подвергается предварительному натяжению F₀.

Полагая неподвижной точку 9, принадлежащую второму концу пружины, соединенному с последующими звеньями электропневматического преобразователя, можно определить передаваемое пружиной усилие F_вых, являющееся выходным воздействием моторного преобразователя

где c_пр - жесткость пружины.

Сравнительно высокая конструктивная сложность моторных преобразователей ограничивает область их применения главным образом преобразованием входных воздействий, представленных напряжением переменного тока.

Важно подчеркнуть, что помимо погрешностей, обусловленных неточностью изготовления, преобразователям этого типа свойственна существенная температурная погрешность, возникающая преимущественно за счет зависимости жесткости пружины от температуры окружающей среды. Для уменьшения этой погрешности можно рекомендовать применение температурных компенсаторов. В качестве минимальной меры снижения температурной погрешности следует использовать для изготовления пружин проволоку с малой зависимостью модуля упругости от температуры, например проволоку из стали ЭИ-702.

Устройства ввода с моторным приводом существенно отличаются от ранее рассмотренных магнитоэлектрических, ферродинамических и электромагнитных преобразователей своими динамическими свойствами.

Выше уже оговорено, что в диапазоне практически используемых часто передаточные функции первых трех типов преобразователей являются постоянными величинами. Совершенно иначе обстоит дело у моторных преобразователей.