Параметрические датчики

К параметрическим относят датчики активного сопротивления, индуктивные, емкостные и магнитоупругие. При этом датчики активного сопротивления делятся на потенциометрические, тензометрические, термосопротивления, полупроводниковые термосопротивления и фотосопротивления.

Потенциометрические датчики. Эти датчикииспользуются в качестве датчиков или преобразователей относительного перемещения и связаны с источником постоянного тока, а снимаемый с них аналоговый сигнал не требует дальнейших преобразований, кроме его увеличения по мощности или уменьшения по напряжению. Последнее осуществляется сравнительно простыми средствами. В отличие от простого потенциометра, потенциометрический датчик положения должен не только давать на выходе напряжение, пропорциональное перемещению, но и изменять полярность напряжения на выходе в соответствии с направлением смещения его ведущего звена относительно нейтрального положения.

На рис. 6.1, а приведена принципиальная схема потенциометрического датчика положения с отводом от средней точки. Потенциометр 1 имеет отвод от средней точки. Потенциал измеряется между этой средней точкой и ламелью 2, которая закреплена на изоляторе 3 и жестко связана со штоком 4, перемещающимся в направляющих. Когда ламель 2 потенциометра находится в нейтральном положении, соответствующем положению отвода от средней точки, то выходное напряжение U_вых= 0.

Существуют также потенциометрические датчика, выполненные по мостовой схеме(рис. 6.1, б). В этом датчике использованы два потенциометра 5 и 6. Соответствующие ламели 7 и 8 изолированы друг от друга и закреплены на изоляторе, который жестко связан со штоком. При нейтральном положении штока и ламелей относительно соответствующих потенциометров разность потенциалов на ламелях будет равна нулю. При смещении штока из нейтрального положения в крайнее напряжение на выходе U_вых будет равно напряжению питания U_пит, а полярность будет определяться знаком смещения штока относительно нейтрального положения.

При использовании потенциометрического датчика следует иметь в виду, что при переходе с одного витка проволочного потенциометра на другой на ламели напряжение изменяется скачком, поэтому характеристика датчика ступенчатая. Кроме того, характеристика является линейной только при работе датчика в режиме холостого хода, т.е. без нагрузки (рис. 6.2, характеристика 1). При подключении к датчику нагрузки его характеристика имеет вид параболы (рис. 6.2, характеристика 2) и степень ее нелинейности определяется коэффициентом

где R_н – сопротивление нагрузки; R_д – сопротивление датчика.

Тензометрические датчики. Тензодатчик представляет собой проводник (проволочный или фольгированный) или полупроводник, сложенный змейкой и обклеенный изоляционными пластинами (рис. 6.3).

Действие тензодатчиков основано на изменении сопротивления проводников и полупроводников при их растяжении или сжатии.

Основной характеристикой датчика является коэффициент относительной тензочувствительности:

где D R – изменение сопротивления датчика при его деформации на величину D l; R – номинальное сопротивление датчика; l – базовая длина датчика.

Согласно закону Гука

где F – усилие растяжения или сжатия; S – площадь поперечного сечения деформируемого объекта; E – модуль упругости материала;s – нормальное напряжение при деформации. Таким образом с помощью тензодатчика можно измерять не только относительную деформацию e _l или абсолютную величину деформации D l, но и усилие F (крутящий момент) и нормальное напряжение при деформации s.

Так как выходным параметром тензодатчика является величина e _R или D R, то их включают в мостовую измерительную цепь (рис. 6.4).

Классическая мостовая схема состоит из 4 сопротивлений, образующих плечи моста. Диагональ cd называется диагональю питания, а диагональ ab – измерительной диагональю. Тогда для показанной на рис. 6.4 электрической цепи справедливо выражение

где U – напряжение питания моста.

В одно из плеч моста (например, R ₁) включается тензодатчик. Остальные сопротивления моста подбираются таким образом, чтобы при D R =0 мост находился в равновесии и U_ab = 0.

Одним из недостатков тензодатчиков является их невысокая чувствительность. Для повышения этого параметра обычно используют два тензодатчика, включенные в соседние плечи моста (R ₁и R ₄). При этом датчики должны воспринимать деформацию разных знаков, чтобы одно из приращений D R было положительным, а другое – отрицательным. Другим недостатком использования тензодатчиков является влияние на результат измерения температурных воздействий. Одним из методов компенсации этих воздействий является включение в два других плеча моста тензодатчиков, размещенных на объекте таким образом, чтобы они воспринимали ту же температурную деформацию, что и рабочие датчики, но полезная деформация на них не оказывала влияния.

Термодатчики. Действие термосопротивления основано на использовании свойств проводников и полупроводников менять сопротивление при изменении температуры и теплопроводности окружающей среды в соответствии со следующими выражениями:

– для металлических термосопротивлений в определенном диапазоне измеряемых температур;

– для полупроводниковых термосопротивлений (термисторов), где – номинальное сопротивление термосопротивления; a – температурный коэффициент сопротивления; D t – изменение температуры.

При использовании термосопротивлений для измерения температур возникают погрешности из-за колебаний напряжения и температуры окружающей среды, нагрева термодатчика протекающим по нему током и тепловой инерционности.

В настоящее время широко используются платиновые термосопротивления (ТСП) для измерения температур в пределах от -200 до +650 °С и медные термосопротивления ТСМ) – для измерения температур от -50 до +180 °С.

В полупроводниковых термосопротивлениях (терморезисторах, термисторах) в качестве чувствительного элемента применяют оксиды, сульфиды, нитриды или карбиды металлов (меди, никеля, марганца, кобальта, титана, урана и др.). Сопротивление терморезисторов в отличие от металлов уменьшается с повышением температуры, т.е. они имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления.

Терморезисторы по сравнению с металлическими термосопротивлениями имеют большую чувствительность и высокое активное сопротивление при весьма малых размерах рабочей части. Это позволяет им почти мгновенно воспринимать изменения контролируемой температуры и являться практически безынерционными измерителями. Однако довольно большой разброс сопротивлений и меньшая стабильность являются существенными недостатками терморезисторов. Применяют терморезисторы и термисторы для измерения температур от -90 до +180 °С.

Передача измерительной информации от термометров сопротивления осуществляется с помощью мостовых измерительных схем, аналогичных показанной на рис. 6.4.

Фотосопротивления. Полупроводниковые фотосопротивления в качестве чувствительного элемента имеют светочувствительный слой, нанесенный на стеклянную пластинку. Сопротивление этого слоя обратно пропорционально интенсивности светового потока или мощности источника освещения. Фотосопротивления обладают сравнительно высокой стабильностью, позволяют создать бесконтактные датчики обычно релейного типа.

Индуктивные датчики перемещения. Индуктивные датчики (ИД) предназначены для преобразования перемещения измерительного органа в электрическую величину. ИД нашли большое применение в качестве вторичных преобразователей сигналов при измерении расхода жидкостей и газов, их давления, скоростей вращения на основе время-импульсных методов измерения, а также в качестве бесконтактных датчиков положения.

Различают одинарные (дроссельные) и трансформаторные ИД с подвижным якорем и подвижным сердечником.

Схема простейшего одинарного ИД с подвижным якорем показана на рис. 6.5, а. Датчик включает в себя катушку 1,расположенную на сердечнике 2, и подвижный якорь 3, перемещающийся под действием внешних сил. Катушка 1 включается в сеть переменного тока последовательно с нагрузкой . Тогда сила тока в цепи

где

– напряжение питания катушки;

– активные сопротивления соответственно катушки и нагрузки; w – частота питающего напряжения;

– индуктивность катушки.

Так как индуктивность катушки связана с величиной воздушного зазора соотношением

где – число витков катушки; m₀ – магнитная проницаемость воздуха; – площадь воздушного зазора катушки, то его изменение при перемещении якоря относительно сердечника приводит к изменению индуктивности катушки и, следовательно, к изменению тока. Выходное напряжение определяется как .

Как следует из приведенных зависимостей, характеристика одинарного датчика является по своей сути нелинейной. Однако при небольших перемещениях (до 5¸7 мм) характеристику с достаточной степенью точности можно считать линейной.

Другими недостатками таких ИД являются: влияние напряжения и частоты сети на силу тока, возникновение значительных сил между подвижной и неподвижной частями магнитопровода, способных в некоторых случаях изменить положение объекта измерения. Используют такие датчики обычно в тех случаях, когда требуется ступенчатое или релейное действие исполнительных органов, в качестве концевых или путевых выключателей бесконтактного действия, а также в качестве вторичных преобразователей в импульсных и время-импульсных измерительных системах, например, при измерении расхода жидкости или газа, определяемого по частоте вращения различного типа крыльчаток, при измерении скоростей вращения механических передач путем подсчета числа импульсов в единицу времени выступающих частей механических передач (зубьев колес и т.п.).

Избавиться от указанных недостатков дроссельных ИД можно путем использования дифференциальных (двухтактных) ИД. Схема трансформаторного ИД с подвижным якорем приведена на рис. 6.5, б. У такого датчика зона, в которой можно считать характеристику датчика линейной увеличивается примерно в 2 раза по сравнению с дроссельными ИД. Для получения линейной характеристики ИД в достаточно большом диапазоне (до 100 и более мм) применяют дифференциальные ИД с подвижным сердечником. Конструкция такого датчика и его схема включения приведены на рис. 6.5, в и г.

Достоинством ИД является то, что они просты по устройству и в изготовлении. Они не имеют деталей, подверженных изнашиванию в процессе работы, и долговечны. Эти датчики имеют относительно большую выходную мощность, что позволяет в некоторых случаях не использовать специальные электрические усилители мощности. Основными достоинствами датчиков являются также стабильность работы и относительно малая чувствительность к изменению окружающих условий.

Для измерения угловых перемещений применяют ИДД угловых перемещений, называемые микросинами. Принцип действия их аналогичен рассмотренным выше датчикам линейных перемещений.

Емкостные датчики. Емкостные датчики представляют собой конденсаторы разных конструкций, преобразовывающие механические линейные или угловые перемещения, а также давление, влажность или уровень среды в изменение емкости. Основной зависимостью, используемой в этих датчиках, является зависимость электрической емкости конденсатора С от его геометрических размеров, взаимного расположения обмоток и величины диэлектрической проницаемости материала e

где S – площадь пластин; d – расстояние между пластинами, – электрическая постоянная. Датчики с изменяющимся воздушным зазором между пластинами используют для контроля малых линейных перемещений; датчики с переменной рабочей площадью пластин при постоянном зазоре между ними – для контроля угловых перемещений, а датчики с изменяющейся диэлектрической проницаемостью между пластинами, но при постоянных зазорах и рабочих площадях пластин – для контроля уровней заполнения резервуаров жидкостями или сыпучими материалами.

Емкостные датчики используют только при частотах, превышающих 1000 Гц, так как при промышленной частоте их емкостное сопротивление весьма велико. Датчики широко применяются в различной аппаратуре как составные части колебательных контуров, электрических фильтров и других схем, а также для измерения перемещений, размеров деталей, уровней жидкости в различных системах управления.

Достоинства емкостных датчиков – простота устройства, малые размеры и масса, высокая чувствительность и малая инерционность. Недостатки – необходимость источника высокой частоты или усилителя при промышленной частоте и вредное влияние паразитных емкостей.

Магнитоупругие датчики. Действие магнитоупругих датчиков основано на использовании эффекта магнитной упругости, свойственного некоторым ферромагнитным сплавам металлов (например, железокремниевым трансформаторным сталям) и заключающегося в изменении магнитной проницаемости при воздействии деформирующих усилий сжатия или растяжения.

Магнитоупругие датчики (рис. 6.6) бывают дроссельного и трансформаторного типа, причем первые могут контролировать обе деформации, а вторые – только усилие сжатия.

Датчики дроссельного типа (рис. 6.6, а) представляют собой электромагнит переменного тока с замкнутым магнитопроводом, к сердечнику которого приложено деформирующее усилие, что вызывает изменение магнитной проницаемости и магнитного потока, а следовательно, приводит к изменению электрического сопротивления катушки датчика. Для питания катушки необходимо стабилизированное напряжение, так как колебание напряжения приводит к изменению электрического сопротивления катушки датчика. Для питания катушки необходимо стабилизированное напряжение, так как колебание напряжения приводит к изменению подмагничивания, магнитной проницаемости, а значит, и сопротивления катушки датчика.

Датчик трансформаторного типа (рис. 6.6, б) имеет две обмотки, размещенные в отверстиях сердечника. К первичной обмотке подводят напряжение питания переменного тока, а со вторичной снимают наведенную э.д.с., значение которой определяют усилием сжатия, прилагаемого к сердечнику. При отсутствии механического усилия взаимоиндуктивность обмоток такова, что э.д.с. на выходной обмотке равна нулю.

Достоинствами магнитоупругих датчиков являются простота устройства и надежность в работе, устойчивость к воздействиям ударов, вибраций, влажной, запыленной и агрессивной сред, а недостатком – изменение свойств и характеристик с течением времени.

Сельсинные измерительные преобразователи.Сельсинами называются индукционные электрические микромашины, обладающие способностью синхронизации. Особенностью применения сельсинов в автоматических системах является использование их в паре: сельсин-датчик (СД) и сельсин-приемник (СП). Сельсинная пара может работать в следующих режимах: индикаторном, предназначенном для дистанционной передачи команд или управляющих сигналов, и трансформаторном, используемом в системах автоматического управления для получения сигнала рассогласования.

При работе сельсинов в индикаторном режиме трехфазные обмотки СП соединены трехпроводной линией. К однофазным (статорным) обмоткам подводится напряжение от одного источника питания. Вал СД жестко соединяется с валом рабочего механизма (РМ). На вал СП устанавливается индикаторная стрелка, регистрирующая положение вала РМ (рис. 6.7, а). СД преобразует угловое положение оси РМ в группу напряжений, которая в дальнейшем преобразуется СП в угловое положение своего ротора.

Предположим, что ротор СП повернут на угол b, а вал РМ и жестко связанный с ним ротор СД повернут на уголa. Тогда под действием магнитного потока возбуждения в обмотках СД индуктируется группа э.д.с., мгновенные значения которых определяются косинусом угла a, а в обмотках СП индуктируемая э.д.с. определяется косинусом угла b. Если углы a и b равны, что соответствует отсутствию рассогласования между валами СД и СП, то , где e _i – индуктируемая э.д.с. в обмотках СД; – индуктируемая э.д.с. в обмотках СП. Так как э.д.с. в обмотках СД направлены навстречу э.д.с. обмоток СП, то они полностью компенсируют друг друга, и токи в соединительных проводах отсутствуют.

При наличии рассогласования между валами сельсинов значения э.д.с. e _i и в соответствующих катушках трехфазной обмотки различны, а результирующее ее значение в каждой катушке будет представлять разности . Под действием э.д.с. по соединительным проводам и обмоткам сельсинов потекут токи I ₁, I ₂и I ₃, создавая магнитные потоки, взаимодействующие с магнитным потоком возбуждения. В результате этого взаимодействия на валах сельсинов появятся синхронизирующие моменты, равные по величине и противоположные по направлению, стремящиеся осуществить поворот валов. Их равенство объясняется идентичностью сельсинов и одинаковыми значениями токов, протекающих по обмоткам СП и СД. Поскольку вал СД соединен с валом РМ, для приведения которого необходима большая мощность, то под действием синхронизирующего момента, имеющего малую мощность, он сохраняет неизменным свое угловое положение. Вал СП будет поворачиваться под действием синхронизирующего момента до полной компенсации рассогласования валов . При достижении значения , что соответствует одинаковому положению валов СД и СП, синхронизирующий момент станет равным нулю.

При работе в трансформаторном режиме напряжение питания подводится только к статорной обмотке СД, также жестко соединенного с валом РМ, а статорная обмотка СП служит для выработки сигнала рассогласования (рис. 6.7, б).

Сельсин-приемник здесь является задающим устройством. Для формирования входного воздействия вал СП поворачивают на заданный угол и фиксируют в данном положении. В этом случае при наличии рассогласования валов сельсинов на статорной обмотке СП будет индуктироваться переменная э.д.с. , пропорциональная величине . Эта измеренная э.д.с. и используется в качестве сигнала рассогласования в системе управления.

Вращающийся трансформатор (резольвер) – специальные микромашины переменного тока, у которых определенным образом включены статорные и роторные обмотки. На рис. 5.6, а приведена схема револьвера с двухфазной статорной и однофазной роторной обмотками. Статорные обмотки взаимно перпендикулярны. Между напряжением на роторной и статорных и обмотках имеется следующая взаимосвязь:

, (5.30)

где k – коэффициент трансформации; e – угол поворота ротора.

Если на статорные обмотки подавать синусоидальное напряжение с одинаковыми амплитудами U_c и фазовым сдвигом p/2

,

то в соответствии с (5.30)

.

Фазовый сдвиг между и соответствует углу e поворота ротора, который связан с объектом измерения.

Широкое распространение в качестве датчика перемещения следящих приводов подач станков с ЧПУ нашел вращающийся трансформатор типа ВТМ-1В.

Вращающиеся трансформаторы используют в качестве датчиков обратной связи и в цифровых системах управления.В этом случае аналоговый выходной сигнал преобразовывают в некоторый цифровой код с помощью специального преобразователя аналог – код (рис. 5.6, б). Цифрами обозначены следующие элементы: 1 – генератор (5 МГц); 2 —делитель частоты ( =2000:1); 3 – преобразователь прямоугольного напряжения в синусоидальное; 4 – звено, осуществляющее сдвиг фазы; 5 – резольвер; 6 – преобразователь напряжения; 7 – звено, выделяющее фазу; 8 – счетчик (11 бит); 9 – регистр памяти.

Измерительные системы роботов могут иметь два канала по некоторым степеням подвижности с датчиками, работающими на разных принципах. Например, такое сочетание датчиков – потенциометр для грубого измерения перемещений и резольвер, который работает циклически, для точного измерения.

ЦИФРОВЫЕ ДАТЧИКИ.

Эти датчики выдают информацию о перемещении в дискретной форме. Они могут работать в абсолютном режиме и по приращениям, как генераторы импульсов. В обоих случаях измеряемое перемещение разлагается на кванты, значение которых определяется разрешающей способностью датчика. Абсолютные датчики (например, кодовые, широко применяемые в роботах) выдают в каждый момент времени полную информацию об измеряемом перемещении. Кодовый датчик (рис. 5.7), предназначенный для измерения угловых перемещений, содержит один или несколько кодовых дисков 4, вращающихся вместе с объектом измерения, и в большинстве случаев фотоэлектрическое считывающее устройство, состоящее из светодиода 5,диафрагмы 3, фототранзистора 2 и усилителя 1. На дисках имеются отверстия, сделанные в соответствии с некоторым кодом, например двоичным. Таким образом, датчик в каждый момент времени выдает кодированный сигнал, содержащий информацию об угле поворота объекта. Этот сигнал после соответствующего усиления поступает на систему декодирования. Если требуется высокая разрешающая способность, то измерительная система робота, построенная на основе таких датчиков, может оказаться громоздкой и одновременно очень дорогой. Поэтому в роботах также применяют инкрементальные датчики, работающие по приращениям. Принцип их действия аналогичен принципу действия кодовых датчиков, но по техническому исполнению они более простые. Так, инкрементальный датчик фотоэлектрического типа, измеряющий углы поворота, состоит из диска с равномерно расположенными отверстиями и простейшего считывающего устройства. Однако измерительная система такого датчика должна содержать счетчик и накопитель (регистр памяти). Общее число импульсов определяет мгновенное значение положения объекта. Разрешающая способность таких датчиков может достигать нескольких тысяч импульсов на один оборот. При наличии дополнительного синхронизирующего сигнала такой датчик можно использовать и как измеритель средней скорости объекта. Скорость определяют по числу импульсов в единицу времени.

При выборе типа датчика положения учитывают такие факторы, как наличие тех или иных источников питания, значение потребляемой мощности, диапазон измеряемой величины, полосу пропускания, уровень шума и т. д. При этом необходимо выполнить основное требование: точность датчика (она определяется в зависимости от его класса точности) должна быть не ниже точности, предъявляемой к системе, т. е.

, (5.31)

поскольку ошибку , вносимую в систему датчиком, нельзя устранить такими техническими средствами, как, например, введение коррекции.

Рассчитаем коэффициент передачи потенциометрического датчика (см. рис. 5.5), который приближенно можно рассматривать как безынерционный элемент с коэффициентом передачи k_д.п, связывающим измеряемое перемещение и выходное напряжение датчика. На потенциометрический датчик подается напряжение как постоянного, так и переменного тока. Выходной сигнал углового потенциометрического датчика приближенноопределяетсяследующим равенством (для потенциометра, работающего на переменном токе, рассматривается амплитудное значение выходного напряжения):

(5.32)

где k_д.п – крутизна характеристики (коэффициент передачи). Если сопротивление потенциометра , то

, (5.33)

где U ₀ – напряжение питания (см. рис. 5.5); a _m_ах – максимальный угол поворота оси от среднего положения (при отсутствии среднего положения в знаменателе формулы (5.33) должен стоять полный диапазон углового перемещения).

Аналогично для потенциометрического датчика линейных перемещений (l – длина активной части потенциометра).

Для датчиков положения других типов также можно ввести некоторый коэффициент передачи k_д.п, однако при его расчете необходимо учитывать не только конструкцию самого датчика, но и особенности схемы выделения полезного сигнала датчика.

Следует отметить, что динамический расчет следящего привода можно провести и без определения числового значения k_д.п конкретного датчика положения. При динамическом расчете определяют общий коэффициент усиления разомкнутой системы, который включает в себя коэффициент k_д.п (то же можно сказать и о коэффициенте передачи k_у.м усилителя мощности). Распределение общего коэффициента усиления по элементам можно проводить позже, на этапе практической реализации следящего привода.

Выбор датчиков скорости. При прямом способе измерения скорости движения применяют тахогенераторы. При косвенном способе измерения информация о скорости получается через другие величины, более доступные для измерения.

Конструктивно тахогенератор чаще всего встраивается в двигатель и измеряет угловую скорость вращения вала двигателя. В роботах широко применяют тахогенераторы постоянного тока. По принципу действия и конструктивному исполнению они являются обычными электрическими машинами постоянного тока, работающими в генераторном режиме (рис. 5.8, а). Возбуждение осуществляется либо от постоянных магнитов, либо от обмотки возбуждения.

Для приводов, работающих на переменном токе, можно использовать тахогенераторы переменного тока (асинхронные тахогенераторы). Они представляют собой электрические машины переменного тока с короткозамкнутым или полым немагнитным ротором. Две статорные обмотки укладываются в пазы статора таким образом, чтобы их магнитные оси были взаимно перпендикулярны (рис. 5.8, б). Одна из обмоток является возбуждающей и подключается к источнику питания переменного тока. Другая обмотка является выходной.

Тахогенератор выбирают по напряжению возбуждения (желательно общее напряжение для всей схемы), по максимальной угловой скорости (она должна превышать номинальную угловую скорость исполнительного двигателя) и по моменту инерции ротора (он должен быть существенно меньше момента инерции ротора исполнительного двигателя).

При отсутствии нагрузки выходное напряжение тахогенератора постоянного тока пропорционально измеряемой угловой скорости, т. е. . Коэффициент пропорциональности (крутизну характеристики) k можно рассчитать, зная номинальные параметры для тахогенератора: выходное напряжение и угловую скорость. В реальных условиях тахогенератор работает на некоторую нагрузку. Ток нагрузки обуславливает появление потока реакции якоря, который направлен против потока возбуждения и тем самым размагничивает машину. Это приводит к нарушению линейности выходной характеристики тахогенератора. Для уменьшения отклонения характеристики от линейной тахогенератор следует нагружать на относительно большое сопротивление нагрузки (обычно несколько килоом). Пренебрегая размагничивающим действием реакции якоря и индуктивностью обмотки якоря, можно записать

,

где – ЭДС якоря; – ток якоря. Тогда передаточная функция тахогенератора

, (5.34)

где (при получаем .

Амплитудное значение выходного напряжения асинхронного тахогенератора пропорционально измеряемой угловой скорости. Его передаточная функция аналогична передаточной функции тахогенератора постоянного тока (см. (5.34)), а крутизна характеристики обычно меньше. Вместе с тем асинхронный тахогенератор выгодно отличается от тахогенератора постоянного тока отсутствием щеточного аппарата, незначительным моментом сопротивления, малой инерционностью.

Реверс работы исполнительного гидродвигателя ГЦ осуществляется за счет трехпозиционного электрогидрораспределителя ЭГР. При использовании электрогидрораспределителей время их переключения из нейтрального положения в одно из рабочих, приведенное в паспорте, распределяется примерно в следующем соотношении: (80 – 85) % уходит на процесс нарастания тока и тягового усилия в электромагнитной системе, а остальное время – на движение золотника. Поэтому при анализе динамических характеристик привода можно рассчитывать процесс нарастания усилия в электромеханическом преобразователе (ЭМП) ЭГР, считая при этом, что само смещение золотника осуществляется мгновенно. В этом случае значение площади проходного сечения ЭГР принимает только два значения: и .

Процесс нарастания тягового усилия в ЭМП можно описать следующим уравнением:

, (6.1)

где – тяговое усилие на одном из двух электромагнитов ЭМ 1 или ЭМ 2; – напряжение питания электромагнитов, определяемое в общем случае как (() – сигнал рассогласования, – передаточная функция регулятора); – коэффициент усиления (преобразования) ЭМП, который можно определить из технической характеристики на ЭГР как

, (6.2)

– номинальное тяговое усилие электромагнита (из технической характеристики).

Постоянную времени можно определить, исходя из общего решения дифференциального уравнения (6.1):

,

где – время срабатывания (переключения) ЭГР (из технической характеристики), и соотношения (5.2). Тогда получим:

. (6.3)

Следует также учитывать, что время срабатывания электромагнитов постоянного тока, как правило, почти на порядок больше времени срабатывания электромагнитов, работающих на переменном токе. Для снижения постоянной времени можно после регулятора установить реальное форсирующее звено с передаточной функцией вида

,

где – желаемая постоянная времени ЭМП.

Учитывая, что в трехпозиционном ЭГР два электромагнита (ЭМ 1 и ЭМ 2), следует определять суммарное усилие от действия двух ЭМП:

.

При этом следует учитывать, что при положительном сигнале рассогласования должен сработать электромагнит ЭМ 1, а при отрицательном – электромагнит ЭМ 2. В последнем случае напряжение питания ЭМП и расчетное усилие принимают также отрицательные значения.