Загальні відомості про потенціометричних датчиках - студопедія

Потенціометричні датчики відносяться до типу датчиків, що перетворюють лінійні і кутові переміщення в електричний сигнал і представляють собою змінне електричне опір, величина якого залежить від положення токоз'ємного пристрою. На стенді в лівому верхньому кутку розташовані різні види потенціометрів.

Потенціометри в схемах працюють з джерелом постійного і змінного струму. Потенціометричні датчики застосовуються в різних системах автоматичного контролю і регулювання, коли будь-яка регульована або контрольована фізична величина може бути перетворена в переміщення движка датчика.

Таким чином, вхідний величиною датчика є переміщення X або кут повороту движка, тоді як вихідний величиною можна вважати опір R. ток I або напруга U.

Потенциометрическим дротовим датчикам властива наявність зони нечутливості, яка обумовлена ​​діаметром токопроводящей дроту.

Потенціометр (малюнки 5.1-5.4) являє собою електричний опір R з лінійним і кутовим переміщенням повзунка.

Основою потенціометра (лінійного) є керамічна труба, закріплена торцями між двома металевими щоками за допомогою стяжних болтів. В щоках є вентиляційні отвори для охолодження кераміки. На зовнішній поверхні керамічної труби впритул навита обмотка опору, кінці якої закріплені хомутами. Кожен хомут з'єднаний перемичкою зі своєю клемою, розташованої на щоці. Над обмоткою укріплені напрямні стрижні, уздовж яких по зачищеною поверхні обмотки переміщається повзун з контактними роликами або плоскими пружинними контактами. Повзунок з'єднується з виходом третьої клемою потенціометра.

У потенціометр з кутовим переміщенням обмотка намотується на ізоляційний матеріал, виконаний у вигляді кругового сектора.

Потенціометри бувають дротові і недротяні. У недротяних потенціометрів струмопровідний шар складається з вуглецю на лакової основі або спеціального металевого сплаву високої питомої опору, нанесених тонким шаром на поверхню кераміки або іншого ізоляційного матеріалу. Такі датчики мають лінійної статичної характеристикою.

Малюнок 5.1 - Потенциометрический вимірювальний перетворювач (ІП) лінійних переміщень в електричний сигнал:

а - схема включення, б - статична характеристика

У дротяних датчиків токопровод складається з одношарової дротяної обмотки, з діаметром дроту 0,03-0,1 мм для датчиків високого класу точності і 0,3-0,4 мм для датчиків низького класу.

Малюнок 5.2 - Конструкція потенціометра: 1 - каркас; 2 - провід; 3 - повзунок

Малюнок 5.3 - Реверсивний потенциометрический перетворювач: а) схема включення; б) статична характеристика

У системах автоматики використовуються і різні функціональні потенціометри (зі змінною висотою каркаса, що змінюються кроком намотування, з фігурним каркасом, з опорами, з шунтирующими ділянками з лінійним розподілом опору), квадратні, логоріфміческіе, синусні, синусно-косинусні.

У простих датчиках між опором і переміщенням (статична характеристика) існує лінійна залежність:

де f - довжина кругового сектора).

У функціональних датчиках в залежності від характеру намотування дроту на каркас можна отримати будь-якого виду функціональний зв'язок між величиною переміщення і зміною опору (рисунок 5.4).

Для цієї мети застосовується намотування дроту на фігурний каркас, шунтіровка секцій, фігурний перекочується контакт і інші способи.

Малюнок 5.4 - Функціональні потенціометри:

а - з профільним каркасом: б - із ступінчастим каркасом; в - з зашунтувати секціями; г - з перекочується фігурним контактом; д - синусно-косінусний

Основними експлуатаційними характеристиками потенціометрів є: величина активного опору, номінальна потужність розсіювання, рівень зовнішніх шумів, зносостійкість і вибропрочность, стабільність величини опору.

Статична характеристика визначає функціональну залежність вихідної напруги потенціометра від переміщення його движка:

Для більшості типів потенціометрів, які використовуються в автоматичних системах, ця залежність лінійна за умови компенсації впливу навантаження на точність роботи потенціометра.

Вплив навантаження Rн. підключеної до виходу потенціометра, характеризуються похибкою, величина якої виражається в абсолютних (в одиницях напруги) або відносних (у відсотках) одиницях.

Відносна статистична похибка вимірювань для кожного ступеня навантаження (тарировки) обчислюється за формулою:

де U2пp - свідчення вимірювального приладу при прямому ході;

U2об - свідчення вимірювального приладу при зворотному ході.

Статична чутливість визначається крутизною вихідної напруги і характеризує приріст вихідної напруги на одиницю лінійного або кутового переміщення його движка (В / мм або В / рад).

Номінальна потужність розсіювання визначається максимальною допустимою потужністю, які тривалий час розсіюється на опорі потенціометра без порушення його нормальної роботи.

Номінальна величина активного опору характеризується значенням активного опору потенціометра при його виготовленні. Потенціометри в залежності від номінального значення поділяються на класи.

Рівень власних шумів потенціометра оцінюється величиною помилкового сигналу, що з'являється на його виході внаслідок миттєвого порушення контакту, виникає при великих швидкостях переміщення або вібрації повзунка.

Зносостійкість потенціометра визначається числом переміщень (поворотів) повзунка від упору до упору, яке потенціометр може витримати без порушення його нормальної роботи.

Віброміцність оцінюється часом, протягом якого потенціометр витримає коливання в заданому діапазоні частот і з заданим прискоренням без порушення його нормальної роботи.

Стабільність опору характеризується зміною величини опору потенціометра з плином часу під впливом температури, вологості, розсіювання потужності і т. Д. При подачі напруги.

Типові схеми включення потенціометра, найбільш часто застосовуються в автоматичних системах, представлені на малюнках 5.1, 5.3.

Основні співвідношення ненагруженного прямого потенціометра (рисунок 5.1а) U2 = U0К - вихідна напруга, де - відносне переміщення повзунка.

Вихідна напруга потенціометра практично є функцією переміщення його повзунка. Похибка перетворення механічного переміщення в електричний сигнал визначається власної похибкою потенціометра.

Основні відносини навантаженого потенціометра (рисунок 5.1а) (0

- величина відносної похибки:

Вплив навантаження. Вихідна напруга, що знімається з потенціометра, відрізняється від заданого на величину, що залежить від ставлення повних опорів потенціометра і навантаження, а також від положення повзунка потенціометра.

При закрученому опорі, по якому ковзає контакт, величина Rп2 пропорційна відстані повзунка від крайнього положення, а Rп пропорційно довжині потенціометра:

Це співвідношення справедливо лише за умови, що на виході є велика навантажувальний опір R н (в порівнянні з величиною опору потенціометра Rп в цьому випадку напруга U2 є власне напругою холостого ходу).

і тоді U2 залежить безпосередньо від Rн.