В технологията инструментите се използват широко за измерване на големината на преместванията на обектите с превръщането им в електрически сигнали. Потенциометричният сензор в повечето дизайни е реостат и плъзгащ се контакт, свързан с обекта, от който сигналът се отстранява. Изходният параметър е стойността на електрическото съпротивление в зависимост от ъгловото или линейното движение на подвижния елемент.
Принцип на работа
Потенциометърът преобразува линейни или ъглови премествания в съответните стойности на напрежение, ток или съпротивление. Поради това е възможно да се работи с много неелектрически количества: налягане, ниво, дебит и т.н.
Потенциометричните сензори, чийто принцип е да измерват изместването или местоположението на позицията, са свързани чрез своите подвижни контакти на променливия резистор към обекти. Това може да бъде клапани, антени, режещи инструменти и много други. След подаване на мощност към сензора, сигналът за положението на плъзгача на потенциометъра се отстранява от него, както при разделител на напрежение.
Основният метод на регистрация във всички модели остава един и същ, но има структурни различия. Сигналът може да се приема директно или с помощта на електронна схема след обработката и нормализирането му. Важно е тя да отговаря на определени стандарти.
Предимства на потенциометричните сензори
- Простота на дизайна.
- Ниска цена.
- Добра резолюция.
- Компактно и леко тегло.
- Стабилността на показанията.
дизайн
Потенциометричните сензори за движение на тел са често срещани в индустрията. Те имат висока точност и стабилност, имат малки стойности на температурна и преходна устойчивост и ниско ниво на шум. Недостатъците включват: малко количество съпротивление, ниска разделителна способност, износване на движещи се части и ограничена употреба при работа на променлив ток.
Устройствата се състоят от три основни елемента:
- Frame. Изработен от топлопроводящ изолационен материал или метал с диелектрично покритие, който не променя геометричните размери при нагряване. Формата може да бъде под формата на пръстен, извита плоча, прът.
- Изолирана намотка. Извършва се с точното полагане на жицата, от стъпката на която зависи разделителната способност на устройството.
- Подвижна четка. В местата на контакт с намотката завоите се почистват от изолация. Подвижният контакт в устройствата може да се движи транслационно или ротационно. В последния случай устройствата могат да бъдат с едно или многократно изпълнение.
материали
Рамката е изработена от диелектричен материал: керамика, гетинакса, текстолит, пластмаса. Нанесете метал с изолиращо покритие. Високата му топлопроводимост дава възможност за добро отстраняване на топлината от сензорния проводник.
Металът на намотката има високо електрическо съпротивление, устойчивост на корозия, лек температурен ефект, устойчивост на абразия и разкъсване. Манганин, констанстан, никел-хром сплави отговарят на тези изисквания. Навиването може също да бъде ламела или филм.
Плъзгащите се контакти намаляват надеждността на сензорите и усложняват дизайна. Недостатъци на телените потенциометри:
- ниска надеждност на контактите;
- нестабилност на преходното съпротивление между двигателя и намотката поради окисляване и електроерозия на жицата;
- отскочи от контакти.
Проводимата пластмаса, която също има по-добра линейност, има голям ресурс.Сензорите, базирани на тях, се използват там, където се изисква висока надеждност, особено в авиацията.
Контактните четки се правят с добавяне на благородни метали, така че да са по-меки от материала на намотката.
схеми
Датчиците за потенциометричен тип имат статична характеристика - изходно напрежение UО от движещ се контакт X. Връзката между тези параметри в незареден потенциометър обикновено е линейна:
UО = kX,
където L е дължината на сензора, k е чувствителността (k = UПийт/ L).
В действителност потенциометричният сензор съдържа съпротивление на натоварване Rп в следващата връзка на системата за автоматично управление, което влияе върху стойността на UО.
Ниската надеждност на сензорите, свързана със загубата на контакт, намотка с отворена верига или прекъсване на веригата, води до необходимостта от промяна на схемата на свързване.
Ако знакът на изходния сигнал не се промени, сензорът се нарича еднополюсен. Това е просто устройство като променлив резистор.
Потенциометрична сензорна схема тип push-pull се използва за автоматично управление, където знакът на сигнала се променя на изхода, в зависимост от това какво е на входа. От това зависи посоката на контролното движение на работния орган. 
Напрежението може да се отстрани от четката и от средата на потенциометъра. Използват се и други схеми за свързване. Когато се захранва от постоянен ток, когато подвижният контакт преминава през средната си точка, знакът на изхода се променя на обратното. Ако към намотката се приложи променливо напрежение, фазата се променя с 1800.
В автоматизацията се използват нелинейни характеристики на сензорите. За това диаметърът на проводника по намотката, стъпката на намотката се променя, използват се сложно оформени рамки, секции на потенциометрите със съпротивления се разменят.
Оперативни характеристики
Отговорът на празен ход на сензора е права линия (R / Rп = 0). Отклонението на кривите от него нараства с намаляващото съпротивление на натоварването Rп.
В допълнение към активното съпротивление сензорите имат и динамични натоварвания:
- Трансферна функция.
- Индуктивен компонент.
- Собствен шум по време на прехода на подвижния контакт от намотка към намотка и от вибрация на четката.
Съпротивлението между контакта на двигателя и един от изводите се нарича изход. Измерват се неговата величина, ток или напрежение.
Грешки на сензора
Следните грешки засягат действителните характеристики на сензорите:
- Мъртва зона. Когато контактът преминава от един завой на проводника в друг, се случва скок на напрежение, чиято стойност се определя по формулата: DU = Uяма./ W, където W е броят на завоите.
- Неравномерността на статичната характеристика, свързана с колебанията в диаметъра на жицата по дължината, нейното съпротивление и точността на навиване.
- Наличието на игра между контактния мотор и втулката, което влияе върху точността на показанията.
- Неравномерно налягане на четката, което влияе върху стойността на контактното съпротивление. Обикновено силата на натискане на двигателя към намотката се използва доста голяма. Това обаче не винаги е възможно, защото силата от чувствителните елементи (мембрани, поплавци, биметални плочи) е малка.
- Ефектът от съпротивлението на електрическото натоварване Rп, Стойността му е избрана 10 ... 100 пъти повече от съпротивлението на сензора.
уговорена среща
Потенциометричният предавател за позиция е проектиран за следните цели:
- контрол и измерване на движенията на механизмите, работните тела на машините и други предмети;
- връзка за обратна връзка в системите за роботизация и автоматизация;
- определяне на разстояния до обекти;
- тестове в лаборатории, наблюдение на работата на механизмите.
Видове сензори
Използването на потенциометричен сензор зависи от типа:
- T / TS е високо прецизен инструмент (0,075%), работещ в обхвата на аксиални премествания от 150 мм. Подходящ за периферна скорост до 10 m / s. Проектиране - осигуряване на движението на пръта в две посоки съгласно принципа на разделител на напрежението.
- TR / TRS - същият като предишния, но с възвратна пружина. Изместването достига 100 мм. Издържа на по-големи странични товари на върха.
- TE1 е модел, който съдържа електронна схема за нормализиране на сигнали с аналогов изход.
- TE1 с възвратна пружина - модификация за решаване на по-широк спектър от задачи. Сензорът е по-стабилен при увеличени странични натоварвания.
- TEX е потенциометричен сензор с въртяща се глава и проследява линейни движения на обекти до 300 мм. Въртящата се фуга улеснява монтажа и гарантира дълъг експлоатационен живот.
- TEX с резба задвижващ прът. Дава възможност за неподвижно фиксиране на обект.
- TEX с възвратна пружина не изисква твърдо закрепване на обекта към щангата.
- TX2 с въртяща се глава или с монтажни скоби. Използват се при тежки експлоатационни условия. Нивото на защита е IP 67, точност - 0,05%.
Използването на потенциометри в датчици за налягане
Работните параметри на различните устройства удобно се превръщат в електрически сигнали. Потенциометричен сензор за налягане на течност или газ се използва в системите за подаване на гориво в автомобили, газ в магистрали и др.
Под действието на разлика в налягането от двете страни на мембраната, тя се движи. В същото време плъзгачът също се върти. Ако налягането P0 и Pи са равни една на друга, двигателят отива в първоначалното си ляво положение, при което е зададено първоначалното съпротивление на устройството. Когато пи намалява, мембраната се премества вдясно и плъзгачът поставя четката за потенциометър в положение, съответстващо на спада на налягането.
За да се намали грешката на дискретна промяна в съпротивлението на потенциометъра, броят на завъртанията върху него се прави най-малко 100. Той може да бъде напълно елиминиран, като преместите четката по оста на калибрирания кабел на рекорда.
Дизайн на сензори
Потенциометричният сензор за линейно изместване се състои от диелектрична рамка с различни форми (плочи, цилиндри, пръстени и др.), Върху която е навита изолирана жица, прикрепена към скобите и закрепена със скоби в краищата. По намотката се движи метална четка. За датчици от ротационен тип рамките са с пръстеновидна форма, надлъжни - прави. В местата на контакт с двигателя няма изолация по жицата.
Терминалите са захранвани. Изходният сигнал се приема между единия край на жицата и контакта на четката, въпреки че има други схеми на свързване.
Всеки линеен потенциометричен сензор има статична характеристика под формата на зависимост на стойността на изходния сигнал от изместването на контакта на четката.
заключение
Потенциометричният сензор трябва да бъде надежден, удобен и издръжлив, когато се използва в измервателната технология и в автоматичните системи за управление. Устройствата за наблюдение на положението на обектите се различават по принцип на работа и по видове изходни сигнали, които трябва да отговарят на стандартите.