Sensor potenciomètric: descripció, dispositiu i circuit

En tecnologia, els instruments s’utilitzen àmpliament per mesurar la magnitud dels desplaçaments d’objectes amb la seva conversió en senyals elèctrics. El sensor potenciomètric en la majoria de dissenys és un reostat i un contacte lliscant connectat a l'objecte, del qual s'elimina el senyal. El paràmetre de sortida és el valor de la resistència elèctrica, depenent del moviment angular o lineal de l’element mòbil.

Principi de funcionament

El potenciòmetre converteix els desplaçaments lineals o angulars als valors de tensió, corrent o resistència adequats. Degut a això, és possible treballar amb moltes quantitats no elèctriques: pressió, nivell, cabal, etc.

Els sensors potenciomètrics, el principi dels quals és mesurar el desplaçament o la ubicació de la posició, estan connectats pels seus contactes mòbils de la resistència variable als objectes. Pot ser vàlvules, antenes, eines de tall i molt més. Després de subministrar energia al sensor, s'elimina el senyal de la posició del motor del potenciòmetre, com passa amb un divisor de tensió.

El mètode de registre bàsic en tots els models segueix sent el mateix, però hi ha diferències estructurals. El senyal es pot prendre directament o utilitzant un circuit electrònic després del seu processament i normalització. És important que compleixi certs estàndards.

Avantatges dels sensors potenciomètrics

• Simplicitat del disseny.
• Cost baix.
• Bona resolució.
• Pes compacte i lleuger.
• L’estabilitat de les lectures.

Disseny

Els sensors potenciomètrics de moviment de fil són habituals a la indústria. Tenen alta precisió i estabilitat, tenen petits valors de resistència a la temperatura i transició i un baix nivell de soroll. Els inconvenients són: una petita quantitat de resistència, baixa resolució, desgast de les peces mòbils i un ús limitat quan es treballa en corrent altern.

Els dispositius consten de tres elements principals:

1. Estructura de filferro. Fabricat en material aïllant tèrmic o revestit dielèctric, que no canvia les dimensions geomètriques quan s'escalfa. La forma pot ser en forma d’anell, d’una placa corba, d’una vara.
2. Enrotllament aïllat Es realitza amb la col·locació exacta del filferro, al pas del qual depèn la resolució del dispositiu.
3. Pinzell mòbil. En llocs de contacte amb el bobinatge, els torns es netegen d’aïllament. El contacte mòbil als dispositius es pot moure de manera traducció o rotativa. En aquest darrer cas, els dispositius poden ser d’execució d’un sol cop o de diversos torns.

Materials

El marc està fabricat amb material dielèctric: ceràmica, getinaksa, textolita, plàstic. Aplicar metall amb un recobriment aïllant. La seva elevada conductivitat tèrmica fa possible eliminar bé la calor del cable del sensor.

El metall del bobinat té una alta resistència elèctrica, resistència a la corrosió, un lleuger efecte de temperatura, resistència a l’abrasió i a les esquinçades. Els aliatges de manganina, constantan, níquel-crom compleixen aquests requisits. El bobinat també pot ser làmpada o pel·lícula.

Els contactes corredissos redueixen la fiabilitat dels sensors i compliquen el disseny. Desavantatges dels potenciòmetres de fil:

• baixa fiabilitat dels contactes;
• inestabilitat de la resistència de transició entre el motor i el bobinat per oxidació i electroerosió del filferro;
• rebot de contactes.

Els plàstics conductors, que també tenen una millor linealitat, tenen un gran recurs.S'utilitzen sensors basats en ells on es requereixi una alta fiabilitat, especialment en l'aviació.

Els raspalls de contacte es realitzen amb l'addició de metalls nobles de manera que siguin més suaus que el material del bobinat.

Esquemes

Els sensors tipus potenciomètrics tenen una característica estàtica: tensió de sortida U_{a fora} a partir del contacte X. La relació entre aquests paràmetres en un potenciòmetre descarregat sol ser lineal:

U_{a fora} = kX,

on L és la longitud del sensor, k és la sensibilitat (k = U_fossa/ L).

En realitat, el sensor potenciomètric conté una resistència de càrrega R_n al següent enllaç del sistema de control automàtic, que afecta el valor d'U_{a fora}

La poca fiabilitat dels sensors associats a la pèrdua de contacte, l’enrotllament de circuit obert o el circuit d’entorn, comporta la necessitat de canviar el diagrama de cablejat.

Si el senyal del senyal de sortida no canvia, el sensor s’anomena unipolar. És un dispositiu senzill com una resistència variable.

Per a control automàtic s'utilitza un circuit de sensor potentiomètric de tipus push-pull, on el senyal del senyal canvia a la sortida, depenent de quina entrada es tracti. La direcció del moviment de control del cos de treball depèn d'això.

La tensió es pot treure del pinzell i del centre del potenciòmetre. També s'utilitzen altres esquemes de cablejat. Quan es mou per corrent directe, quan el contacte mòbil passa pel punt mig, el signe a la sortida canvia al contrari. Si s’aplica la tensió de CA al bobinat, la fase canvia per 180⁰.

En automatització s’utilitzen característiques no lineals dels sensors. Per a això, el diàmetre del filferro al llarg de la bobina, canvia el pas del bobinat, s'utilitzen marcs en forma de complexos, es trontollen seccions dels potenciòmetres amb resistències.

Característiques operatives

La resposta inactiva del sensor és una línia recta (R / R)_n = 0). La desviació de les corbes d’ella augmenta amb disminució de la resistència de càrrega R_n.

A més de la resistència activa, els sensors també tenen càrregues dinàmiques:

1. Funció de transferència.
2. Component inductiu.
3. Soroll propi durant la transició del contacte en moviment de la bobina a la bobina i de la vibració del raspall.

La resistència entre el contacte del motor i una de les conclusions s’anomena sortida. Es mesura la seva magnitud, corrent o tensió.

Errors del sensor

Els errors següents afecten les característiques reals dels sensors:

1. Zona morta. Quan el contacte passa d'un gir al fil, es produeix un salt de tensió, el valor del qual és determinat per la fórmula: DU = U_fossa/ W, on W és el nombre de voltes.
2. El desnivell de la característica estàtica associada a les fluctuacions del diàmetre del filferro al llarg de la longitud, la seva resistivitat i precisió del bobinat.
3. La presència de joc entre el motor de contacte i la funda, que afecta la precisió de les lectures.
4. Pressió de raspall desigual, que afecta el valor de la resistència de contacte. Normalment, la força de prémer el motor al bobinat s’utilitza bastant gran. Tot i això, això no sempre és possible, perquè la força dels elements sensibles (membranes, flotadors, plaques bimetals) és petita.
5. L’efecte de la resistència de càrrega elèctrica R_n. El seu valor es tria 10 ... 100 vegades més que la resistència del sensor.

Cita prèvia

El transmissor de posició potenciomètrica està dissenyat per als propòsits següents:

• control i mesurament de moviments de mecanismes, cossos de treball de màquines i altres objectes;
• enllaç de retroalimentació en sistemes de robòtica i automatització;
• determinació de les distàncies als objectes;
• proves en laboratoris, seguiment del funcionament dels mecanismes.

Tipus de sensor

L’ús d’un sensor potenciomètric depèn del tipus:

1. T / TS és un instrument d'alta precisió (0,075%) que funciona en un rang de desplaçaments axials de 150 mm. Apte per a velocitats perifèriques de fins a 10 m / s. Disseny: assegurant el moviment de la varilla en dues direccions segons el principi d’un divisor de tensió.
2. TR / TRS: el mateix que l’anterior, però amb molla de retorn. El desplaçament arriba als 100 mm. Resisteix càrregues laterals més elevades a la punta.
3. TE1 és un model que conté un circuit electrònic per normalitzar senyals amb una sortida analògica.
4. TE1 amb molla de retorn: modificació per resoldre un ventall més ampli de tasques. El sensor és més estable amb augment de càrregues laterals.
5. TEX és un sensor potenciomètric amb capçal giratori i fa el seguiment de moviments lineals d'objectes de fins a 300 mm. L’articulació giratòria facilita la instal·lació i garanteix una llarga vida útil.
6. TEX amb una barra de tracció roscada. Permet arreglar rígidament un objecte.
7. TEX amb un ressort de retorn no necessita unió rígida de l'objecte a la barra.
8. TX2 amb capçal giratori o amb pinces de muntatge. S'utilitzen en condicions operatives severes. El nivell de protecció és IP 67, precisió: 0,05%.

L’ús de potenciòmetres en sensors de pressió

Els paràmetres de funcionament de diversos dispositius es converteixen convenientment en senyals elèctrics. En els sistemes de subministrament de combustible en cotxes, gas a les carreteres, s'utilitza un sensor potentiomètric de líquid o de pressió. Generalment es tracta de dispositius de mesura de membrana.

Sota l'acció d'un diferencial de pressió a banda i banda de la membrana, es mou. Al mateix temps, el control lliscant també gira. Si la pressió P₀ i P_i són iguals entre si, el motor es dirigeix ​​a la posició inicial esquerra, en què s’ajusta la resistència inicial del dispositiu. Quan p_i disminueix, la membrana es desplaça cap a la dreta i el control lliscant posa el pinzell del potenciòmetre a la posició corresponent a la caiguda de pressió.

Per reduir l’error d’un canvi discret de la resistència del potenciòmetre, el nombre d’encès s’efectua com a mínim 100. Es pot eliminar completament movent el raspall per l’eix del cable de reordenació calibrat.

Dissenys de sensors

El sensor de desplaçament lineal potenciomètric consisteix en un marc dielèctric de diverses formes (plaques, cilindres, anells, etc.), sobre el qual s’enrotlla un fil aïllat, unit a les pinces i fixat amb pinces als extrems. Un raspall metàl·lic es mou al llarg del bobinat. Per als sensors de tipus rotatiu, els marcs tenen forma d'anell i longitudinals - rectes. Als llocs de contacte amb el motor, no hi ha aïllament al fil.

Els terminals s’alimenten. El senyal de sortida es pren entre un extrem del cable i el contacte del raspall, tot i que hi ha altres esquemes de connexió.

Cada sensor potenciomètric lineal té una característica estàtica en forma de dependència del valor del senyal de sortida al desplaçament del contacte del raspall.

Conclusió

El sensor potenciomètric ha de ser fiable, còmode i durador quan s’utilitzi en tecnologia de mesura i en sistemes de control automàtic. Els dispositius de control de la posició dels objectes difereixen en principi de funcionament i en els tipus de senyals de sortida, que han de complir els estàndards.