Potentiometrisk sensor: beskrivelse, enhed og kredsløb

Inden for teknologi bruges instrumenter i vid udstrækning til at måle størrelsen af ​​forskydninger af genstande med deres konvertering til elektriske signaler. Den potentiometriske sensor i de fleste design er en reheostat og en glidekontakt forbundet til objektet, hvorfra signalet fjernes. Udgangsparameteren er værdien af ​​elektrisk modstand afhængigt af det bevægelige elements vinkel eller lineære bevægelse.

Funktionsprincip

Potentiometeret konverterer lineære eller vinkelforskydninger til de rette spændings-, strøm- eller modstandsværdier. På grund af dette er det muligt at arbejde med mange ikke-elektriske mængder: tryk, niveau, strømningshastighed osv.

Potentiometriske sensorer, hvis princip er at måle forskydningen eller placeringen af ​​positionen, er ved hjælp af deres bevægelige kontakter af den variable modstand forbundet med genstande. Det kan være ventiler, antenner, skæreværktøjer og meget mere. Efter at strømforsyningen er leveret til sensoren fjernes signalet om potentiometermotorens position fra den, som med en spændingsdelere.

Den grundlæggende registreringsmetode i alle modeller forbliver den samme, men der er strukturelle forskelle. Signalet kan tages direkte eller ved hjælp af et elektronisk kredsløb efter behandling og normalisering. Det er vigtigt, at det opfylder visse standarder.

Fordele ved potentiometriske sensorer

• Enkelhed i design.
• Lav pris.
• God opløsning.
• Kompakt og let vægt.
• Aflæsningernes stabilitet.

design

Potentiometriske bevægelsessensorer er almindelige i industrien. De har høj nøjagtighed og stabilitet, har små værdier for temperatur og overgangsbestandighed og et lavt støjniveau. Ulemperne inkluderer: en lille mængde modstand, lav opløsning, slid på bevægelige dele og begrænset brug, når man arbejder på vekselstrøm.

Enheder består af tre hovedelementer:

1. Ramme. Lavet af varmeledende isolerende materiale eller dielektrisk overtrukket metal, som ikke ændrer geometriske dimensioner, når de opvarmes. Formen kan være i form af en ring, en buet plade, en stang.
2. Isoleret vikling. Det udføres med den nøjagtige placering af tråden, på hvilket trin enhedens opløsning afhænger af.
3. Bevægelig børste. På steder, hvor det er i kontakt med viklingen, renses svingene for isolering. Den bevægelige kontakt i enhederne kan bevæge sig translationelt eller roterende. I sidstnævnte tilfælde kan enhederne være en enkelt eller multi-turn udførelse.

materialer

Rammen er lavet af dielektrisk materiale: keramik, getinaksa, textolit, plast. Påfør metal med en isolerende belægning. Dens høje varmeledningsevne gør det muligt at fjerne varme fra sensorkablet godt.

Opviklingsmetallet har en høj elektrisk modstand, korrosionsbestandighed, en svag temperatureffekt, slid og rivemodstand. Manganin, constantan, nikkel-kromlegeringer opfylder disse krav. Winding kan også være lameller eller film.

Glidekontakter reducerer pålideligheden af ​​sensorer og komplicerer designet. Ulemper ved ledningspotentiometre:

• lav pålidelighed af kontakter;
• ustabilitet i overgangsmodstanden mellem motoren og viklingen på grund af oxidation og elektroerosion af ledningen;
• afvisning af kontakter.

Ledende plastik, som også har bedre linearitet, har en stor ressource.Sensorer baseret på dem bruges, hvor høj pålidelighed er påkrævet, især inden for luftfart.

Kontaktbørster fremstilles med tilsætning af ædelmetaller, så de er blødere end viklingen.

ordninger

Sensorer med potentiometrisk type har en statisk karakteristik - udgangsspænding U_O fra bevægelig kontakt X. Forholdet mellem disse parametre i et ubelastet potentiometer er normalt lineært:

U_O = kX,

hvor L er sensorens længde, er k følsomheden (k = U_Pete/ L).

I virkeligheden indeholder den potentiometriske sensor en belastningsmodstand R_n i det næste link i det automatiske kontrolsystem, der påvirker værdien af ​​U_O.

Den lave pålidelighed af sensorer, der er forbundet med tab af kontakt, åbent kredsløb eller interturn-kredsløb, fører til behovet for at ændre ledningsdiagrammet.

Hvis signalet på udgangssignalet ikke ændres, kaldes sensoren unipolar. Det er en simpel enhed som en variabel modstand.

Et potentiometrisk sensorkredsløb af push-pull-type bruges til automatisk styring, hvor signalets tegn ændres ved udgangen, afhængigt af hvad det er ved indgangen. Retningen for arbejdsorganets kontrolbevægelse afhænger af dette.

Spændingen kan fjernes fra børsten og fra midten af ​​potentiometeret. Andre ledningsdiagrammer bruges også. Når den drives af jævnstrøm, når den bevægelige kontakt passerer gennem midtpunktet, skifter tegnet ved udgangen til det modsatte. Hvis der spændes vekselstrøm på viklingen, ændres fasen med 180⁰.

I automatisering anvendes ikke-lineære egenskaber ved sensorer. Til dette ændres trådens diameter langs viklingen, viklingstrinnet, der anvendes komplekse formede rammer, sektioner af potentiometrene med modstande skiftes.

Driftsegenskaber

Sensorens inaktive respons er en lige linje (R / R_n = 0). Afvigelsen af ​​kurverne derfra øges med faldende belastningsmodstand R_n.

Foruden aktiv modstand har sensorer også dynamiske belastninger:

1. Overførselsfunktion.
2. Induktiv komponent.
3. Egen støj under overgangen til den bevægelige kontakt fra spole til spole og fra børstevibration.

Modstanden mellem kontakt fra motoren og en af ​​konklusionerne kaldes output. Dets størrelse, strøm eller spænding måles.

Sensorfejl

Følgende fejl påvirker sensorernes faktiske egenskaber:

1. Død zone. Når kontakten går fra en drejning til ledningen, opstår der et spændingshopp, hvis værdi bestemmes af formlen: DU = U_pit./ W, hvor W er antallet af sving.
2. Ujævnheden i den statiske karakteristik, der er forbundet med svingninger i trådens diameter langs længden, dens modstand og vikling af nøjagtighed.
3. Tilstedeværelsen af ​​spil mellem kontaktmotoren og bøsningen, hvilket påvirker nøjagtigheden af ​​målingerne.
4. Ujævnt børstetryk, der påvirker værdien af ​​kontaktmodstand. Normalt bruges kraften ved at presse motoren til viklingen ret stor. Dette er dog ikke altid muligt, fordi kraften fra de følsomme elementer (membraner, flyder, bimetalplader) er lille.
5. Effekten af ​​den elektriske belastningsmodstand R_n. Dets værdi er valgt 10 ... 100 gange mere end sensorenes modstand.

tid

Den potentiometriske positionssender er designet til følgende formål:

• kontrol og måling af bevægelser af mekanismer, arbejdsorganer for maskiner og andre genstande;
• feedbacklink i robotik og automatiseringssystemer;
• bestemmelse af afstande til genstande;
• test i laboratorier, overvågning af mekanismernes drift.

Sensortyper

Brug af en potentiometrisk sensor afhænger af typen:

1. T / TS er et højpræcisionsinstrument (0,075%), der arbejder i området med aksiale forskydninger på 150 mm. Egnet til perifere hastigheder op til 10 m / s. Design - sikring af stangens bevægelse i to retninger i henhold til princippet om en spændingsdelere.
2. TR / TRS - det samme som den foregående, men med en returfjeder. Forskydningen når 100 mm. Tåler højere laterale belastninger ved spidsen.
3. TE1 er en model, der indeholder et elektronisk kredsløb til normalisering af signaler med en analog udgang.
4. TE1 med returfjeder - ændring til løsning af en bredere vifte af opgaver. Sensoren er mere stabil med øgede sidebelastninger.
5. TEX er en potentiometrisk sensor med et drejeligt hoved og sporing af lineære bevægelser af genstande op til 300 mm. Det drejelige led letter installationen og sikrer en lang levetid.
6. TEX med gevindskåret stang. Det gør det muligt at fastgøre et objekt stift.
7. TEX med returfjeder kræver ikke fast fastgørelse af genstanden til stangen.
8. TX2 med drejeligt hoved eller med monteringsklemmer. De bruges under svære driftsforhold. Beskyttelsesniveauet er IP 67, nøjagtighed - 0,05%.

Anvendelse af potentiometre i tryksensorer

Betjeningsparametrene for forskellige enheder konverteres bekvemt til elektriske signaler. En potentiometrisk væske- eller gastrykssensor bruges i brændstofforsyningssystemer i biler, gas i motorveje osv. Normalt er dette membranmåleinstrumenter.

Under virkningen af ​​en trykdifferens på begge sider af membranen bevæger den sig. Samtidig roterer skyderen også. Hvis trykket P₀ og P_og er lig med hinanden, går motoren til sin oprindelige venstre position, hvorpå enhedens oprindelige modstand er indstillet. Når s_og mindskes, membranen bevæger sig mod højre, og skyderen indstiller potentiometerbørsten til den position, der svarer til trykfaldet.

For at reducere fejlen ved en diskret ændring i potentiometerets modstand foretages antallet af tændinger på det mindst 100. Det kan elimineres fuldstændigt ved at bevæge børsten langs aksen på den kalibrerede opladetråd.

Sensordesign

Den potentiometriske lineære forskydningsføler består af en dielektrisk ramme i forskellige former (plader, cylindre, ringe osv.), Hvorpå en isoleret ledning vikles, fastgøres til klemmerne og fastgøres med klemmer i enderne. En metalbørste bevæger sig langs viklingen. For sensorer af en roterende type er rammerne ringformede, langsgående - lige. På kontaktsteder med motoren er der ingen isolering på ledningen.

Klemmerne er drevet. Udgangssignalet tages mellem den ene ende af ledningen og børstekontakten, skønt der er andre tilslutningsskemaer.

Hver lineær potentiometrisk sensor har en statisk karakteristik i form af en afhængighed af værdien af ​​udgangssignalet ved forskydningen af ​​børstekontakten.

konklusion

Den potentiometriske sensor skal være pålidelig, praktisk og holdbar, når den bruges i måleteknologi og i automatiske styresystemer. Enheder til overvågning af genstandens placering er forskellige i funktionsprincippet og i de forskellige udgangssignaler, der skal overholde standarderne.