Ποτενσιομετρικός αισθητήρας: περιγραφή, συσκευή και κύκλωμα

Στην τεχνολογία, τα όργανα χρησιμοποιούνται ευρέως για τη μέτρηση του μεγέθους των μετατοπίσεων αντικειμένων με τη μετατροπή τους σε ηλεκτρικά σήματα. Ο ποτενσιομετρικός αισθητήρας στα περισσότερα σχέδια είναι ένας ρεοστάτης και μια ολισθαίνουσα επαφή που συνδέεται με το αντικείμενο από το οποίο αφαιρείται το σήμα. Η παράμετρος εξόδου είναι η τιμή της ηλεκτρικής αντίστασης, ανάλογα με τη γωνιακή ή γραμμική κίνηση του κινητού στοιχείου.

Αρχή της λειτουργίας

Το ποτενσιόμετρο μετατρέπει γραμμικές ή γωνιακές μετατοπίσεις στις κατάλληλες τιμές τάσης, ρεύματος ή αντίστασης. Λόγω αυτού, είναι δυνατή η εργασία με πολλές μη ηλεκτρικές ποσότητες: πίεση, στάθμη, παροχή, κλπ.

Οι ποτενσιομετρικοί αισθητήρες, η αρχή της οποίας είναι η μέτρηση της μετατόπισης ή της θέσης της θέσης, συνδέονται με τις κινητές τους επαφές της μεταβλητής αντιστάσεως με αντικείμενα. Μπορούν να είναι βαλβίδες, κεραίες, εργαλεία κοπής και πολλά άλλα. Μετά την παροχή ισχύος στον αισθητήρα, το σήμα της θέσης του κινητήρα του ποτενσιόμετρου αφαιρείται από αυτό, όπως και με έναν διαιρέτη τάσης.

Η βασική μέθοδος καταγραφής σε όλα τα μοντέλα παραμένει η ίδια, αλλά υπάρχουν διαρθρωτικές διαφορές. Το σήμα μπορεί να ληφθεί απευθείας ή χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα μετά την επεξεργασία και την κανονικοποίησή του. Είναι σημαντικό να πληροί ορισμένα πρότυπα.

Πλεονεκτήματα των ποτενσιομετρικών αισθητήρων

• Απλότητα σχεδιασμού.
• Χαμηλό κόστος.
• Καλή ανάλυση.
• Συμπαγές και ελαφρύ.
• Η σταθερότητα των αναγνώσεων.

Σχεδιασμός

Οι αισθητήρες ποτενσιομετρικού αισθητήρα κίνησης είναι συνήθεις στη βιομηχανία. Έχουν υψηλή ακρίβεια και σταθερότητα, έχουν χαμηλές τιμές θερμοκρασίας και αντοχής μετάβασης και χαμηλό επίπεδο θορύβου. Τα μειονεκτήματα περιλαμβάνουν: μικρή αντίσταση, χαμηλή ανάλυση, φθορά κινητών εξαρτημάτων και περιορισμένη χρήση όταν εργάζονται σε εναλλασσόμενο ρεύμα.

Οι συσκευές αποτελούνται από τρία βασικά στοιχεία:

1. Συρματόπλεγμα. Κατασκευασμένο από θερμομονωτικό μονωτικό υλικό ή μεταλλικό επιστρωμένο μέταλλο, το οποίο δεν αλλάζει γεωμετρικές διαστάσεις όταν θερμαίνεται. Το σχήμα μπορεί να έχει τη μορφή δακτυλίου, καμπύλης πλάκας, ράβδου.
2. Μονωμένη περιέλιξη. Εκτελείται με την ακριβή τοποθέτηση του σύρματος, στο βήμα του οποίου εξαρτάται η ανάλυση της συσκευής.
3. Κινούμενη βούρτσα. Στα σημεία της επαφής του με την περιέλιξη, οι στροφές καθαρίζονται από τη μόνωση. Η κινητή επαφή στις συσκευές μπορεί να μετακινηθεί μεταφραστικά ή περιστροφικά. Στην τελευταία περίπτωση, οι συσκευές μπορεί να είναι μονής ή πολλαπλής εκτέλεσης.

Υλικά

Το πλαίσιο κατασκευάζεται από διηλεκτρικό υλικό: κεραμικά, getinaksa, τετολίθιο, πλαστικό. Εφαρμόστε μέταλλο με μονωτική επίστρωση. Η υψηλή θερμική αγωγιμότητά του καθιστά δυνατή τη σωστή αφαίρεση της θερμότητας από το καλώδιο του αισθητήρα.

Το μέταλλο της περιέλιξης έχει υψηλή ηλεκτρική αντίσταση, αντοχή στη διάβρωση, ελαφριά επίδραση θερμοκρασίας, αντοχή σε τριβή και σχισίματα. Τα μαγγανίνη, σταθερά, κράματα νικελίου-χρωμίου πληρούν αυτές τις απαιτήσεις. Η περιέλιξη μπορεί επίσης να είναι λαμέλα ή μεμβράνη.

Οι συρόμενες επαφές μειώνουν την αξιοπιστία των αισθητήρων και περιπλέκουν το σχέδιο. Μειονεκτήματα των ποτενσιόμετρων καλωδίων:

• χαμηλή αξιοπιστία των επαφών.
• αστάθεια της αντίστασης μετάβασης μεταξύ του κινητήρα και της περιέλιξης λόγω της οξείδωσης και της ηλεκτρικής εκφόρτισης του σύρματος.
• αναπήδηση των επαφών.

Τα αγώγιμα πλαστικά, τα οποία έχουν επίσης καλύτερη γραμμικότητα, έχουν έναν μεγάλο πόρο.Χρησιμοποιούνται αισθητήρες που βασίζονται σε αυτές όπου απαιτείται υψηλή αξιοπιστία, ειδικά στην αεροπορία.

Οι βούρτσες επαφής γίνονται με την προσθήκη ευγενών μετάλλων έτσι ώστε να είναι μαλακότερες από το υλικό της περιέλιξης.

Σχέδια

Οι αισθητήρες δυναμικού τύπου έχουν στατικό χαρακτηριστικό - την τάση εξόδου U_έξω από την κινούμενη επαφή Χ. Η σχέση μεταξύ αυτών των παραμέτρων σε ένα μη φορτωμένο ποτενσιόμετρο είναι συνήθως γραμμική:

U_έξω = kX,

όπου L είναι το μήκος του αισθητήρα, k είναι η ευαισθησία (k = U_pit/ L).

Στην πραγματικότητα, ο ποτενσιομετρικός αισθητήρας περιέχει αντίσταση φορτίου R_n στον επόμενο σύνδεσμο του αυτόματου συστήματος ελέγχου, το οποίο επηρεάζει την τιμή του U_έξω

Η χαμηλή αξιοπιστία των αισθητήρων που σχετίζεται με την απώλεια επαφής, την περιέλιξη ανοικτού κυκλώματος ή το κύκλωμα παρεμβολής, οδηγεί στην ανάγκη αλλαγής του διαγράμματος καλωδίωσης.

Εάν το σήμα του σήματος εξόδου δεν αλλάξει, ο αισθητήρας καλείται μονοπολικό. Είναι μια απλή συσκευή όπως μια μεταβλητή αντίσταση.

Ένα κύκλωμα ποτενσιομετρικού αισθητήρα τύπου push-pull χρησιμοποιείται για τον αυτόματο έλεγχο, όπου το σήμα του σήματος αλλάζει στην έξοδο, ανάλογα με το τι είναι στην είσοδο. Η κατεύθυνση της κίνησης ελέγχου του σώματος εργασίας εξαρτάται από αυτό.

Η τάση μπορεί να αφαιρεθεί από τη βούρτσα και από τη μέση του ποτενσιόμετρου. Χρησιμοποιούνται επίσης και άλλα διαγράμματα καλωδίωσης. Όταν τροφοδοτείται από συνεχές ρεύμα, όταν η κινητή επαφή διέρχεται από το μέσο σημείο της, το σήμα στην έξοδο αλλάζει προς το αντίθετο. Εάν εφαρμόζεται τάση AC στην περιέλιξη, η φάση αλλάζει κατά 180⁰.

Στην αυτοματοποίηση χρησιμοποιούνται μη γραμμικά χαρακτηριστικά των αισθητήρων. Γι 'αυτό, χρησιμοποιείται η διάμετρος του σύρματος κατά μήκος της περιέλιξης, το βήμα της μεταβολής του τυλίγματος, τα πολύπλοκα πλαίσια, χρησιμοποιούνται τμήματα των ποτενσιόμετρων με αντιστάσεις.

Λειτουργικά χαρακτηριστικά

Η απόκριση στο ρελαντί του αισθητήρα είναι μια ευθεία γραμμή (R / R_n = 0). Η απόκλιση των καμπυλών από αυτό αυξάνεται με τη μείωση της αντίστασης φορτίου R_n.

Εκτός από την ενεργή αντίσταση, οι αισθητήρες έχουν επίσης δυναμικά φορτία:

1. Λειτουργία μεταφοράς.
2. Επαγωγικό στοιχείο.
3. Ο θόρυβος κατά τη διάρκεια της μετάβασης της κινούμενης επαφής από το πηνίο στο πηνίο και από τη δόνηση της βούρτσας.

Η αντίσταση μεταξύ της επαφής του κινητήρα και ενός από τα συμπεράσματα ονομάζεται έξοδος. Μετράται το μέγεθος, το ρεύμα ή η τάση.

Σφάλματα αισθητήρα

Τα ακόλουθα σφάλματα επηρεάζουν τα πραγματικά χαρακτηριστικά των αισθητήρων:

1. Νεκρά ζώνη. Όταν η επαφή διέρχεται από μία στροφή του σύρματος στο άλλο, λαμβάνει χώρα άλμα τάσης, η τιμή του οποίου καθορίζεται από τον τύπο: DU = U_pit/ W, όπου W είναι ο αριθμός των στροφών.
2. Η ανομοιομορφία του στατικού χαρακτηριστικού που συνδέεται με τις διακυμάνσεις στη διάμετρο του σύρματος κατά μήκος, την αντίσταση και την ακρίβεια της περιέλιξης.
3. Η παρουσία παιχνιδιού μεταξύ του κινητήρα επαφής και του χιτωνίου, η οποία επηρεάζει την ακρίβεια των ενδείξεων.
4. Ανόμοια πίεση βούρτσας, επηρεάζοντας την τιμή της αντίστασης επαφής. Συνήθως, η δύναμη συμπίεσης του κινητήρα προς την περιέλιξη χρησιμοποιείται αρκετά μεγάλη. Ωστόσο, αυτό δεν είναι πάντα εφικτό, επειδή η δύναμη από τα ευαίσθητα στοιχεία (μεμβράνες, πλωτήρες, διμεταλλικές πλάκες) είναι μικρή.
5. Η επίδραση της ηλεκτρικής αντίστασης φορτίου R_n. Η τιμή του επιλέγεται 10 ... 100 φορές μεγαλύτερη από την αντίσταση του αισθητήρα.

Διορισμός

Ο ποτενσιομετρικός πομπός θέσης έχει σχεδιαστεί για τους ακόλουθους σκοπούς:

• έλεγχος και μέτρηση των κινήσεων των μηχανισμών, των οργάνων εργασίας των μηχανών και άλλων αντικειμένων.
• σύνδεσμος ανατροφοδότησης στη ρομποτική και τα συστήματα αυτοματισμού.
• τον προσδιορισμό των αποστάσεων σε αντικείμενα.
• δοκιμές σε εργαστήρια, παρακολούθηση της λειτουργίας μηχανισμών.

Τύποι αισθητήρων

Η χρήση ενός ποτενσιομετρικού αισθητήρα εξαρτάται από τον τύπο:

1. Το T / TS είναι ένα όργανο υψηλής ακρίβειας (0,075%) που λειτουργεί στην περιοχή των αξονικών μετατοπίσεων των 150 mm. Κατάλληλο για περιφερικές ταχύτητες μέχρι 10 m / s. Σχεδιασμός - εξασφάλιση της κίνησης της ράβδου σε δύο κατευθύνσεις σύμφωνα με την αρχή ενός διαιρέτη τάσης.
2. TR / TRS - το ίδιο με το προηγούμενο, αλλά με ελατήριο επιστροφής. Η μετατόπιση φτάνει τα 100 mm. Αντέχει υψηλότερα πλευρικά φορτία στην άκρη.
3. Το TE1 είναι ένα μοντέλο που περιέχει ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα για την ομαλοποίηση σημάτων με αναλογική έξοδο.
4. TE1 με ελατήριο επιστροφής - τροποποίηση για την επίλυση ευρύτερης σειράς εργασιών. Ο αισθητήρας είναι πιο σταθερός με αυξημένα πλευρικά φορτία.
5. Το TEX είναι ένας ποτενσιομετρικός αισθητήρας με περιστρεφόμενη κεφαλή και εντοπισμός γραμμικών κινήσεων αντικειμένων έως 300 mm. Ο περιστρεφόμενος σύνδεσμος διευκολύνει την εγκατάσταση και εξασφαλίζει μεγάλη διάρκεια ζωής.
6. TEX με βιδωτή ράβδο κίνησης. Αυτό καθιστά δυνατή τη σταθερή στερέωση ενός αντικειμένου.
7. Το TEX με ένα ελατήριο επιστροφής δεν απαιτεί σταθερή τοποθέτηση του αντικειμένου στη ράβδο.
8. TX2 με περιστρεφόμενη κεφαλή ή με σφιγκτήρες στερέωσης. Χρησιμοποιούνται σε δύσκολες συνθήκες λειτουργίας. Το επίπεδο προστασίας είναι IP 67, ακρίβεια - 0,05%.

Η χρήση ποτενσιόμετρων σε αισθητήρες πίεσης

Οι παράμετροι λειτουργίας διαφόρων συσκευών μετατρέπονται εύκολα σε ηλεκτρικά σήματα. Ένας ποτενσιομετρικός αισθητήρας πίεσης υγρού ή αερίου χρησιμοποιείται σε συστήματα τροφοδοσίας καυσίμων σε αυτοκίνητα, αέρια σε αυτοκινητόδρομους κλπ. Συνήθως πρόκειται για συσκευές μέτρησης μεμβράνης.

Κάτω από τη δράση μιας διαφοράς πίεσης και στις δύο πλευρές της μεμβράνης, κινείται. Ταυτόχρονα, ο δρομέας περιστρέφεται επίσης. Εάν η πίεση P₀ και Ρ_και είναι ίσες μεταξύ τους, ο κινητήρας πηγαίνει στην αρχική του θέση, στην οποία έχει ρυθμιστεί η αρχική αντίσταση της συσκευής. Όταν p_και μειώνεται, η μεμβράνη κινείται προς τα δεξιά και ο ολισθητήρας ρυθμίζει τη βούρτσα του ποτενσιόμετρου στη θέση που αντιστοιχεί στην πτώση πίεσης.

Για να μειωθεί το σφάλμα μιας διακριτής αλλαγής στην αντίσταση του ποτενσιόμετρου, ο αριθμός των στροφών του είναι τουλάχιστον 100. Μπορεί να εξαλειφθεί εντελώς μετακινώντας τη βούρτσα κατά μήκος του άξονα του βαθμονομημένου καλωδίου επαναφοράς.

Σχέδια αισθητήρων

Ο ποτενσιομετρικός αισθητήρας γραμμικής μετατόπισης αποτελείται από ένα διηλεκτρικό πλαίσιο διαφόρων σχημάτων (πλάκες, κυλίνδρους, δακτύλιοι κ.λπ.), πάνω στο οποίο τυλίγεται ένα μονωμένο σύρμα, προσαρμοσμένο στους σφιγκτήρες και ασφαλισμένο με σφιγκτήρες στα άκρα. Μια μεταλλική βούρτσα κινείται κατά μήκος της περιέλιξης. Για τους αισθητήρες περιστροφικού τύπου, τα πλαίσια έχουν δακτυλιοειδή, διαμήκη - ευθύγραμμη. Σε σημεία επαφής με τον κινητήρα, δεν υπάρχει μόνωση στο καλώδιο.

Οι τερματικοί σταθμοί τροφοδοτούνται. Το σήμα εξόδου λαμβάνεται μεταξύ ενός άκρου του καλωδίου και της επαφής της βούρτσας, αν και υπάρχουν και άλλα σχήματα σύνδεσης.

Κάθε γραμμικός ποτενσιομετρικός αισθητήρας έχει ένα στατικό χαρακτηριστικό υπό τη μορφή μιας εξάρτησης της τιμής του σήματος εξόδου επί της μετατόπισης της επαφής της βούρτσας.

Συμπέρασμα

Ο ποτενσιομετρικός αισθητήρας πρέπει να είναι αξιόπιστος, βολικός και ανθεκτικός όταν χρησιμοποιείται στην τεχνολογία μέτρησης και στα συστήματα αυτόματου ελέγχου. Οι συσκευές για την παρακολούθηση της θέσης αντικειμένων διαφέρουν κατ 'αρχήν από τη λειτουργία και στους τύπους των σημάτων εξόδου, τα οποία πρέπει να πληρούν τα πρότυπα.