Potenciometrinis jutiklis: aprašymas, įtaisas ir grandinė

Technologijoje instrumentai yra plačiai naudojami matuojant objektų poslinkių dydį juos paverčiant elektriniais signalais. Potenciometrinis jutiklis daugumoje konstrukcijų yra reostatas ir slankiojantis kontaktas, sujungtas su daiktu, iš kurio pašalinamas signalas. Išėjimo parametras yra elektrinės varžos vertė, priklausomai nuo judamojo elemento kampinio ar tiesinio judėjimo.

Veikimo principas

Potenciometras paverčia linijinius ar kampinius poslinkius į atitinkamas įtampos, srovės ar varžos reikšmes. Dėl šios priežasties galima dirbti su daugybe neelektrinių dydžių: slėgio, lygio, srauto greičio ir kt.

Potenciometriniai jutikliai, kurių principas yra išmatuoti padėties poslinkį ar vietą, yra sujungiami kintamo rezistoriaus judančiaisiais kontaktais prie objektų. Tai gali būti vožtuvai, antenos, pjovimo įrankiai ir daug daugiau. Tiekus energiją jutikliui, potenciometro variklio padėties signalas iš jo pašalinamas, kaip ir naudojant įtampos daliklį.

Pagrindinis registracijos metodas visuose modeliuose išlieka tas pats, tačiau yra struktūrinių skirtumų. Signalas gali būti imamas tiesiogiai arba naudojant elektroninę grandinę po jo apdorojimo ir normalizavimo. Svarbu, kad jis atitiktų tam tikrus standartus.

Potenciometrinių jutiklių pranašumai

• Dizaino paprastumas.
• Maža kaina.
• Gera rezoliucija.
• Kompaktiškas ir lengvas.
• Rodmenų stabilumas.

Dizainas

Potenciometriniai vieliniai judesio jutikliai yra paplitę pramonėje. Jie pasižymi dideliu tikslumu ir stabilumu, turi mažas atsparumo temperatūrai ir perėjimui reikšmes bei žemą triukšmo lygį. Trūkumai yra šie: nedidelis pasipriešinimas, maža skiriamoji geba, judančių dalių susidėvėjimas ir ribotas naudojimas dirbant kintama srove.

Įrenginius sudaro trys pagrindiniai elementai:

1. Vielos rėmas. Pagaminta iš šilumą laidžios izoliacinės medžiagos arba dielektriniu būdu padengto metalo, kuris kaitinant nekeičia geometrinių matmenų. Forma gali būti žiedo, lenktos plokštės, strypo formos.
2. Izoliuota apvija. Tai atliekama tiksliai nustatant laidą, nuo kurio žingsnio priklauso prietaiso skiriamoji geba.
3. Kilnojamasis šepetys. Vietose, kuriose jis liečiasi su apvija, posūkiai valomi nuo izoliacijos. Kilnojamasis prietaisų kontaktas gali judėti vertikaliai arba sukasi. Pastaruoju atveju įrenginiai gali būti vykdomi vienu pasukimu arba vienu pasukimu.

Medžiagos

Rėmas pagamintas iš dielektrinės medžiagos: keramikos, getinaksos, tekstolito, plastiko. Užtepkite metalą izoliacine danga. Didelis šilumos laidumas leidžia gerai pašalinti šilumą iš jutiklio laido.

Apvijos metalas turi aukštą elektrinį atsparumą, atsparumą korozijai, nedidelį temperatūros poveikį, dilimą ir atsparumą plyšiams. Manganinas, konstanto, nikelio-chromo lydiniai atitinka šiuos reikalavimus. Apvija taip pat gali būti lamelė arba plėvelė.

Stumdomi kontaktai sumažina jutiklių patikimumą ir apsunkina dizainą. Laidinio potenciometro trūkumai:

• žemas kontaktų patikimumas;
• perėjimo varžos tarp variklio ir apvijos nestabilumas dėl vielos oksidacijos ir elektroerozijos;
• kontaktų atšokimas.

Laidus plastikas, kuris taip pat pasižymi geresniu tiesiškumu, turi puikų resursą.Jais pagrįsti jutikliai naudojami ten, kur reikalingas didelis patikimumas, ypač aviacijoje.

Kontaktiniai šepetėliai gaminami pridedant tauriųjų metalų, kad jie būtų minkštesni už apvijos medžiagą.

Schemos

Potenciometrinio tipo jutikliai turi statinę charakteristiką - išėjimo įtampą U_iš nuo judančio kontakto X. Nepakrauto potenciometro šių parametrų santykis paprastai yra tiesinis:

U_iš = kX,

kur L yra jutiklio ilgis, k yra jautrumas (k = U_duobė/ L).

Realybėje potenciometriniame jutiklyje yra atsparumas apkrovai R_n kitoje automatinės valdymo sistemos grandyje, kuri daro įtaką U vertei_iš

Mažas jutiklių patikimumas, susijęs su kontakto praradimu, atviros apvijos apvija ar kirtimo grandine, lemia poreikį pakeisti laidų schemą.

Jei išėjimo signalo ženklas nesikeičia, jutiklis vadinamas vienpoliu. Tai paprastas prietaisas, kaip kintamasis rezistorius.

Automatiniam valdymui naudojama „push-pull“ tipo potenciometrinė jutiklio grandinė, kur signalo ženklas keičiasi išvestyje, atsižvelgiant į tai, koks jis yra įvestyje. Nuo to priklauso darbinio kūno valdymo judesio kryptis.

Įtampa gali būti nuimta nuo šepetėlio ir nuo potenciometro vidurio. Taip pat naudojamos kitos elektros instaliacijos schemos. Kai maitinamas iš nuolatinės srovės, judantis kontaktas praeina per jo vidurį, išėjimo ženklas keičiasi priešingai. Jei apvijai taikoma kintama įtampa, fazė pasikeičia 180⁰.

Automatizuojant naudojamos nelinijinės jutiklių charakteristikos. Tam keičiamas vielos išilginis apvijos skersmuo, apvijos žingsnis, naudojami sudėtingos formos rėmai, potenciometrų su varža sekcijos.

Veikimo charakteristikos

Tuščiojo jutiklio atsakas yra tiesi (R / R_n = 0). Kreivių nuokrypis nuo jo didėja mažėjant apkrovos pasipriešinimui R_n.

Be aktyvaus pasipriešinimo, jutikliai taip pat turi dinamines apkrovas:

1. Perkėlimo funkcija.
2. Indukcinis komponentas.
3. Nuosavas triukšmas judančio kontakto perėjimo nuo ritės iki ritės metu ir nuo šepečio vibracijos.

Varža tarp variklio kontakto ir vienos iš išvadų vadinama išvestimi. Išmatuojamas jo dydis, srovė ar įtampa.

Jutiklio klaidos

Šios klaidos turi įtakos tikroms jutiklių savybėms:

1. Negyvoji zona. Kai kontaktas pereina iš vieno laido posūkio į kitą, įvyksta įtampos šuolis, kurio vertė nustatoma pagal formulę: DU = U_duobė/ W, kur W yra posūkių skaičius.
2. Statinės charakteristikos netolygumas, susijęs su vielos skersmens svyravimais išilgai ilgio, jo varžą ir apvijos tikslumą.
3. Tarp kontaktinio variklio ir įvorės yra laisvos vietos, o tai turi įtakos rodmenų tikslumui.
4. Netolygus šepečio slėgis, turintis įtakos kontaktinio pasipriešinimo vertei. Paprastai variklio prispaudimo prie apvijos jėga naudojama gana didelė. Tačiau tai ne visada įmanoma padaryti, nes jėga iš jautrių elementų (membranų, plūdžių, bimetalinių plokštelių) yra maža.
5. Elektrinės apkrovos varžos R poveikis_n. Jo vertė pasirinkta 10 ... 100 kartų didesnė už jutiklio atsparumą.

Skyrimas

Potenciometrinis padėties siųstuvas yra skirtas šiems tikslams:

• mechanizmų, mašinų darbinių kėbulų ir kitų objektų judesių kontrolė ir matavimas;
• grįžtamojo ryšio saitas robotikoje ir automatizavimo sistemose;
• atstumų iki objektų nustatymas;
• bandymai laboratorijose, stebint mechanizmų veikimą.

Jutiklių tipai

Potenciometrinio jutiklio naudojimas priklauso nuo tipo:

1. T / TS yra labai tikslus (0,075%) prietaisas, veikiantis ašinių poslinkių diapazone 150 mm. Tinka periferiniam greičiui iki 10 m / s. Konstrukcija - strypo judėjimo dviem kryptimis užtikrinimas pagal įtampos daliklio principą.
2. TR / TRS - tas pats, kas ankstesnis, bet su grįžtamąja spyruokle. Poslinkis siekia 100 mm. Atlaiko didesnes šonines apkrovas gale.
3. TE1 yra modelis, kuriame yra elektroninė grandinė signalų normalizavimui naudojant analoginį išėjimą.
4. TE1 su grįžtamąja spyruokle - modifikacija, skirta išspręsti įvairesnes užduotis. Jutiklis yra stabilesnis padidėjus šoninėms apkrovoms.
5. TEX yra potenciometrinis jutiklis su pasukama galvute, stebinčiu tiesinius objektų judesius iki 300 mm. Pasukamasis sujungimas palengvina montavimą ir užtikrina ilgą tarnavimo laiką.
6. TEX su sriegiu pavaros strypu. Tai leidžia standžiai pritvirtinti daiktą.
7. TEX su grąžinimo spyruokle nereikia griežtai pritvirtinti daikto prie strypo.
8. TX2 su pasukama galvute arba su tvirtinimo spaustukais. Jie naudojami sunkiomis eksploatavimo sąlygomis. Apsaugos lygis yra IP 67, tikslumas - 0,05%.

Potenciometrų naudojimas slėgio davikliuose

Įvairių prietaisų veikimo parametrai patogiai konvertuojami į elektrinius signalus. Potenciometrinis skysčio ar dujų slėgio jutiklis naudojamas degalų tiekimo sistemose automobiliams, dujoms greitkeliuose ir kt. Paprastai tai yra membraniniai matavimo prietaisai.

Veikiant slėgio skirtumui abiejose membranos pusėse, jis juda. Tuo pačiu metu slankiklis taip pat sukasi. Jei slėgis P₀ ir P_ir yra lygios viena kitai, variklis eina į pradinę kairiąją padėtį, kurioje nustatomas pradinis prietaiso pasipriešinimas. Kai p_ir sumažėja, membrana pasislenka į dešinę, o slankiklis nustato potenciometro šepetėlį į padėtį, atitinkančią slėgio kritimą.

Norint sumažinti potenciometro atsparumo diskretaus pokyčio paklaidą, jo apsisukimų skaičius yra bent 100. Jį galima visiškai pašalinti judinant šepetį išilgai kalibruoto rekordo laido ašies.

Jutiklių projektai

Potenciometrinį linijinio poslinkio jutiklį sudaro įvairių formų dielektrinis rėmas (plokštės, cilindrai, žiedai ir kt.), Ant kurio suvyniota izoliuota viela, pritvirtinta prie spaustukų ir pritvirtinta spaustukais galuose. Metalinis šepetys juda apvija. Sukamojo tipo jutikliams rėmai yra žiedo formos, išilginiai - tiesūs. Vietose, kuriose liečiamas variklis, viela nėra izoliuota.

Gnybtai maitinami. Išvesties signalas imamas tarp vieno laido galo ir šepečio kontakto, nors yra ir kitų jungčių schemų.

Kiekvienas linijinis potenciometrinis jutiklis turi statinę charakteristiką, išreikštą išėjimo signalo vertės priklausomybe nuo šepečio kontakto poslinkio.

Išvada

Potenciometrinis jutiklis turi būti patikimas, patogus ir patvarus, kai naudojamas matavimo technologijoje ir automatinėse valdymo sistemose. Objektų padėties stebėjimo prietaisai skiriasi veikimo principu ir išėjimo signalų, kurie turi atitikti standartus, tipais.