Sensor potentiometrik: perihalan, peranti dan litar

Dalam teknologi, instrumen digunakan secara meluas untuk mengukur magnitud anjakan objek dengan penukaran mereka menjadi isyarat elektrik. Sensor potentiometrik dalam kebanyakan reka bentuk adalah rheostat dan hubungan gelongsor yang disambungkan ke objek, yang mana isyarat dikeluarkan. Parameter keluaran adalah nilai rintangan elektrik, bergantung kepada pergerakan sudut atau linear elemen alih.

Prinsip operasi

Potentiometer menukarkan anjakan linear atau sudut ke nilai voltan, arus atau rintangan yang sesuai. Disebabkan ini, adalah mungkin untuk bekerja dengan banyak kuantiti bukan elektrik: tekanan, tahap, kadar alir, dan sebagainya.

Sensor potentiometrik, prinsipnya adalah untuk mengukur anjakan atau lokasi kedudukan, disambungkan oleh kenalan bergerak mereka dari perintang berubah kepada objek. Ia boleh menjadi injap, antena, alat pemotong dan banyak lagi. Selepas membekalkan kuasa kepada sensor, isyarat kedudukan enjin potentiometer dikeluarkan daripada itu, seperti pembahagi voltan.

Kaedah pendaftaran dasar dalam semua model tetap sama, tetapi terdapat perbezaan struktur. Isyarat boleh diambil secara langsung atau menggunakan litar elektronik selepas pemprosesan dan normasinya. Adalah penting bahawa ia memenuhi piawaian tertentu.

Kelebihan sensor potensiometer

• Kesederhanaan reka bentuk.
• Kos rendah.
• Resolusi yang baik.
• Berat dan ringan.
• Kestabilan pembacaan.

Reka bentuk

Sensor gerakan wayar potentiometrik adalah perkara biasa dalam industri. Mereka mempunyai ketepatan dan kestabilan yang tinggi, mempunyai nilai suhu dan peralihan yang kecil dan tahap bunyi yang rendah. Kelemahannya termasuk: sedikit rintangan, resolusi rendah, pakai bahagian yang bergerak dan penggunaan terhad semasa bekerja pada arus bolak.

Peranti terdiri daripada tiga elemen utama:

1. Wireframe. Diperbuat daripada bahan penebat haba atau logam bersalut dielektrik, yang tidak mengubah dimensi geometri apabila dipanaskan. Bentuknya boleh berupa cincin, plat melengkung, batang.
2. Tertebat berliku. Ia dilakukan dengan meletakkan tali yang tepat, di mana langkah penyelesaiannya bergantung.
3. Berus bergerak. Di tempat yang bersentuhan dengan penggulungan, lilitan dibersihkan daripada penebat. Hubungan bergerak pada peranti boleh bergerak secara terjemahan atau berputar. Dalam kes yang kedua, peranti boleh menjadi pelaksanaan tunggal atau berbilang putaran.

Bahan

Bingkai diperbuat daripada bahan dielektrik: seramik, getinaksa, textolit, plastik. Sapukan logam dengan lapisan penebat. Kekonduksian haba yang tinggi membolehkannya mengeluarkan haba dari wayar sensor.

Logam penggulungan mempunyai ketahanan elektrik yang tinggi, ketahanan kakisan, kesan suhu sedikit, lelasan dan rintangan lusuh. Manganin, constantan, aloi nikel-krom memenuhi keperluan ini. Penggulungan juga boleh menjadi lamella atau filem.

Kenalan gelongsor mengurangkan kebolehpercayaan sensor dan merumitkan reka bentuk. Kekurangan potensiometer wayar:

• kebolehpercayaan kenalan yang rendah;
• ketidakstabilan rintangan peralihan antara motor dan penggulungan disebabkan pengoksidaan dan elektroerosi dawai;
• lantunan kenalan.

Plastik konduktif, yang juga mempunyai garis lurus yang lebih baik, mempunyai sumber yang hebat.Sensor berdasarkan mereka digunakan di mana kebolehpercayaan yang tinggi diperlukan, terutamanya dalam penerbangan.

Berus kenalan dibuat dengan penambahan logam mulia supaya mereka lebih lembut daripada bahan penggulungan.

Skim

Sensor jenis potentiometrik mempunyai ciri statik - voltan output U_keluar dari hubungan bergerak X. Hubungan antara parameter ini dalam potentiometer yang dipunggah biasanya linier:

U_keluar = kX,

di mana L adalah panjang sensor, k adalah sensitiviti (k = U_pit/ L).

Pada hakikatnya, sensor potentiometrik mengandungi rintangan beban R_n dalam pautan seterusnya sistem kawalan automatik, yang mempengaruhi nilai U_keluar

Kebolehpercayaan yang rendah dari sensor yang berkaitan dengan kehilangan hubungan, litar terbuka litar atau litar interturn, membawa kepada keperluan untuk menukar rajah pendawaian.

Sekiranya tanda isyarat keluaran tidak berubah, sensor dipanggil unipolar. Ia adalah peranti mudah seperti perintang berubah.

Litar sensor potentiometrik jenis tarik-tarik digunakan untuk kawalan automatik, di mana tanda isyarat berubah pada output, bergantung pada apa yang di input. Arah pergerakan kawalan badan kerja bergantung pada ini.

Voltan boleh dikeluarkan dari berus dan dari tengah potentiometer. Rantai pendawaian lain juga digunakan. Apabila dikuasakan oleh arus terus, apabila kenalan alih bergerak melalui titik tengahnya, tanda di output berubah kepada sebaliknya. Sekiranya voltan AC digunakan untuk penggulungan, fasa berubah sebanyak 180⁰.

Dalam automasi, ciri-ciri bukan linear sensor digunakan. Untuk ini, diameter dawai di sepanjang penggulungan, langkah perubahan penggulungan, bingkai berbentuk kompleks digunakan, bahagian-bahagian potensiometer dengan rintangan dihancurkan.

Ciri-ciri operasi

Tanggapan jeda sensor adalah garis lurus (R / R_n = 0). Penyimpangan lengkung daripadanya bertambah dengan rintangan beban menurun R_n.

Selain rintangan aktif, sensor juga mempunyai beban dinamik:

1. Fungsi pemindahan.
2. Komponen induktif.
3. Kebisingan sendiri semasa peralihan kenalan bergerak dari gegelung ke gegelung dan dari getaran berus.

Rintangan antara hubungan enjin dan salah satu kesimpulan dipanggil output. Magnitud, arus atau voltannya diukur.

Kesilapan sensor

Kesalahan berikut menjejaskan ciri sebenar sensor:

1. Zon mati. Apabila kenalan melewati satu giliran dawai yang lain, lompokan voltan berlaku, nilai yang ditentukan oleh formula: DU = U_pit/ W, di mana W adalah bilangan lilitan.
2. Ketidakseimbangan sifat statik yang berkaitan dengan turun naik dalam diameter dawai sepanjang panjang, ketahanan dan ketepatan penggulungan.
3. Kehadiran permainan antara motor kenalan dan lengan, yang mempengaruhi ketepatan bacaan.
4. Tekanan berus tidak sekata, menjejaskan nilai rintangan sentuhan. Biasanya, tekanan menekan enjin ke penggulungan digunakan agak besar. Walau bagaimanapun, ini tidak selalu boleh dilakukan, kerana daya dari elemen sensitif (membran, terapung, plat bimetal) adalah kecil.
5. Kesan rintangan beban elektrik R_n. Nilainya dipilih 10 ... 100 kali lebih daripada rintangan sensor.

Pelantikan

Pemancar kedudukan potensiometer direka untuk tujuan berikut:

• kawalan dan pengukuran pergerakan mekanisme, badan kerja mesin dan benda lain;
• pautan maklumbalas dalam sistem robotik dan automasi;
• penentuan jarak ke objek;
• ujian di makmal, memantau operasi mekanisme.

Jenis Sensor

Penggunaan sensor potentiometrik bergantung kepada jenis:

1. T / TS adalah instrumen kepersisan tinggi (0.075%) yang beroperasi dalam pelbagai anjakan paksi sebanyak 150 mm. Sesuai untuk kelajuan periferi sehingga 10 m / s. Reka bentuk - memastikan pergerakan rod dalam dua arah mengikut prinsip pembahagi voltan.
2. TR / TRS - sama seperti sebelumnya, tetapi dengan musim bunga kembali. Pemindahan mencapai 100 mm. Menahan beban sisi yang lebih tinggi di hujungnya.
3. TE1 adalah model yang mengandungi litar elektronik untuk menormalkan isyarat dengan output analog.
4. TE1 dengan musim bunga kembali - pengubahsuaian untuk menyelesaikan pelbagai tugas yang lebih luas. Sensor lebih stabil dengan peningkatan beban sisi.
5. TEX adalah sensor potentiometrik dengan kepala pusing dan pergerakan linear menjejaki objek sehingga 300 mm. Gabungan swivel memudahkan pemasangan dan memastikan hayat perkhidmatan yang panjang.
6. TEX dengan rod pemacu berulir. Ia memungkinkan untuk membetulkan objek dengan tegar.
7. TEX dengan musim bunga kembali tidak memerlukan lampiran tegar objek ke bar.
8. TX2 dengan kepala swivel atau dengan pengapit pemasangan. Mereka digunakan dalam keadaan operasi yang teruk. Tahap perlindungan adalah IP 67, ketepatan - 0.05%.

Penggunaan potensiometer dalam sensor tekanan

Parameter operasi pelbagai peranti mudah diubah menjadi isyarat elektrik. Sensor tekanan cecair atau gas potentiometrik digunakan dalam sistem bekalan bahan api dalam kereta, gas di lebuh raya, dan lain-lain. Biasanya ini adalah alat pengukur membran.

Di bawah tindakan perbezaan tekanan pada kedua-dua belah membran, ia bergerak. Pada masa yang sama, gelangsar juga berputar. Sekiranya tekanan P₀ dan P_dan sama dengan satu sama lain, enjin pergi ke kedudukan kiri asalnya, di mana rintangan awal peranti ditetapkan. Apabila p_dan berkurangan, membran bergerak ke kanan, dan gelangsar menetapkan berus potentiometer ke kedudukan sepadan dengan penurunan tekanan.

Untuk mengurangkan kesilapan perubahan diskret dalam rintangan potensiometer, bilangan giliran padanya dibuat sekurang-kurangnya 100. Ia boleh benar-benar dihapuskan dengan menggerakkan berus sepanjang paksi wayar rekord yang dikalibrasi.

Reka Bentuk Sensor

Sensor anjakan linear potentiometrik terdiri daripada bingkai dielektrik pelbagai bentuk (plat, silinder, cincin, dan lain-lain), di mana wayar bertebat terluka, dilampirkan pada pengapit dan diamankan dengan pengapit pada hujungnya. Berus logam bergerak sepanjang penggulungan. Untuk sensor jenis berputar, bingkai berbentuk cincin, membujur - lurus. Di tempat hubungan dengan enjin, tiada penebat pada wayar.

Terminal ini dikuasakan. Isyarat output diambil antara satu hujung dawai dan sentuhan berus, walaupun ada skema sambungan lain.

Setiap sensor potentiometrik linear mempunyai ciri statik dalam bentuk pergantungan nilai isyarat keluaran pada sesaran sentuhan berus.

Kesimpulannya

Sensor potensiometer mestilah dipercayai, mudah dan tahan lama apabila digunakan dalam teknologi pengukuran dan dalam sistem kawalan automatik. Peranti untuk memantau kedudukan objek berbeza dari prinsip operasi dan jenis isyarat keluaran, yang mesti mematuhi standard.