Potensiometrisk sensor: beskrivelse, enhet og krets

I teknologi er instrumenter mye brukt for å måle størrelsen på forskyvninger av gjenstander med konvertering til elektriske signaler. Den potensiometriske sensoren i de fleste utførelser er en reostat og en glidekontakt koblet til objektet, hvorfra signalet fjernes. Utgangsparameteren er verdien av elektrisk motstand, avhengig av vinkel- eller lineærbevegelsen til det bevegelige elementet.

Prinsipp for drift

Potensiometeret konverterer lineære eller vinkelforskyvninger til passende spennings-, strøm- eller motstandsverdier. På grunn av dette er det mulig å jobbe med mange ikke-elektriske mengder: trykk, nivå, strømningshastighet, etc.

Potensiometriske sensorer, hvis prinsipp er å måle forskyvningen eller plasseringen av posisjonen, er forbundet med deres bevegelige kontakter av den variable motstanden til objekter. Det kan være ventiler, antenner, skjæreverktøy og mye mer. Etter å ha levert strøm til sensoren, fjernes signalet om potensiometermotorens posisjon fra den, som med en spenningsdelere.

Den grunnleggende registreringsmetoden i alle modeller forblir den samme, men det er strukturelle forskjeller. Signalet kan tas direkte eller ved hjelp av en elektronisk krets etter behandling og normalisering. Det er viktig at den oppfyller visse standarder.

Fordeler med potensiometriske sensorer

• Enkelhet med design.
• Lav pris.
• God oppløsning.
• Kompakt og lett vekt.
• Stabiliteten til målingene.

design

Potensiometriske bevegelsessensorer er vanlig i industrien. De har høy nøyaktighet og stabilitet, har små verdier av temperatur og overgangsmotstand og lavt støynivå. Ulempene inkluderer: en liten mengde motstand, lav oppløsning, slitasje av bevegelige deler og begrenset bruk når du arbeider på vekselstrøm.

Enheter består av tre hovedelementer:

1. Frame. Laget av varmeledende isolasjonsmateriale eller dielektrisk belagt metall, som ikke endrer geometriske dimensjoner når det varmes opp. Formen kan være i form av en ring, en buet plate, en stang.
2. Isolert vikling. Det utføres med nøyaktig legging av ledningen, på hvilket trinn oppløsningen til enheten avhenger.
3. Bevegelig børste. På steder der den kommer i kontakt med viklingen, blir svingene rengjort for isolasjon. Den bevegelige kontakten på enhetene kan bevege seg translasjonelt eller roterende. I sistnevnte tilfelle kan enhetene være utførelse av én eller flere svinger.

materialer

Rammen er laget av dielektrisk materiale: keramikk, getinaksa, textolit, plast. Påfør metall med et isolerende belegg. Den høye varmeledningsevnen gjør det mulig å fjerne varme fra sensortråden.

Viklingens metall har høy elektrisk motstand, korrosjonsmotstand, svak temperatureffekt, slitasje og rivemotstand. Manganin, constantan, nikkelkrom-legeringer oppfyller disse kravene. Svingning kan også være lamella eller film.

Glidekontakter reduserer påliteligheten til sensorene og kompliserer designet. Ulemper ved ledningspotensiometre:

• lav pålitelighet av kontakter;
• ustabilitet i overgangsmotstanden mellom motoren og viklingen på grunn av oksidasjon og elektroerosjon av ledningen;
• sprett av kontakter.

Ledende plast, som også har bedre linearitet, har en stor ressurs.Sensorer basert på dem brukes der det er høy pålitelighet, spesielt innen luftfart.

Kontaktbørster lages med tilsetning av edelmetaller slik at de er mykere enn viklingenes materiale.

ordninger

Sensorer med potensiometrisk type har en statisk karakteristikk - utgangsspenning U_O fra bevegelig kontakt X. Forholdet mellom disse parametrene i et ubelastet potensiometer er vanligvis lineært:

U_O = kX,

der L er sensorens lengde, er k følsomheten (k = U_Pete/ L).

I virkeligheten inneholder den potentiometriske sensoren en belastningsmotstand R_n i neste lenke til det automatiske kontrollsystemet, som påvirker verdien av U_O.

Sensorenes lave pålitelighet assosiert med tap av kontakt, åpen kretsvikling eller omløpskrets fører til behovet for å endre koblingsskjemaet.

Hvis signalet til utgangssignalet ikke endres, kalles sensoren unipolar. Det er en enkel enhet som en variabel motstand.

En potensiometrisk sensorkrets av push-pull-type brukes til automatisk styring, der signalets tegn endres ved utgangen, avhengig av hva det er ved inngangen. Retningen for kontrollbevegelsen til arbeidsorganet avhenger av dette.

Spenningen kan fjernes fra børsten og fra midten av potensiometeret. Andre koblingsskjemaer brukes også. Når den drives av likestrøm, når den bevegelige kontakten passerer midtpunktet, endres skiltet ved utgangen til motsatt. Hvis vekselstrømspenning tilføres viklingen, endres fasen med 180⁰.

I automatisering brukes ikke-lineære egenskaper til sensorene. For dette endres diameteren av ledningen langs viklingen, trinnet til viklingen, kompleksformede rammer brukes, seksjoner av potensiometrene med motstand er skiftet.

Driftsegenskaper

Sensoren på tomgang er en rett linje (R / R_n = 0). Kurvets avvik øker med reduserende belastningsmotstand R_n.

I tillegg til aktiv motstand har sensorer også dynamiske belastninger:

1. Overføringsfunksjon.
2. Induktiv komponent.
3. Egen støy under overgangen til den bevegelige kontakten fra spole til spole og fra børstevibrasjon.

Motstanden mellom kontakten mellom motoren og en av konklusjonene kalles utgangen. Størrelsen, strømmen eller spenningen blir målt.

Sensorfeil

Følgende feil påvirker de faktiske egenskapene til sensorene:

1. Død sone. Når kontakten går fra en sving av ledningen til en annen, oppstår et spenningshopp, hvis verdi bestemmes av formelen: DU = U_pit./ W, hvor W er antall svinger.
2. Ujevnheten i den statiske egenskapen forbundet med svingninger i diameteren på ledningen langs lengden, dens motstand og viklingens nøyaktighet.
3. Tilstedeværelsen av lek mellom kontaktmotoren og hylsen, noe som påvirker målingens nøyaktighet.
4. Ujevnt børstetrykk, som påvirker verdien av kontaktmotstand. Vanligvis brukes kraften til å presse motoren til viklingen ganske stor. Dette er imidlertid ikke alltid mulig å gjøre, fordi kraften fra de følsomme elementene (membraner, flyter, bimetalplater) er liten.
5. Effekten av elektrisk belastningsmotstand R_n. Verdien er valgt 10 ... 100 ganger mer enn sensorenes motstand.

avtale

Den potensiometriske posisjonssenderen er designet for følgende formål:

• kontroll og måling av bevegelser av mekanismer, arbeidsorganer til maskiner og andre gjenstander;
• tilbakemeldingslenke i robotikk og automatiseringssystemer;
• bestemmelse av avstander til gjenstander;
• tester i laboratorier, overvåking av driften av mekanismer.

Sensortyper

Bruken av en potensiometrisk sensor avhenger av typen:

1. T / TS er et høyd presisjonsinstrument (0,075%) som opererer i området aksiale forskyvninger på 150 mm. Passer for perifere hastigheter opp til 10 m / s. Design - sikre bevegelsen av stangen i to retninger i samsvar med prinsippet om en spenningsdelere.
2. TR / TRS - det samme som den forrige, men med en returfjær. Forskyvningen når 100 mm. Tåler høyere sidebelastning i spissen.
3. TE1 er en modell som inneholder en elektronisk krets for normalisering av signaler med en analog utgang.
4. TE1 med returfjær - modifisering for å løse et bredere spekter av oppgaver. Sensoren er mer stabil med økt sidebelastning.
5. TEX er en potentiometrisk sensor med et svingbart hode og sporer lineære bevegelser av objekter opp til 300 mm. Den svingbare skjøten letter installasjonen og sikrer lang levetid.
6. TEX med gjenget drivstang. Det gjør det mulig å fikse et objekt stivt.
7. TEX med returfjær krever ikke fast festing av gjenstanden til stangen.
8. TX2 med dreibare hode eller med monteringsklemmer. De brukes under alvorlige driftsforhold. Nivået på beskyttelsen er IP 67, nøyaktighet - 0,05%.

Bruk av potensiometre i trykksensorer

Operasjonsparametrene til forskjellige enheter konverteres enkelt til elektriske signaler. En potensiometrisk væske- eller gasstrykkssensor brukes i drivstoffforsyningssystemer i biler, gass i motorveier, osv. Vanligvis er dette membranmålingsenheter.

Under virkningen av en trykkdifferens på begge sider av membranen beveger den seg. Samtidig roterer glidebryteren også. Hvis trykket P₀ og P_og er lik hverandre, går motoren til sin opprinnelige venstre stilling, der den innledende motstanden til enheten er innstilt. Når p_og avtar, membranen beveger seg til høyre, og glidebryteren setter potensiometerbørsten til stillingen som tilsvarer trykkfallet.

For å redusere feilen ved en diskret endring i potensiometerets motstand, blir antallet svinger på det minst 100. Det kan elimineres fullstendig ved å bevege børsten langs aksen til den kalibrerte opptakstråden.

Sensordesign

Den potensiometriske lineære forskyvningssensoren består av en dielektrisk ramme av forskjellige former (plater, sylindere, ringer, etc.), hvorpå en isolert ledning er viklet, festet til klemmene og festet med klemmer i endene. En metallbørste beveger seg langs viklingen. For sensorer av en roterende type er rammene ringformede, langsgående - rette. På kontaktsteder med motoren er det ingen isolasjon på ledningen.

Terminalene er drevet. Utgangssignalet tas mellom den ene enden av ledningen og børstekontakten, selv om det er andre tilkoblingsplaner.

Hver lineær potensiometrisk sensor har en statisk karakteristikk i form av en avhengighet av verdien av utgangssignalet ved forskyvningen av børstekontakten.

konklusjon

Den potentiometriske sensoren må være pålitelig, praktisk og holdbar når den brukes i måleteknologi og i automatiske styringssystemer. Enheter for å overvåke posisjonen til objekter er forskjellige i prinsippet om drift og i typen utgangssignaler, som må være i samsvar med standarder.