Sensor potenciométrico: descrição, dispositivo e circuito

Em tecnologia, os instrumentos são amplamente utilizados para medir a magnitude dos deslocamentos de objetos com sua conversão em sinais elétricos. O sensor potenciométrico na maioria dos projetos é um reostato e um contato deslizante conectado ao objeto, do qual o sinal é removido. O parâmetro de saída é o valor da resistência elétrica, dependendo do movimento angular ou linear do elemento móvel.

Princípio de funcionamento

O potenciômetro converte deslocamentos lineares ou angulares para os valores apropriados de tensão, corrente ou resistência. Devido a isso, é possível trabalhar com muitas quantidades não elétricas: pressão, nível, vazão, etc.

Os sensores potenciométricos, cujo princípio é medir o deslocamento ou localização da posição, são conectados por seus contatos móveis do resistor variável aos objetos. Pode ser válvulas, antenas, ferramentas de corte e muito mais. Após o fornecimento de energia ao sensor, o sinal da posição do motor do potenciômetro é removido, como acontece com um divisor de tensão.

O método básico de registro em todos os modelos permanece o mesmo, mas existem diferenças estruturais. O sinal pode ser obtido diretamente ou usando um circuito eletrônico após seu processamento e normalização. É importante que ele atenda a certos padrões.

Vantagens dos sensores potenciométricos

• Simplicidade do design.
• Baixo custo.
• Boa resolução.
• Peso compacto e leve.
• A estabilidade das leituras.

Design

Sensores de movimento de fio potenciométrico são comuns na indústria. Eles têm alta precisão e estabilidade, possuem pequenos valores de temperatura e resistência de transição e baixo nível de ruído. As desvantagens incluem: uma pequena quantidade de resistência, baixa resolução, desgaste de partes móveis e uso limitado ao trabalhar em corrente alternada.

Dispositivos consistem em três elementos principais:

1. Wireframe Feita de material isolante condutor de calor ou metal revestido dielétrico, que não altera as dimensões geométricas quando aquecido. A forma pode ser na forma de um anel, uma placa curva, uma haste.
2. Enrolamento isolado. É realizado com a colocação exata do fio, no degrau do qual depende a resolução do dispositivo.
3. Escova móvel. Em locais de seu contato com o enrolamento, as voltas são limpas de isolamento. O contato móvel nos dispositivos pode se mover translacionalmente ou rotacionalmente. No último caso, os dispositivos podem ser de execução única ou múltipla.

Materiais

O quadro é feito de material dielétrico: cerâmica, getinaksa, textolite, plástico. Aplique o metal com um revestimento isolante. Sua alta condutividade térmica torna possível remover bem o calor do fio do sensor.

O metal do enrolamento tem uma alta resistividade elétrica, resistência à corrosão, um leve efeito de temperatura, resistência à abrasão e rasgo. Manganina, constantan, ligas de níquel-cromo atendem a esses requisitos. Enrolamento também pode ser lamela ou filme.

Contatos deslizantes reduzem a confiabilidade dos sensores e complicam o design. Desvantagens dos potenciômetros de fio:

• baixa confiabilidade de contatos;
• instabilidade da resistência de transição entre o motor e o enrolamento devido à oxidação e eletroerosão do fio;
• rejeição de contatos.

Os plásticos condutivos, que também possuem melhor linearidade, possuem um ótimo recurso.Sensores baseados neles são usados ​​onde alta confiabilidade é necessária, especialmente na aviação.

Escovas de contato são feitas com a adição de metais nobres para que eles sejam mais macios do que o material do enrolamento.

Esquemas

Sensores tipo potenciométricos têm uma característica estática - tensão de saída U_fora do contato móvel X. A relação entre esses parâmetros em um potenciômetro descarregado é geralmente linear:

U_fora = kX

onde L é o comprimento do sensor, k é a sensibilidade (k = U_poço/ L).

Na realidade, o sensor potenciométrico contém uma resistência de carga R_n no próximo link do sistema de controle automático, que afeta o valor de U_fora

A baixa confiabilidade dos sensores associados à perda de contato, circuito de circuito aberto ou circuito de troca, leva à necessidade de alterar o diagrama de fiação.

Se o sinal do sinal de saída não mudar, o sensor é chamado unipolar. É um dispositivo simples como um resistor variável.

Um circuito de sensor potenciométrico do tipo push-pull é usado para controle automático, onde o sinal do sinal muda na saída, dependendo do que é na entrada. A direção do movimento de controle do corpo de trabalho depende disso.

A tensão pode ser removida da escova e do meio do potenciômetro. Outros diagramas de fiação também são usados. Quando alimentado por corrente contínua, quando o contato móvel passa pelo seu ponto médio, o sinal na saída muda para o oposto. Se a tensão CA for aplicada ao enrolamento, a fase muda para 180⁰.

Na automação, as características não lineares dos sensores são usadas. Para isto, o diâmetro do arame ao longo do enrolamento, o passo das mudanças de enrolamento, armações complexas são usadas, seções de potenciômetros com resistências são desviados.

Características de desempenho

A resposta inativa do sensor é uma linha reta (R / R_n = 0). O desvio das curvas aumenta com a diminuição da resistência de carga R_n.

Além da resistência ativa, os sensores também possuem cargas dinâmicas:

1. Função de transferência.
2. Componente indutivo.
3. Próprio ruído durante a transição do contato móvel da bobina para a bobina e da vibração da escova.

A resistência entre o contato do motor e uma das conclusões é chamada de saída. Sua magnitude, corrente ou tensão é medida.

Erros do sensor

Os seguintes erros afetam as características reais dos sensores:

1. Zona morta. Quando o contato passa de uma volta do fio para outra, ocorre um salto de tensão, cujo valor é determinado pela fórmula: DU = U_poço/ W, onde W é o número de voltas.
2. O desnível da característica estática associado com flutuações no diâmetro do fio ao longo do comprimento, sua resistividade e precisão do enrolamento.
3. A presença de jogo entre o motor de contato e a luva, que afeta a precisão das leituras.
4. Pressão de pincel desigual, afetando o valor da resistência de contato. Normalmente, a força de pressionar o motor para o enrolamento é muito grande. No entanto, isso nem sempre é possível, porque a força dos elementos sensíveis (membranas, flutuadores, placas bimetálicas) é pequena.
5. O efeito da resistência elétrica de carga R_n. Seu valor é escolhido 10 ... 100 vezes mais que a resistência do sensor.

Nomeação

O transmissor de posição potenciométrica é projetado para as seguintes finalidades:

• controle e medição de movimentos de mecanismos, corpos de trabalho de máquinas e outros objetos;
• link de feedback em robótica e sistemas de automação;
• determinação de distâncias para objetos;
• testes em laboratórios, monitorando o funcionamento dos mecanismos.

Tipos de sensores

O uso de um sensor potenciométrico depende do tipo:

1. T / TS é um instrumento de alta precisão (0,075%) operando na faixa de deslocamentos axiais de 150 mm. Adequado para velocidades periféricas até 10 m / s. Projeto - garantindo o movimento da haste em duas direções de acordo com o princípio de um divisor de tensão.
2. TR / TRS - o mesmo que o anterior, mas com uma mola de retorno. Deslocamento atinge 100 mm. Suporta cargas laterais mais altas na ponta.
3. TE1 é um modelo que contém um circuito eletrônico para normalizar sinais com uma saída analógica.
4. TE1 com mola de retorno - modificação para resolver uma gama mais ampla de tarefas. O sensor é mais estável com maiores cargas laterais.
5. O TEX é um sensor potenciométrico com cabeça giratória e rastreamento de movimentos lineares de objetos de até 300 mm. A articulação giratória facilita a instalação e garante uma longa vida útil.
6. TEX com uma haste de transmissão roscada. Torna possível fixar rigidamente um objeto.
7. O TEX com uma mola de retorno não requer a fixação rígida do objeto na barra.
8. TX2 com cabeça rotativa ou com braçadeiras de montagem. Eles são usados ​​em condições severas de operação. O nível de proteção é IP 67, precisão - 0,05%.

O uso de potenciômetros em sensores de pressão

Os parâmetros de operação de vários dispositivos são convenientemente convertidos em sinais elétricos. Um sensor de pressão de líquido ou gás potenciométrico é usado em sistemas de abastecimento de combustível em carros, gás em rodovias, etc. Geralmente, são dispositivos de medição de membrana.

Sob a ação de um diferencial de pressão em ambos os lados da membrana, ele se move. Ao mesmo tempo, o controle deslizante também gira. Se a pressão P₀ e P_e são iguais entre si, o motor vai para a sua posição original esquerda, na qual a resistência inicial do dispositivo é definida. Quando p_e diminui, a membrana se move para a direita e o controle deslizante ajusta a escova do potenciômetro para a posição correspondente à queda de pressão.

Para reduzir o erro de uma mudança discreta na resistência do potenciômetro, o número de voltas é feito pelo menos 100. Ele pode ser completamente eliminado movendo a escova ao longo do eixo do fio rechord calibrado.

Designs de sensores

O sensor de deslocamento linear potenciométrico consiste em uma estrutura dielétrica de várias formas (placas, cilindros, anéis, etc.), na qual um fio isolado é enrolado, preso às braçadeiras e fixado com grampos nas extremidades. Uma escova de metal se move ao longo do enrolamento. Para sensores de um tipo rotativo, os quadros são em forma de anel, longitudinais - retos. Em locais de contato com o motor, não há isolamento no fio.

Os terminais são alimentados. O sinal de saída é tomado entre uma extremidade do fio e o contato da escova, embora haja outros esquemas de conexão.

Cada sensor potenciométrico linear tem uma característica estática na forma de uma dependência do valor do sinal de saída no deslocamento do contato da escova.

Conclusão

O sensor potenciométrico deve ser confiável, conveniente e durável quando usado em tecnologia de medição e em sistemas de controle automático. Dispositivos para monitorar a posição dos objetos diferem no princípio de operação e nos tipos de sinais de saída, que devem obedecer aos padrões.