V technológii sa prístroje široko používajú na meranie veľkosti posunov objektov pri ich premene na elektrické signály. Potenciometrickým senzorom vo väčšine návrhov je reostat a posuvný kontakt pripojený k objektu, z ktorého je signál odstránený. Výstupným parametrom je hodnota elektrického odporu v závislosti od uhlového alebo lineárneho pohybu pohyblivého prvku.
Princíp činnosti
Potenciometer prevádza lineárne alebo uhlové posuny na príslušné hodnoty napätia, prúdu alebo odporu. Z tohto dôvodu je možné pracovať s mnohými neelektrickými veličinami: tlak, hladina, prietok atď.
Potenciometrické senzory, ktorých princíp spočíva v zmeraní posunu alebo umiestnenia polohy, sú prostredníctvom svojich pohyblivých kontaktov variabilného odporu spojené s predmetmi. Môže ísť o ventily, antény, rezacie nástroje a oveľa viac. Po privedení energie do snímača sa z neho odstráni signál polohy potenciometra, rovnako ako pri deliči napätia.
Základná metóda registrácie vo všetkých modeloch zostáva rovnaká, existujú však štrukturálne rozdiely. Signál môže byť prijatý priamo alebo pomocou elektronického obvodu po jeho spracovaní a normalizácii. Je dôležité, aby spĺňal určité normy.
Výhody potenciometrických snímačov
- Jednoduchosť dizajnu.
- Nízke náklady.
- Dobré rozlíšenie.
- Kompaktná a nízka hmotnosť.
- Stabilita odčítaných údajov.
dizajn
Potenciometrické snímače pohybu drôtu sú v priemysle bežné. Majú vysokú presnosť a stabilitu, majú malé hodnoty teplotného a prechodového odporu a nízku hladinu hluku. Medzi nevýhody patrí: malý odpor, nízke rozlíšenie, opotrebenie pohyblivých častí a obmedzené použitie pri práci na striedavom prúde.
Zariadenia pozostávajú z troch hlavných prvkov:
- Rám. Vyrobené z tepelne vodivého izolačného materiálu alebo z dielektricky potiahnutého kovu, ktorý pri zahrievaní nemení geometrické rozmery. Tvar môže mať tvar krúžku, zakrivenej platne, tyče.
- Izolované vinutie. Uskutočňuje sa s presným uložením drôtu, od ktorého závisí rozlíšenie zariadenia.
- Pohyblivá kefa. V miestach kontaktu s vinutím sú závity očistené od izolácie. Pohyblivý kontakt v zariadeniach sa môže pohybovať translačne alebo rotačne. V druhom prípade môžu byť zariadenia uskutočňované jedným alebo viacerými zákrutami.
materiály
Rám je vyrobený z dielektrického materiálu: keramika, getinaksa, textit, plast. Naneste kov s izolačným náterom. Jeho vysoká tepelná vodivosť umožňuje dobre odvádzať teplo z drôtu snímača.
Kov vinutia má vysokú elektrickú odolnosť, odolnosť proti korózii, mierny teplotný efekt, odolnosť proti oderu a roztrhnutiu. Manganín, konštantan, zliatiny niklu a chrómu spĺňajú tieto požiadavky. Navíjanie môže byť tiež lamelové alebo filmové.
Posuvné kontakty znižujú spoľahlivosť senzorov a komplikujú dizajn. Nevýhody drôtových potenciometrov:
- nízka spoľahlivosť kontaktov;
- nestabilita prechodného odporu medzi motorom a vinutím v dôsledku oxidácie a elektroerózie drôtu;
- odraz kontaktov.
Vodivé plasty, ktoré tiež majú lepšiu linearitu, majú veľký zdroj.Senzory založené na nich sa používajú tam, kde sa vyžaduje vysoká spoľahlivosť, najmä v letectve.
Kontaktné kefy sa vyrábajú s pridaním ušľachtilých kovov tak, že sú mäkšie ako materiál vinutia.
režimy
Senzory potenciometrického typu majú statickú charakteristiku - výstupné napätie UO z pohyblivého kontaktu X. Vzťah medzi týmito parametrami v nezaťaženom potenciometri je zvyčajne lineárny:
UO = kX,
kde L je dĺžka senzora, k je citlivosť (k = Upete/ L).
Potenciiometrický snímač v skutočnosti obsahuje odpor R proti zaťaženiun v nasledujúcom článku automatického riadiaceho systému, ktorý ovplyvňuje hodnotu UO.
Nízka spoľahlivosť snímačov spojená so stratou kontaktu, vinutím s otvoreným obvodom alebo prerušovacím obvodom vedie k potrebe zmeniť schému zapojenia.
Ak sa značka výstupného signálu nezmení, senzor sa nazýva unipolárny. Je to jednoduché zariadenie ako variabilný odpor.
Potenciometrický senzorový obvod typu push-pull sa používa na automatické riadenie, kde sa signál signálu mení na výstupe v závislosti od toho, čo je na vstupe. Závisí od toho smer ovládacieho pohybu pracovného telesa. 
Napätie môže byť odstránené z kefy a zo stredu potenciometra. Používajú sa aj iné schémy zapojenia. Ak je napájaný jednosmerným prúdom, keď pohyblivý kontakt prechádza stredom, zmení sa znamienko na výstupe na opačný. Ak je na vinutie privedené striedavé napätie, fáza sa zmení o 1800.
V automatizácii sa používajú nelineárne charakteristiky snímačov. Na tento účel sa priemer drôtu pozdĺž vinutia mení, krok vinutia sa mení, používajú sa zložité rámy, posunujú sa časti potenciometrov s odpormi.
Výkonnostné charakteristiky
Voľnobežná odozva snímača je priamka (R / Rn = 0). Odchýlka kriviek od nej sa zvyšuje so znižujúcim sa zaťažením Rn.
Senzory majú okrem aktívneho odporu aj dynamické zaťaženie:
- Funkcia prenosu.
- Indukčná zložka.
- Vlastný hluk pri prechode pohyblivého kontaktu z cievky na cievku az vibrácií kefy.
Odpor medzi kontaktom motora a jedným zo záverov sa nazýva výstup. Meria sa jeho veľkosť, prúd alebo napätie.
Chyby snímača
Nasledujúce chyby ovplyvňujú skutočné charakteristiky snímačov:
- Mŕtve pásmo. Keď kontakt prechádza z jednej otočky drôtu na druhú, nastane skok napätia, ktorého hodnota je určená vzorcom: DU = Upit./ W, kde W je počet otočení.
- Nerovnosti statických charakteristík spojené s kolísaním priemeru drôtu po celej dĺžke, jeho odpor a presnosť vinutia.
- Prítomnosť vôle medzi kontaktným motorom a puzdrom, ktorá ovplyvňuje presnosť údajov.
- Nerovnomerný tlak kefy, ktorý ovplyvňuje hodnotu kontaktného odporu. Sila pritláčania motora na vinutie sa zvyčajne používa dosť veľká. Nie je to však vždy možné, pretože sila z citlivých prvkov (membrány, plaváky, bimetálne platne) je malá.
- Účinok odporu elektrického zaťaženian, Jeho hodnota je zvolená 10 ... 100 krát viac ako odpor snímača.
vymenovanie
Potenciometrický snímač polohy je konštruovaný na tieto účely:
- kontrola a meranie pohybov mechanizmov, pracovných telies strojov a iných predmetov;
- spätná väzba v robotike a automatizačných systémoch;
- určenie vzdialeností od objektov;
- testy v laboratóriách, monitorovanie fungovania mechanizmov.
Typy senzorov
Použitie potenciometrického snímača závisí od typu:
- T / TS je vysoko presný prístroj (0,075%) pracujúci v rozsahu axiálnych posunov 150 mm. Vhodné pre periférne rýchlosti do 10 m / s. Konštrukcia - zabezpečenie pohybu tyče v dvoch smeroch podľa princípu deliča napätia.
- TR / TRS - rovnaké ako predchádzajúce, ale s vratnou pružinou. Zdvih dosahuje 100 mm. Odolá vyššiemu bočnému zaťaženiu na špičke.
- TE1 je model, ktorý obsahuje elektronický obvod na normalizáciu signálov s analógovým výstupom.
- TE1 s vratnou pružinou - modifikácia pre riešenie širšej škály úloh. Senzor je stabilnejší so zvýšeným bočným zaťažením.
- TEX je potenciometrický senzor s otočnou hlavou a sledujúci lineárne pohyby objektov do 300 mm. Otočný kĺb uľahčuje inštaláciu a zaručuje dlhú životnosť.
- TEX so závitom so závitom. Umožňuje pevne opraviť objekt.
- TEX s vratnou pružinou nevyžaduje pevné pripevnenie predmetu k tyči.
- TX2 s otočnou hlavou alebo montážnymi svorkami. Používajú sa v náročných prevádzkových podmienkach. Úroveň ochrany je IP 67, presnosť - 0,05%.
Použitie potenciometrov v tlakových senzoroch
Prevádzkové parametre rôznych zariadení sa vhodne prevádzajú na elektrické signály. Potenciometrický snímač tlaku kvapaliny alebo plynu sa používa v systémoch prívodu paliva v automobiloch, plyne na diaľniciach atď. Zvyčajne sa jedná o membránové meracie zariadenia.
Pôsobením tlakového rozdielu na oboch stranách membrány sa pohybuje. Súčasne sa posúvač tiež otáča. Ak je tlak P0 a Pa ak sú si navzájom rovnaké, motor ide do svojej pôvodnej ľavej polohy, v ktorej je nastavený počiatočný odpor zariadenia. Keď stra sa znižuje, membrána sa posúva doprava a posúvač nastavuje potenciometrovú kefu do polohy zodpovedajúcej poklesu tlaku.
Aby sa znížila chyba diskrétnej zmeny odporu potenciometra, počet otáčok na nej sa urobí najmenej 100. Môže sa úplne eliminovať pohybom kefy pozdĺž osi kalibrovaného drôtu rechordu.
Dizajn senzorov
Potenciometrický snímač lineárneho posuvu pozostáva z dielektrického rámu rôznych tvarov (platne, valce, krúžky atď.), Na ktorý je navinutý izolovaný drôt, ktorý je pripevnený k svorkám a zaistený svorkami na koncoch. Pozdĺž vinutia sa pohybuje kovová kefa. Pre snímače rotačného typu sú rámy kruhové, pozdĺžne - priame. V miestach kontaktu s motorom nie je na drôte žiadna izolácia.
Terminály sú napájané. Výstupný signál sa prijíma medzi jedným koncom drôtu a kefovým kontaktom, hoci existujú aj iné schémy zapojenia.
Každý lineárny potenciometrický senzor má statickú charakteristiku vo forme závislosti hodnoty výstupného signálu od posunutia kontaktu kefy.
záver
Potenciometrický snímač musí byť spoľahlivý, pohodlný a odolný pri použití v meracej technike a v automatických riadiacich systémoch. Zariadenia na monitorovanie polohy objektov sa líšia v princípe činnosti a v typoch výstupných signálov, ktoré musia spĺňať normy.