Потенциометријски сензор: опис, уређај и склоп

У технологији се инструменти широко користе за мерење величине померања објеката са њиховим претварањем у електричне сигнале. Потенциометријски сензор у већини дизајна је реостат и клизни контакт спојен на објект из којег се уклања сигнал. Излазни параметар је вриједност електричног отпора, овисно о кутном или линеарном помицању помичног елемента.

Принцип рада

Потенциометар претвара линеарне или кутне помаке у одговарајуће вредности напона, струје или отпора. Због тога је могуће радити са многим неелектричним количинама: притиском, нивоом, протоком итд.

Потенциометријски сензори, чији је принцип мерење померања или локације положаја, повезани су својим покретним контактима променљивог отпора према објектима. То могу бити вентили, антене, алати за резање и још много тога. После напајања сензора, сигнал положаја положаја потенциометра уклања се са њега, као и са разделником напона.

Основни начин регистрације у свим моделима остаје исти, али постоје структурне разлике. Сигнал се може преузети директно или помоћу електронског кола након његове обраде и нормализације. Важно је да испуњава одређене стандарде.

Предности потенциометријских сензора

• Једноставност дизајна.
• Ниска цена.
• Добра резолуција.
• Компактна и лагана тежина.
• Стабилност очитања.

Дизајн

Потенциометријски сензори кретања жица су чести у индустрији. Имају високу тачност и стабилност, имају мале вредности температуре и отпорности на прелаз и низак ниво буке. Недостаци укључују: малу количину отпора, ниску резолуцију, хабање покретних делова и ограничену употребу при раду на наизменичну струју.

Уређаји се састоје од три главна елемента:

1. Вирефраме. Направљен од топлотног изолационог материјала или метала са диелектричним премазом, који не мења геометријске димензије приликом загревања. Облик може бити у облику прстена, закривљене плоче, шипке.
2. Изоловано навијање. Изводи се тачно полагањем жице, од чијег корака зависи резолуција уређаја.
3. Покретна четка. На местима свог контакта са намотима, завоји су очишћени од изолације. Покретни контакт у уређајима може се кретати транслационо или ротационо. У последњем случају, уређаји могу бити једно или вишеструки.

Материјали

Оквир је направљен од диелектричног материјала: керамике, гетинакса, тектолита, пластике. Нанесите метал са изолацијским слојем. Његова висока топлотна проводљивост омогућава добро уклањање топлоте са жице сензора.

Метал намотаја има велику електричну отпорност, корозијску отпорност, благи температурни ефекат, отпорност на абразију и кидање. Манганин, константан, никл-хром легуре испуњавају ове захтеве. Намотавање такође може бити ламела или филм.

Клизни контакти смањују поузданост сензора и компликују дизајн. Недостаци жичних потенциометара:

• ниска поузданост контаката;
• нестабилност прелазног отпора између мотора и намотаја због оксидације и електроерозије жице;
• одскочити од контаката.

Проводна пластика, која такође има бољу линеарност, има сјајан ресурс.Сензори засновани на њима користе се тамо где је потребна велика поузданост, посебно у ваздухопловству.

Контактне четкице израђују се уз додатак племенитих метала, тако да су мекше од материјала за наматање.

Шеме

Сензори потенциометријског типа имају статичку карактеристику - излазни напон У_напоље из померања контакта Кс. Однос између ових параметара у неоптерећеном потенциометру је обично линеаран:

У_напоље = кКс,

где је Л дужина сензора, к је осетљивост (к = У)_јама/ Л).

У стварности, потенциометријски сензор садржи отпор оптерећења Р_н на следећој вези система аутоматског управљања, што утиче на вредност У_напоље

Мала поузданост сензора повезана са губитком контакта, намотаја отвореног круга или интернтурн круга, доводи до потребе за променом дијаграма ожичења.

Ако се знак излазног сигнала не промени, сензор се назива униполарни. То је једноставан уређај попут променљивог отпорника.

Потенциометријски сензорски склоп типа пусх-пулл користи се за аутоматско управљање, где се знак сигнала мења на излазу, у зависности од тога шта се налази на улазу. Од тога зависи смјер контролног покрета радног тијела.

Напон се може уклонити са четке и са средине потенциометра. Такође се користе и остали дијаграми ожичења. Када се напаја једносмерном струјом, када покретни контакт пролази кроз своју средину, знак на излазу се мења у супротно. Ако се на намот примени АЦ напон, фаза се мења за 180⁰.

У аутоматизацији се користе нелинеарне карактеристике сензора. За то се пречник жице дуж намотаја, корак намотавања мења, користе се сложени оквири, одсеци потенциометара са отпором се усмеравају.

Карактеристике перформанси

Одзив сензора у празном ходу је равна линија (Р / Р_н = 0). Одступање кривих од ње расте са смањењем отпора оптерећења Р_н.

Поред активног отпора, сензори имају и динамичка оптерећења:

1. Пренос функција.
2. Индуктивна компонента.
3. Властита бука током преласка покретног контакта из завојнице у завојницу и од вибрације четке.

Отпор између контакта мотора и једног од закључака назива се излазним. Мере се његова величина, струја или напон.

Грешке сензора

Следеће грешке утичу на стварне карактеристике сензора:

1. Мртва зона. Када контакт пређе из једног окретања жице у други, долази до скока напона, чија се вредност одређује формулом: ДУ = У_јама/ В, где је В број обртаја.
2. Неравнине статичке карактеристике повезане са флуктуацијама у пречнику жице дуж дужине, његовом отпорности и тачности намотавања.
3. Присутност игре између контактног мотора и чахуре, што утиче на тачност очитања.
4. Неравномерни притисак четке, који утиче на вредност контактног отпора. Обично се сила притиска мотора на намотаје користи прилично велика. Међутим, то није увек могуће јер је сила осетљивих елемената (мембране, плута, биметалних плоча) мала.
5. Утицај отпора електричног оптерећења Р_н. Његова вредност је изабрана 10 ... 100 пута више од отпора сензора.

Именовање

Потенциометријски предајник положаја дизајниран је за следеће сврхе:

• контрола и мерење покрета механизама, радних тела машина и других предмета;
• повратна веза у системима роботике и аутоматизације;
• одређивање удаљености до објеката;
• тестови у лабораторијама, надгледање рада механизама.

Типови сензора

Употреба потенциометријског сензора зависи од типа:

1. Т / ТС је високо прецизни инструмент (0,075%) који ради у опсегу аксијалних помака од 150 мм. Погодно за периферне брзине до 10 м / с. Дизајн - обезбеђивање померања штапа у два смера према принципу делила напона.
2. ТР / ТРС - исти као претходни, али са повратном опругом. Отпорност досеже 100 мм. Издржава већа бочна оптерећења на врху.
3. ТЕ1 је модел који садржи електронско коло за нормализацију сигнала са аналогним излазом.
4. ТЕ1 са повратном опругом - модификација за решавање ширег спектра задатака. Сензор је стабилнији са повећаним бочним оптерећењима.
5. ТЕКС је потенциометријски сензор са окретном главом и прати линеарно кретање предмета до 300 мм. Окретни спој олакшава инсталацију и обезбеђује дуг радни век.
6. ТЕКС са навојном погонском шипком. Омогућава чврсто учвршћивање предмета.
7. ТЕКС са повратном опругом не захтева чврсто причвршћење предмета на шипку.
8. ТКС2 са окретном главом или причврсним стезаљкама. Користе се у тешким радним условима. Ниво заштите је ИП 67, тачност - 0,05%.

Примена потенциометара у сензорима притиска

Радни параметри разних уређаја повољно се претварају у електричне сигнале. Потенциометријски сензор за притисак течности или гаса користи се у системима за снабдевање горивом у аутомобилима, на гасу на ауто путевима, итд. Обично су то мембрански мерни уређаји.

Под дејством разлике притиска са обе стране мембране креће се. У исто време клизач се такође ротира. Ако је притисак П₀ и П_и једнаке су једна другој, мотор иде у првобитни леви положај, на коме се поставља почетни отпор уређаја. Кад п_и смањује се, мембрана се помера удесно, а клизач поставља четку потенциометра у положај који одговара паду притиска.

Да би се смањила грешка дискретне промене у потенциометру, број окретаја на њему врши се најмање 100. То се може у потпуности елиминисати померањем четке дуж осе калибрационе жице рецхорд-а.

Дизајн сензора

Потенциометријски сензор линеарног помака састоји се од диелектричног оквира различитих облика (плоче, цилиндари, прстенови итд.), На који је намотана изолована жица, причвршћена стезаљкама и причвршћена стезаљкама на крајевима. Метална четкица се креће дуж наматања. За сензоре ротационог типа, оквири су у облику прстена, уздужни - равни. На местима додира са мотором нема изолације на жици.

Терминали се напајају. Излазни сигнал се узима између једног краја жице и контакта четке, мада постоје и друге шеме повезивања.

Сваки линеарни потенциометријски сензор има статичку карактеристику у облику зависности вредности излазног сигнала од померања контакта четке.

Закључак

Потенциометријски сензор мора бити поуздан, прикладан и издржљив када се користи у мерној технологији и у аутоматским управљачким системима. Уређаји за надгледање положаја објеката разликују се по принципу рада и типу излазних сигнала, који морају бити у складу са стандардима.