Potentiometrisk sensor: beskrivning, enhet och krets

Inom tekniken används instrument i stor utsträckning för att mäta storleken på förskjutningar av föremål med omvandlingen till elektriska signaler. Den potentiometriska sensorn i de flesta konstruktioner är en reostat och en glidkontakt ansluten till objektet, varifrån signalen tas bort. Utgångsparametern är värdet på det elektriska motståndet beroende på det rörliga elementets vinkel- eller linjära rörelse.

Funktionsprincip

Potentiometern konverterar linjära eller vinkelförskjutningar till lämpliga spännings-, ström- eller resistansvärden. På grund av detta är det möjligt att arbeta med många icke-elektriska mängder: tryck, nivå, flödeshastighet, etc.

Potentiometriska sensorer, vars princip är att mäta förskjutningen eller platsen för positionen, är anslutna med sina rörliga kontakter i det variabla motståndet till föremål. Det kan vara ventiler, antenner, skärverktyg och mycket mer. Efter tillförsel av ström till sensorn tas signalen från potentiometermotorns position bort från den, som med en spänningsdelare.

Den grundläggande registreringsmetoden i alla modeller förblir densamma, men det finns strukturella skillnader. Signalen kan tas direkt eller med hjälp av en elektronisk krets efter dess bearbetning och normalisering. Det är viktigt att det uppfyller vissa standarder.

Fördelar med potentiometriska sensorer

• Enkel design.
• Låg kostnad.
• Bra upplösning.
• Kompakt och lätt vikt.
• Avläsningens stabilitet.

Design

Potentiometriska rörelsessensorer är vanliga inom industrin. De har hög noggrannhet och stabilitet, har små värden på temperatur och övergångsbeständighet och låg ljudnivå. Nackdelarna inkluderar: en liten mängd motstånd, låg upplösning, slitage på rörliga delar och begränsad användning vid arbete på växelström.

Enheter består av tre huvudelement:

1. Frame. Tillverkad av värmeledande isolerande material eller dielektrisk belagd metall, som inte ändrar geometriska dimensioner vid uppvärmning. Formen kan ha formen av en ring, en krökt platta, en stång.
2. Isolerad lindning. Det utförs med exakt läggning av tråden, i vilket steg enhetens upplösning beror på.
3. Rörlig borste. På platser med dess kontakt med lindningen rengörs svängarna för isolering. Den rörliga kontakten i enheterna kan röra sig translationellt eller roterande. I det senare fallet kan enheterna vara utförande av enkel eller flera varv.

material

Ramen är gjord av dielektriskt material: keramik, getinaksa, textolit, plast. Applicera metall med en isolerande beläggning. Dess höga värmeledningsförmåga gör det möjligt att väl avlägsna värme från sensorn.

Lindningens metall har hög elektrisk resistivitet, korrosionsbeständighet, liten temperatureffekt, nötning och rivmotstånd. Manganin, konstantan, nickelkromlegeringar uppfyller dessa krav. Lindning kan också vara lameller eller film.

Glidkontakter minskar sensorernas tillförlitlighet och komplicerar designen. Nackdelar med trådpotentiometrar:

• låg tillförlitlighet för kontakter;
• instabilitet i övergångsmotståndet mellan motorn och lindningen på grund av oxidation och elektroerosion av tråden;
• studs av kontakter.

Ledande plast, som också har bättre linearitet, har en stor resurs.Sensorer baserade på dem används där hög tillförlitlighet krävs, särskilt inom luftfarten.

Kontaktborstar tillverkas med tillsats av ädelmetaller så att de är mjukare än lindningsmaterialet.

system

Sensorer med potentiometrisk typ har en statisk karakteristik - utgångsspänning U_O från rörlig kontakt X. Förhållandet mellan dessa parametrar i en olastad potentiometer är vanligtvis linjär:

U_O = kX,

där L är sensorns längd är k känsligheten (k = U_Pete/ L).

I verkligheten innehåller den potentiometriska sensorn en belastningsmotstånd R_n i nästa länk i det automatiska styrsystemet, som påverkar värdet på U_O.

Den låga tillförlitligheten hos sensorerna som är förknippade med förlust av kontakt, öppna kretslindningar eller brytningskretsar leder till behovet av att ändra kopplingsschemat.

Om signalen för utsignalen inte ändras kallas sensorn unipolar. Det är en enkel enhet som ett variabelt motstånd.

En potentiometrisk sensorkrets av push-pull-typ används för automatisk styrning, där signalens tecken ändras vid utgången, beroende på vad det är vid ingången. Riktningen för arbetsrörelsens kontrollrörelse beror på detta.

Spänningen kan tas bort från borsten och från mitten av potentiometern. Andra kopplingsscheman används också. När den drivs av likström, när den rörliga kontakten passerar genom sin mittpunkt, skiftar skylten vid utgången till motsatsen. Om växelspänning appliceras på lindningen ändras fasen med 180⁰.

Vid automatisering används icke-linjära egenskaper hos sensorerna. För detta ändras trådens diameter längs lindningen, lindningssteget, komplexformade ramar används, delar av potentiometrarna med motstånd växlas.

Funktionsegenskaper

Sensorns vilosvar är en rak linje (R / R_n = 0). Avvikelsen från kurvorna från den ökar med minskande belastningsmotstånd R_n.

Förutom aktivt motstånd har sensorer också dynamiska belastningar:

1. Överföringsfunktion.
2. Induktiv komponent.
3. Eget ljud under övergången av den rörliga kontakten från spole till spole och från borstsvibration.

Motståndet mellan kontakten mellan motorn och en av slutsatserna kallas utgången. Dess storlek, ström eller spänning mäts.

Sensorfel

Följande fel påverkar sensorns faktiska egenskaper:

1. Död zon. När kontakten passerar från en sväng av tråden till en annan inträffar ett spänningshopp vars värde bestäms av formeln: DU = U_grop./ W, där W är antalet varv.
2. Ojämnheten i den statiska egenskapen förknippad med fluktuationer i trådens diameter längs längden, dess motstånd och lindningens noggrannhet.
3. Förekomsten av spel mellan kontaktmotorn och hylsan, vilket påverkar avläsningens noggrannhet.
4. Ojämnt borsttryck som påverkar värdet på kontaktmotståndet. Vanligtvis används kraften att trycka motorn till lindningen ganska stor. Detta är emellertid inte alltid möjligt, eftersom kraften från de känsliga elementen (membran, flyter, bimetalplattor) är liten.
5. Effekten av den elektriska belastningsmotståndet R_n. Dess värde väljs 10 ... 100 gånger mer än sensorns motstånd.

tidsbeställning

Den potentiometriska positionssändaren är utformad för följande ändamål:

• kontroll och mätning av rörelser hos mekanismer, arbetsorgan för maskiner och andra föremål;
• feedbacklänk i robotik och automationssystem;
• bestämning av avstånd till objekt;
• tester i laboratorier, övervakning av mekanismens funktion.

Sensortyper

Användningen av en potentiometrisk sensor beror på typen:

1. T / TS är ett instrument med hög precision (0,075%) som arbetar inom området axiella förskjutningar på 150 mm. Lämplig för perifera hastigheter upp till 10 m / s. Konstruktion - säkerställa rörelsens rörelse i två riktningar enligt principen om en spänningsdelare.
2. TR / TRS - samma som den föregående, men med en returfjäder. Förskjutningen når 100 mm. Tål högre sidolaster vid spetsen.
3. TE1 är en modell som innehåller en elektronisk krets för normalisering av signaler med en analog utgång.
4. TE1 med returfjäder - modifiering för att lösa ett större utbud av uppgifter. Sensorn är mer stabil med ökade sidolaster.
5. TEX är en potentiometrisk sensor med ett svängbart huvud och spårning av linjära rörelser av föremål upp till 300 mm. Den svängbara fogen underlättar installationen och säkerställer en lång livslängd.
6. TEX med gängad drivstång. Det gör det möjligt att fixa ett objekt styvt.
7. TEX med en returfjäder kräver inte fast fästning av föremålet till stången.
8. TX2 med svängbart huvud eller med monteringsklämmor. De används under svåra driftsförhållanden. Skyddsnivån är IP 67, noggrannhet - 0,05%.

Användning av potentiometrar i trycksensorer

Funktionsparametrarna för olika enheter konverteras bekvämt till elektriska signaler. En potentiometrisk vätske- eller gastrycksensor används i bränsletillförselsystem i bilar, gas på motorvägar etc. Vanligtvis är detta membranmätningsanordningar.

Under verkan av en tryckskillnad på båda sidor av membranet rör sig den. Samtidigt roterar reglaget också. Om trycket P₀ och P_och är lika med varandra, går motorn till sitt ursprungliga vänstra läge, där enhetens initiala motstånd är inställt. När sid_och minskar, membranet rör sig till höger och skjutreglaget sätter potentiometernborsten till det läge som motsvarar tryckfallet.

För att minska felet vid en diskret förändring i potentiometerns motstånd görs antalet varv på den minst 100. Det kan elimineras helt genom att flytta borsten längs axeln för den kalibrerade uppladdningstråden.

Sensordesigner

Den potentiometriska linjära förskjutningssensorn består av en dielektrisk ram av olika former (plattor, cylindrar, ringar etc.), på vilken en isolerad tråd är lindad, fäst vid klämmorna och fäst med klämmor i ändarna. En metallborste rör sig längs lindningen. För sensorer av roterande typ är ramarna ringformade, längsgående - raka. På kontaktställen med motorn finns ingen isolering på tråden.

Terminalerna drivs. Utsignalen tas mellan en ände av tråden och borstkontakten, även om det finns andra anslutningsscheman.

Varje linjär potentiometrisk sensor har en statisk egenskap i form av ett beroende av värdet på utsignalen vid förskjutningen av borstkontakten.

slutsats

Den potentiometriska sensorn måste vara pålitlig, bekväm och hållbar när den används i mätningsteknik och i automatiska styrsystem. Enheter för att övervaka objektens placering skiljer sig i princip i drift och i typen av utsignaler, som måste uppfylla standarderna.