เซ็นเซอร์โพเทนชิโอเมตริก: คำอธิบายอุปกรณ์และวงจร

ในเทคโนโลยีเครื่องมือที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดขนาดของการกระจัดของวัตถุด้วยการแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า เซ็นเซอร์โพเทนชิโอเมตริกในการออกแบบส่วนใหญ่คือรีโอเอทเทอร์และหน้าสัมผัสแบบเลื่อนที่เชื่อมต่อกับวัตถุซึ่งเป็นสัญญาณที่ถูกลบออก พารามิเตอร์เอาท์พุทคือค่าของความต้านทานไฟฟ้าขึ้นอยู่กับการเคลื่อนไหวเชิงมุมหรือเชิงเส้นขององค์ประกอบที่สามารถเคลื่อนย้าย

หลักการทำงาน

โพเทนชิออมิเตอร์แปลงการเคลื่อนที่เชิงเส้นหรือเชิงมุมเป็นค่าความต่างศักย์กระแสไฟหรือความต้านทานที่เหมาะสม ด้วยเหตุนี้จึงเป็นไปได้ที่จะทำงานกับปริมาณที่ไม่ใช่ไฟฟ้า: ความดันระดับอัตราการไหล ฯลฯ

เซ็นเซอร์โพเทนชิโอเมตริกซึ่งเป็นหลักการที่ใช้ในการวัดการเคลื่อนที่หรือตำแหน่งของตำแหน่งนั้นจะถูกเชื่อมต่อโดยหน้าสัมผัสที่สามารถเคลื่อนย้ายได้ของตัวต้านทานตัวแปรไปยังวัตถุ มันสามารถเป็นวาล์วเสาอากาศเครื่องมือตัดและอื่น ๆ อีกมากมาย หลังจากจ่ายพลังงานไปยังเซ็นเซอร์สัญญาณของตำแหน่งของตัวเลื่อนโพเทนชิโอมิเตอร์จะถูกลบออกจากมันเช่นเดียวกับตัวแบ่งแรงดัน

วิธีการลงทะเบียนพื้นฐานในทุกรุ่นยังคงเหมือนเดิม แต่มีความแตกต่างของโครงสร้าง สัญญาณสามารถถ่ายได้โดยตรงหรือใช้วงจรอิเล็กทรอนิกส์หลังจากการประมวลผลและการทำให้เป็นมาตรฐาน มันเป็นสิ่งสำคัญที่มันเป็นไปตามมาตรฐานบางอย่าง

ข้อดีของเซ็นเซอร์โพเทนชิโอเมตริก

• ความเรียบง่ายของการออกแบบ
• ต้นทุนต่ำ
• ความละเอียดที่ดี
• ขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบา
• ความมั่นคงของการอ่าน

ออกแบบ

เซ็นเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนที่ของโพเทนชิโอเมตริกพบได้ทั่วไปในอุตสาหกรรม พวกเขามีความแม่นยำและเสถียรภาพสูงมีค่าอุณหภูมิและความต้านทานการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยและระดับเสียงรบกวนต่ำ ข้อเสีย ได้แก่ ความต้านทานเล็กน้อยความละเอียดต่ำการสึกหรอของชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวและการใช้งานที่ จำกัด เมื่อทำงานกับกระแสสลับ

อุปกรณ์ประกอบด้วยสามองค์ประกอบหลัก:

1. กรอบ ทำจากวัสดุฉนวนที่นำความร้อนหรือโลหะเคลือบอิเล็กทริกซึ่งไม่เปลี่ยนขนาดทางเรขาคณิตเมื่อถูกความร้อน รูปร่างอาจอยู่ในรูปของวงแหวนแผ่นโค้งแท่ง
2. ฉนวนที่คดเคี้ยว จะดำเนินการกับการวางสายที่แน่นอนในขั้นตอนที่ความละเอียดของอุปกรณ์ขึ้นอยู่กับ
3. แปรงเคลื่อนย้ายได้ ในสถานที่ที่สัมผัสกับขดลวดผลัดกันทำความสะอาดของฉนวน ผู้ติดต่อที่เคลื่อนย้ายได้ในอุปกรณ์สามารถย้ายแบบแปลหรือหมุนได้ ในกรณีหลังอุปกรณ์สามารถดำเนินการเดี่ยวหรือหลายเลี้ยว

วัสดุ

กรอบทำจากวัสดุอิเล็กทริก: เซรามิก, getinaksa, textolite, พลาสติก ใช้โลหะด้วยการเคลือบฉนวน ค่าการนำความร้อนสูงทำให้สามารถกำจัดความร้อนออกจากสายเซ็นเซอร์ได้ดี

โลหะของขดลวดมีความต้านทานไฟฟ้าสูงความต้านทานการกัดกร่อนผลกระทบของอุณหภูมิเล็กน้อยความต้านทานการกัดกร่อนและการฉีกขาด Manganin, constantan, alloy-chrome alloy ตรงตามข้อกำหนดเหล่านี้ ขดลวดอาจเป็นแผ่นหรือฟิล์ม

หน้าสัมผัสแบบเลื่อนช่วยลดความน่าเชื่อถือของเซ็นเซอร์และทำให้การออกแบบซับซ้อนขึ้น ข้อเสียของโพเทนทิโอมิเตอร์แบบลวด:

• ความน่าเชื่อถือของผู้ติดต่อต่ำ
• ความไม่แน่นอนของความต้านทานการเปลี่ยนแปลงระหว่างมอเตอร์และขดลวดเนื่องจากการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนของลวด
• การตีกลับของผู้ติดต่อ

พลาสติกนำไฟฟ้าซึ่งมีความเป็นเชิงเส้นที่ดีกว่าก็มีทรัพยากรที่ดีเช่นกันใช้เซ็นเซอร์ตามที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูงโดยเฉพาะในด้านการบิน

พู่กันสัมผัสทำขึ้นจากการเติมโลหะชั้นสูงเพื่อให้นิ่มกว่าวัสดุที่ม้วน

รูปแบบ

เซ็นเซอร์ชนิดโพเทนชิโอเมตริกมีลักษณะคงที่ - แรงดันไฟฟ้าเอาท์พุต U_O จากการเคลื่อนย้ายผู้ติดต่อ X. ความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์เหล่านี้ในโพเทนชิออมิเตอร์แบบไม่โหลดเป็นเส้นตรง:

U_O = kX

เมื่อ L คือความยาวของเซ็นเซอร์ k คือความไว (k = U_พีท/ L)

ในความเป็นจริงเซ็นเซอร์โพเทนชิโอเมตริกมีความต้านทานโหลด R_n ในลิงค์ถัดไปของระบบควบคุมอัตโนมัติซึ่งมีผลต่อค่าของ U_ทุม

ความน่าเชื่อถือต่ำของเซ็นเซอร์ที่เกี่ยวข้องกับการสูญเสียการติดต่อขดลวดวงจรเปิดหรือวงจร interturn นำไปสู่ความต้องการที่จะเปลี่ยนแผนภาพการเดินสายไฟ

หากสัญลักษณ์ของสัญญาณเอาต์พุตไม่เปลี่ยนเซ็นเซอร์จะเรียกว่า unipolar มันเป็นอุปกรณ์ง่าย ๆ เช่นตัวต้านทานผันแปร

วงจรเซ็นเซอร์โพเทนชิโอมิเตอร์แบบกดดึงใช้สำหรับการควบคุมอัตโนมัติที่สัญญาณของการเปลี่ยนแปลงสัญญาณที่เอาต์พุตขึ้นอยู่กับว่ามันอยู่ที่อินพุท ทิศทางของการเคลื่อนไหวควบคุมของร่างกายทำงานขึ้นอยู่กับสิ่งนี้

แรงดันไฟฟ้าสามารถลบออกจากแปรงและจากส่วนกลางของโพเทนชิออมิเตอร์ นอกจากนี้ยังใช้แผนภาพการเดินสายไฟอื่น ๆ เมื่อขับเคลื่อนโดยกระแสตรงเมื่อรายชื่อผู้ติดต่อที่เคลื่อนย้ายได้ผ่านจุดกึ่งกลางของมันเครื่องหมายที่เอาท์พุทจะเปลี่ยนไปในทางตรงกันข้าม หากแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับถูกนำไปใช้กับขดลวดเฟสจะเปลี่ยนเป็น 180⁰.

ในระบบอัตโนมัติมีการใช้คุณสมบัติที่ไม่ใช่เชิงเส้นของเซ็นเซอร์ สำหรับเรื่องนี้เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวดตามขดลวดขั้นตอนของการเปลี่ยนแปลงขดลวดใช้รูปทรงที่ซับซ้อนส่วนของโพเทนชิโอมิเตอร์ที่มีความต้านทานมีการเปลี่ยนแปลง

ลักษณะการดำเนินงาน

การตอบสนองที่ไม่ได้ใช้งานของเซ็นเซอร์เป็นเส้นตรง (R / R_n = 0) ความคลาดเคลื่อนของส่วนโค้งจากมันเพิ่มขึ้นเมื่อความต้านทานโหลดลดลง R_n.

นอกเหนือจากความต้านทานเชิงรับเซ็นเซอร์ยังมีโหลดแบบไดนามิก:

1. ฟังก์ชั่นการถ่ายโอน
2. องค์ประกอบอุปนัย
3. เสียงรบกวนของตัวเองระหว่างการเปลี่ยนหน้าสัมผัสที่เคลื่อนที่จากขดลวดเป็นขดลวดและจากการสั่นของแปรง

ความต้านทานระหว่างหน้าสัมผัสของเครื่องยนต์และหนึ่งในข้อสรุปที่เรียกว่าเอาท์พุท มีการวัดขนาดกระแสหรือแรงดัน

ข้อผิดพลาดเซ็นเซอร์

ข้อผิดพลาดต่อไปนี้ส่งผลต่อลักษณะที่แท้จริงของเซ็นเซอร์:

1. โซนที่ตายแล้ว เมื่อหน้าสัมผัสผ่านจากลวดหนึ่งไปยังอีกทิศทางหนึ่งแรงดันไฟฟ้าจะเกิดขึ้นค่าจะพิจารณาจากสูตร: DU = U_หลุม/ W โดยที่ W คือจำนวนรอบ
2. ความไม่สม่ำเสมอของลักษณะคงที่เกี่ยวข้องกับความผันผวนของเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวดตามความยาวความต้านทานและความแม่นยำของขดลวด
3. การปรากฏตัวของการเล่นระหว่างมอเตอร์ติดต่อและแขนเสื้อซึ่งมีผลต่อความถูกต้องของการอ่าน
4. แรงกดของแปรงที่ไม่สม่ำเสมอส่งผลต่อค่าความต้านทานการสัมผัส โดยปกติแล้วแรงของการกดเครื่องยนต์ไปยังขดลวดจะมีขนาดค่อนข้างใหญ่ อย่างไรก็ตามสิ่งนี้เป็นไปไม่ได้ที่จะทำเพราะแรงจากองค์ประกอบที่ละเอียดอ่อน (เยื่อแผ่นลอยแผ่น bimetal) มีขนาดเล็ก
5. ผลกระทบของความต้านทานโหลดไฟฟ้า R_n. ค่าของมันถูกเลือก 10 ... มากกว่าความต้านทานของเซ็นเซอร์ 100 เท่า

การแต่งตั้ง

เครื่องส่งสัญญาณตำแหน่งโพเทนชิโอเมตริกได้รับการออกแบบเพื่อวัตถุประสงค์ดังต่อไปนี้:

• การควบคุมและการวัดการเคลื่อนที่ของกลไกหน่วยงานของเครื่องจักรและวัตถุอื่น ๆ
• ลิงค์ข้อเสนอแนะในหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ
• การกำหนดระยะทางสู่วัตถุ
• การทดสอบในห้องปฏิบัติการตรวจสอบการทำงานของกลไก

ประเภทของเซ็นเซอร์

การใช้เซ็นเซอร์โพเทนชิโอเมตริกซ์ขึ้นอยู่กับประเภท:

1. T / TS เป็นเครื่องมือที่มีความแม่นยำสูง (0.075%) ทำงานในช่วงการเคลื่อนที่ตามแนวแกน 150 มม. เหมาะสำหรับความเร็วรอบสูงถึง 10 m / s การออกแบบ - สร้างความมั่นใจในการเคลื่อนที่ของแท่งในสองทิศทางบนหลักการของตัวแบ่งแรงดัน
2. TR / TRS - เหมือนกับก่อนหน้านี้ แต่มีสปริงคืน การกำจัดถึง 100 มม. ทนทานต่อแรงด้านข้างที่สูงกว่าที่ปลาย
3. TE1 เป็นรุ่นที่มีวงจรอิเล็กทรอนิกส์สำหรับปรับมาตรฐานสัญญาณด้วยเอาท์พุทแบบอะนาล็อก
4. TE1 พร้อมสปริงกลับ - ปรับเปลี่ยนเพื่อแก้ไขงานที่กว้างขึ้น เซ็นเซอร์มีความเสถียรมากขึ้นเมื่อโหลดด้านข้างเพิ่มขึ้น
5. TEX เป็นเซ็นเซอร์โพเทนชิโอเมตริกที่มีหัวแบบหมุนได้และติดตามการเคลื่อนที่เชิงเส้นของวัตถุสูงถึง 300 มม. ข้อต่อแบบหมุนช่วยอำนวยความสะดวกในการติดตั้งและรับประกันอายุการใช้งานที่ยาวนาน
6. TEX พร้อมด้วยก้านไดรฟ์แบบเกลียว ทำให้สามารถแก้ไขวัตถุอย่างเหนียวแน่น
7. TEX ที่มีสปริงส่งคืนไม่จำเป็นต้องมีการยึดวัตถุที่แข็งแรงกับบาร์
8. TX2 ที่มีหัวหมุนหรือมีที่ยึดสำหรับติดตั้ง พวกเขาจะใช้ในสภาพการทำงานที่รุนแรง ระดับการป้องกันคือ IP 67 ความแม่นยำ - 0.05%

การใช้โพเทนชิโอมิเตอร์ในเซ็นเซอร์ความดัน

พารามิเตอร์การทำงานของอุปกรณ์ต่าง ๆ จะถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า เซ็นเซอร์ความดันของเหลวหรือก๊าซโพเทนชิโอเมตริกใช้ในระบบจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงในรถยนต์แก๊สในทางหลวง ฯลฯ โดยปกติจะเป็นอุปกรณ์วัดเมมเบรน

ภายใต้การกระทำของดิฟเฟอเรนดันทั้งสองด้านของเมมเบรนจะเคลื่อนที่ ในขณะเดียวกันแถบเลื่อนจะหมุนด้วย ถ้าความดัน P₀ และพี_และ เท่ากับซึ่งกันและกันเครื่องยนต์ไปยังตำแหน่งเดิมที่ความต้านทานเริ่มต้นของอุปกรณ์ถูกตั้งค่า เมื่อพี_และ ลดลงเมมเบรนเคลื่อนที่ไปทางขวาและตัวเลื่อนตั้งแปรงโพเทนชิออมิเตอร์ไปยังตำแหน่งที่สอดคล้องกับแรงดันตก

เพื่อลดข้อผิดพลาดของการเปลี่ยนแปลงแบบไม่ต่อเนื่องในความต้านทานของโพเทนชิออมิเตอร์จำนวนการหมุนของมันจะทำอย่างน้อย 100 มันสามารถกำจัดได้อย่างสมบูรณ์โดยการเคลื่อนแปรงไปตามแนวแกนของลวด rechord ที่ปรับเทียบแล้ว

การออกแบบเซ็นเซอร์

เซ็นเซอร์ดิสเพลสเมนต์แบบเชิงเส้นโพเทนชิโอเมตริกประกอบด้วยกรอบอิเล็กทริกของรูปทรงต่างๆ (แผ่น, กระบอกสูบ, แหวน, ฯลฯ ) ซึ่งมีฉนวนหุ้มลวดพันอยู่กับตัวหนีบและยึดด้วยตัวหนีบที่ปลาย แปรงโลหะเคลื่อนที่ไปตามขดลวด สำหรับเซ็นเซอร์ประเภทหมุนกรอบเป็นรูปวงแหวนยาว - ตรง ในสถานที่ที่สัมผัสกับเครื่องยนต์จะไม่มีฉนวนบนลวด

ขั้วถูกขับเคลื่อน สัญญาณเอาท์พุทจะถูกนำมาใช้ระหว่างปลายด้านหนึ่งของเส้นลวดและหน้าสัมผัสแปรง

เซ็นเซอร์โพเทนชิโอเมตริกเชิงเส้นแต่ละตัวมีลักษณะคงที่ในรูปแบบของการพึ่งพาค่าของสัญญาณเอาต์พุตในการเคลื่อนที่ของหน้าสัมผัสแปรง

ข้อสรุป

เซ็นเซอร์โพเทนชิโอเมตริกจะต้องเชื่อถือได้สะดวกและทนทานเมื่อใช้ในเทคโนโลยีการวัดและในระบบควบคุมอัตโนมัติ อุปกรณ์สำหรับการตรวจสอบตำแหน่งของวัตถุต่างกันในหลักการทำงานและในประเภทของสัญญาณเอาท์พุตซึ่งจะต้องสอดคล้องกับมาตรฐาน