Potansiyometrik sensör: açıklama, cihaz ve devre

Teknolojide, aletler, nesnelerin yer değiştirmelerinin büyüklüğünü elektrik sinyallerine dönüştürmeleriyle ölçmek için yaygın olarak kullanılır. Çoğu tasarımdaki potansiyometrik sensör, bir reosta ve sinyalin çıkarıldığı nesneye bağlı kayan bir kontaktır. Çıkış parametresi, hareketli elemanın açısal veya doğrusal hareketine bağlı olarak elektrik direncinin değeridir.

Çalışma prensibi

Potansiyometre doğrusal veya açısal yer değiştirmeleri uygun voltaj, akım veya direnç değerlerine dönüştürür. Bundan dolayı, pek çok elektriksiz miktarla çalışmak mümkündür: basınç, seviye, akış hızı, vb.

Prensip olarak pozisyonun yer değiştirmesini veya konumunu ölçmek olan potansiyometrik sensörler, değişken rezistörün hareketli kontaklarıyla nesnelere bağlanır. Valfler, antenler, kesici aletler ve daha fazlası olabilir. Sensöre güç sağlandıktan sonra, potansiyometre sürgüsünün konumunun sinyali, bir voltaj bölücüsündeki gibi ondan çıkarılır.

Tüm modellerde temel kayıt yöntemi aynı kalır, ancak yapısal farklılıklar vardır. Sinyal doğrudan işlenip normalizasyondan sonra elektronik bir devre kullanılarak alınabilir. Belli standartlara uyması önemlidir.

Potansiyometrik sensörlerin avantajları

• Tasarımın basitliği.
• Düşük maliyetli
• İyi çözünürlük
• Kompakt ve hafif.
• Okumaların kararlılığı.

dizayn

Potansiyometrik tel hareket sensörleri endüstride yaygındır. Yüksek doğruluk ve stabiliteye sahipler, küçük sıcaklık ve geçiş direnci değerleri ve düşük ses seviyesi var. Dezavantajları şunlardır: alternatif akım üzerinde çalışırken az miktarda direnç, düşük çözünürlük, hareketli parçaların aşınması ve sınırlı kullanım.

Cihazlar üç ana unsurdan oluşur:

1. Çerçeve. Isıtıldığında geometrik boyutları değiştirmeyen, ısı ileten yalıtkan malzemeden veya dielektrik kaplı metalden yapılmıştır. Şekil halka, kavisli bir levha, bir çubuk şeklinde olabilir.
2. Yalıtımlı sargı. Telin tam olarak döşenmesi, cihazın çözünürlüğünün bağlı olduğu aşamada gerçekleştirilir.
3. Hareketli fırça. Sarımla temas ettiği yerlerde, dönüşler yalıtımdan temizlenir. Cihazlardaki hareketli temas, çeviri veya dönme hareketi yapabilir. İkinci durumda, aygıtlar tek veya çok turlu yürütme olabilir.

malzemeler

Çerçeve, dielektrik malzemeden yapılmıştır: seramik, getinaksa, tektolit, plastik. Yalıtım kaplamalı metal uygulayın. Yüksek termal iletkenliği, sensör telinden ısıyı iyi şekilde çıkarmayı mümkün kılar.

Sargının metalinin yüksek bir elektrik direnci, korozyon direnci, hafif bir sıcaklık etkisi, aşınma ve yırtılma direnci vardır. Manganin, konstantan, nikel-krom alaşımları bu gereksinimleri karşılar. Sarma ayrıca lamel veya film olabilir.

Kayan kontaklar, sensörlerin güvenilirliğini azaltır ve tasarımı zorlaştırır. Tel potansiyometrelerin dezavantajları:

• kontakların düşük güvenilirliği;
• telin oksidasyonu ve elektro-aşınması nedeniyle motor ve sargı arasındaki geçiş direncinin kararsızlığı;
• temas sıçraması.

Aynı zamanda daha iyi doğrusallığa sahip olan iletken plastikler harika bir kaynağa sahiptir.Onlara dayalı sensörler, özellikle havacılıkta yüksek güvenilirliğin gerekli olduğu yerlerde kullanılır.

Temas fırçaları, soy metallerin eklenmesiyle yapılır, böylece sarım malzemesinden daha yumuşak olurlar.

şemaları

Potansiyometrik tip sensörler statik bir özelliğe sahiptir - çıkış gerilimi U_Ey X kontağının temas etmesinden. Yüksüz bir potansiyometrede bu parametreler arasındaki ilişki genellikle doğrusaldır:

U_Ey = kX,

L sensörün uzunluğu ise, k hassasiyettir (k = U_Pete/ L).

Gerçekte, potansiyometrik sensör bir yük direnci R içerir_n U değerini etkileyen otomatik kontrol sisteminin bir sonraki bağlantısında_O.

Temas kaybı, açık devre sarımı veya devrelenme devresi ile ilgili sensörlerin düşük güvenilirliği, kablolama şemasını değiştirme ihtiyacını doğurur.

Çıkış sinyalinin işareti değişmezse, sensöre tek kutuplu denir. Değişken direnç gibi basit bir cihazdır.

Girişe ne olduğuna bağlı olarak, sinyal işareti çıkışta değiştiğinde, otomatik kontrol için bir itme-çekme tipi potansiyometrik sensör devresi kullanılır. Çalışma gövdesinin kontrol hareketinin yönü buna bağlıdır.

Gerilim fırçadan ve potansiyometrenin ortasından çıkarılabilir. Diğer bağlantı şemaları da kullanılır. Doğru akım ile beslendiğinde, hareketli kontak orta noktasından geçtiğinde, çıkıştaki işaret tersi olarak değişir. Sargıya AC voltajı uygulanırsa, faz 180⁰.

Otomasyonda, sensörlerin doğrusal olmayan özellikleri kullanılır. Bunun için telin sarım boyunca çapı, sarımın adımı değişir, karmaşık şekilli çerçeveler kullanılır, dirençli potansiyometre bölümleri taşınır.

Performans özellikleri

Sensörün rölanti tepkisi düz bir çizgidir (R / R)._n = 0). Eğrilerin ondan sapması, yük direnci azaldıkça artar R_n.

Aktif direncin yanı sıra, sensörler ayrıca dinamik yüklere sahiptir:

1. Transfer işlevi
2. Endüktif bileşen
3. Hareketli temasın bobinden bobine ve fırça titreşiminden geçişi sırasında kendi gürültüsü.

Motorun teması ile sonuçlardan biri arasındaki direnç, çıkış olarak adlandırılır. Büyüklüğü, akımı veya voltajı ölçülür.

Sensör hataları

Aşağıdaki hatalar sensörlerin gerçek özelliklerini etkiler:

1. Ölü bölge Kontak, telin bir turundan diğerine geçtiğinde, değeri aşağıdaki formülle belirlenen bir voltaj artışı meydana gelir: DU = U_çukuru./ W, burada W dönüş sayısıdır.
2. Tel çapındaki dalgalanmalarla ilişkili statik karakteristik düzgünsüzlüğün uzunluğu, dayanıklılığı ve sarım doğruluğu.
3. Kontak motoru ve kol arasında, okumaların doğruluğunu etkileyen boşluğun varlığı.
4. Düzensiz fırça basıncı, temas direncinin değerini etkiler. Genellikle, motoru sarımın üzerine bastırma kuvveti oldukça büyük kullanılır. Ancak, hassas elemanlardan (membranlar, yüzer, bimetal plakalar) gelen kuvvet küçük olduğundan, bunu yapmak her zaman mümkün değildir.
5. Elektriksel yük direncinin etkisi R_n. Değeri, sensörün direncinden 10 ... 100 kat daha fazla seçilir.

randevu

Potansiyometrik konum vericisi, aşağıdaki amaçlar için tasarlanmıştır:

• mekanizmaların hareketleri, makinelerin çalışma gövdeleri ve diğer nesnelerin kontrolü ve ölçümü;
• robotik ve otomasyon sistemlerinde feedback link;
• nesnelere olan mesafelerin belirlenmesi;
• laboratuarlarda testler, mekanizmaların çalışmasının izlenmesi.

Sensör Çeşitleri

Potansiyometrik sensör kullanımı, aşağıdakilere bağlıdır:

1. T / TS, 150 mm'lik eksenel yer değiştirme aralığında çalışan yüksek hassasiyetli bir cihazdır (% 0,075). 10 m / s'ye kadar olan çevresel hızlar için uygundur. Tasarım - Gerilim bölücü prensibi ile çubuğun iki yönde hareketini sağlamak.
2. TR / TRS - önceki ile aynı, ancak bir geri dönüş yayı ile. Yer değiştirme 100 mm'ye ulaşır. Uçtaki daha yüksek yanal yüklere dayanır.
3. TE1, analog çıkışlı sinyalleri normalleştirmek için bir elektronik devre içeren bir modeldir.
4. Geri dönüş yaylı TE1 - daha geniş bir yelpazedeki görevleri çözmek için modifikasyon. Sensör artan yanal yüklerle daha kararlıdır.
5. TEX döner kafalı ve 300 mm'ye kadar nesnelerin doğrusal hareketlerini izleyen potansiyometrik bir sensördür. Döner bağlantı, montajı kolaylaştırır ve uzun ömürlü olmasını sağlar.
6. Dişli tahrik çubuklu TEX. Bir nesneyi sert bir şekilde sabitlemeyi mümkün kılar.
7. Geri dönüş yaylı TEX, nesnenin çubuğa rijit tutturulmasını gerektirmez.
8. TX2 döner kafalı veya montaj kelepçeli. Ağır çalışma koşullarında kullanılırlar. Koruma seviyesi IP 67, hassasiyet -% 0,05'tir.

Basınç sensörlerinde potansiyometre kullanımı

Çeşitli cihazların çalışma parametreleri elverişli olarak elektrik sinyaline dönüştürülür. Potansiyometrik bir sıvı veya gaz basınç sensörü, otomobillerde yakıt besleme sistemlerinde, otoyollarda gaz vb. Kullanılır. Genellikle bunlar membran ölçüm cihazlarıdır.

Membranın her iki yanındaki bir basınç farkının etkisi altında hareket eder. Aynı zamanda, sürgü de döner. Eğer basınç p₀ ve P_ve Birbirine eşit ise, motor cihazın başlangıç ​​direncinin ayarlandığı orijinal sol konumuna gider. Ne zaman p_ve azalır, membran sağa doğru hareket eder ve sürgü potansiyometre fırçasını basınç düşüşüne karşılık gelen konuma ayarlar.

Potansiyometrenin direncindeki belirgin bir değişiklik hatasını azaltmak için, üzerindeki dönüşlerin sayısı en az 100'dür. Fırçayı kalibre edilmiş rechord telinin ekseni boyunca hareket ettirerek tamamen ortadan kaldırılabilir.

Sensör Tasarımları

Potansiyometrik doğrusal yer değiştirme sensörü, üzerine yalıtımlı bir telin sarıldığı, kelepçelere tutturulduğu ve uçlarından kelepçelerle sabitlendiği çeşitli şekillerde (plakalar, silindirler, halkalar, vb.) Bir dielektrik çerçevesinden oluşur. Metal bir fırça, sarma boyunca hareket eder. Döner tipte sensörler için, çerçeveler halka şeklinde, uzunlamasına - düz. Motorla temas ettiği yerlerde kablo üzerinde yalıtım yoktur.

Terminaller enerjilidir. Çıkış sinyali, diğer bağlantı şemaları olmasına rağmen, telin bir ucu ile fırça teması arasında alınır.

Her bir doğrusal potansiyometrik sensör, fırça temasının yer değiştirmesi üzerindeki çıkış sinyalinin değerine bağlı olması şeklinde bir statik özelliğe sahiptir.

Sonuç

Potansiyometrik sensör, ölçüm teknolojisinde ve otomatik kontrol sistemlerinde kullanıldığında güvenilir, kullanışlı ve dayanıklı olmalıdır. Nesnelerin pozisyonunu izlemeye yönelik cihazlar, çalışma prensibi ve standartlara uyması gereken çıkış sinyali türlerinde farklılık gösterir.