Cảm biến đo điện thế: mô tả, thiết bị và mạch

Trong công nghệ, các thiết bị được sử dụng rộng rãi để đo cường độ dịch chuyển của các vật thể với sự chuyển đổi thành tín hiệu điện. Cảm biến chiết áp trong hầu hết các thiết kế là một bộ biến trở và một tiếp điểm trượt được kết nối với đối tượng, từ đó tín hiệu được loại bỏ. Tham số đầu ra là giá trị của điện trở, tùy thuộc vào chuyển động góc hoặc tuyến tính của phần tử di động.

Nguyên lý hoạt động

Chiết áp chuyển đổi các chuyển vị tuyến tính hoặc góc thành các giá trị điện áp, dòng điện hoặc điện trở thích hợp. Do đó, có thể làm việc với nhiều đại lượng không dùng điện: áp suất, mức độ, tốc độ dòng chảy, v.v.

Các cảm biến đo điện thế, nguyên tắc của nó là đo chuyển vị hoặc vị trí của vị trí, được kết nối bằng các tiếp điểm di động của chúng của điện trở thay đổi với các đối tượng. Nó có thể là van, ăng-ten, dụng cụ cắt và nhiều hơn nữa. Sau khi cung cấp năng lượng cho cảm biến, tín hiệu của vị trí của thanh trượt chiết được loại bỏ khỏi nó, như với một bộ chia điện áp.

Phương thức đăng ký cơ bản trong tất cả các mô hình vẫn giống nhau, nhưng có sự khác biệt về cấu trúc. Tín hiệu có thể được lấy trực tiếp hoặc sử dụng mạch điện tử sau khi xử lý và chuẩn hóa. Điều quan trọng là nó đáp ứng các tiêu chuẩn nhất định.

Ưu điểm của cảm biến chiết áp

• Đơn giản về thiết kế.
• Chi phí thấp.
• Độ phân giải tốt.
• Nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ.
• Sự ổn định của bài đọc.

Thiết kế

Cảm biến chuyển động dây điện thế là phổ biến trong công nghiệp. Chúng có độ chính xác và ổn định cao, có các giá trị nhỏ về nhiệt độ và khả năng chống chuyển tiếp và độ ồn thấp. Những nhược điểm bao gồm: một lượng nhỏ điện trở, độ phân giải thấp, hao mòn các bộ phận chuyển động và hạn chế sử dụng khi làm việc trên dòng điện xoay chiều.

Thiết bị bao gồm ba yếu tố chính:

1. Dây khung. Được làm bằng vật liệu cách điện dẫn nhiệt hoặc kim loại phủ điện môi, không thay đổi kích thước hình học khi được nung nóng. Hình dạng có thể ở dạng vòng, tấm cong, que.
2. Cách điện cuộn dây. Nó được thực hiện với việc đặt dây chính xác, trên bước mà độ phân giải của thiết bị phụ thuộc.
3. Bàn chải di chuyển. Ở những nơi tiếp xúc với cuộn dây, các vòng được làm sạch cách điện. Các tiếp xúc di chuyển trong các thiết bị có thể di chuyển dịch hoặc xoay. Trong trường hợp sau, các thiết bị có thể được thực hiện một lần hoặc nhiều lượt.

Vật liệu

Khung được làm bằng vật liệu điện môi: gốm sứ, getinaksa, textolite, nhựa. Áp dụng kim loại với một lớp phủ cách điện. Độ dẫn nhiệt cao của nó làm cho nó có thể loại bỏ nhiệt từ dây cảm biến.

Kim loại của cuộn dây có điện trở suất cao, chống ăn mòn, hiệu ứng nhiệt độ nhẹ, chống mài mòn và chống rách. Hợp kim Manganin, Constantan, niken-crôm đáp ứng các yêu cầu này. Quanh co cũng có thể là lamella hoặc phim.

Các tiếp điểm trượt làm giảm độ tin cậy của các cảm biến và làm phức tạp thiết kế. Nhược điểm của chiết áp dây:

• độ tin cậy thấp của các liên hệ;
• sự không ổn định của điện trở chuyển tiếp giữa động cơ và cuộn dây do quá trình oxy hóa và điện giật của dây;
• nảy của danh bạ.

Nhựa dẫn điện, cũng có tuyến tính tốt hơn, có một nguồn tài nguyên lớn.Các cảm biến dựa trên chúng được sử dụng khi cần độ tin cậy cao, đặc biệt là trong ngành hàng không.

Bàn chải tiếp xúc được làm với việc bổ sung các kim loại quý để chúng mềm hơn vật liệu của cuộn dây.

Đề án

Cảm biến loại đo điện thế có đặc tính tĩnh - điện áp đầu ra U_ra từ di chuyển tiếp xúc X. Mối quan hệ giữa các tham số này trong một chiết áp không tải thường là tuyến tính:

Bạn_ra = kX,

Trong đó L là chiều dài của cảm biến, k là độ nhạy (k = U_hố/ L).

Trong thực tế, cảm biến chiết áp chứa điện trở R_n trong liên kết tiếp theo của hệ thống điều khiển tự động, ảnh hưởng đến giá trị của U_ra

Độ tin cậy thấp của các cảm biến liên quan đến việc mất tiếp xúc, cuộn dây hở hoặc mạch đảo ngược, dẫn đến sự cần thiết phải thay đổi sơ đồ nối dây.

Nếu dấu hiệu của tín hiệu đầu ra không thay đổi, cảm biến được gọi là đơn cực. Nó là một thiết bị đơn giản như một điện trở thay đổi.

Một mạch cảm biến chiết áp loại kéo đẩy được sử dụng để điều khiển tự động, trong đó dấu hiệu của tín hiệu thay đổi ở đầu ra, tùy thuộc vào những gì ở đầu vào. Hướng chuyển động điều khiển của cơ thể làm việc phụ thuộc vào điều này.

Điện áp có thể được loại bỏ khỏi bàn chải và từ giữa chiết áp. Các sơ đồ nối dây khác cũng được sử dụng. Khi được cung cấp bởi dòng điện trực tiếp, khi tiếp điểm di động đi qua điểm giữa của nó, dấu hiệu ở đầu ra thay đổi ngược lại. Nếu điện áp xoay chiều được đặt vào cuộn dây, pha sẽ thay đổi 180⁰.

Trong tự động hóa, các đặc tính phi tuyến tính của các cảm biến được sử dụng. Đối với điều này, đường kính của dây dọc theo cuộn dây, bước thay đổi của cuộn dây, khung hình phức tạp được sử dụng, các phần của chiết áp có điện trở bị lệch.

Đặc điểm hiệu suất

Phản ứng nhàn rỗi của cảm biến là một đường thẳng (R / R_n = 0). Độ lệch của các đường cong từ nó tăng khi giảm điện trở tải R_n.

Ngoài điện trở hoạt động, cảm biến còn có tải trọng động:

1. Chức năng chuyển.
2. Thành phần cảm ứng.
3. Tiếng ồn riêng trong quá trình chuyển tiếp tiếp xúc chuyển từ cuộn sang cuộn và từ rung bàn chải.

Điện trở giữa tiếp xúc của động cơ và một trong những kết luận được gọi là đầu ra. Độ lớn, dòng điện hoặc điện áp của nó được đo.

Lỗi cảm biến

Các lỗi sau ảnh hưởng đến đặc điểm thực tế của cảm biến:

1. Vùng chết. Khi tiếp điểm truyền từ một vòng dây sang dây khác, xảy ra hiện tượng nhảy điện áp, giá trị của nó được xác định theo công thức: DU = U_hố/ W, trong đó W là số lượt.
2. Sự không đồng đều của đặc tính tĩnh liên quan đến sự dao động trong đường kính của dây dọc theo chiều dài, điện trở suất và độ chính xác của cuộn dây.
3. Sự hiện diện của trò chơi giữa động cơ tiếp xúc và tay áo, ảnh hưởng đến độ chính xác của bài đọc.
4. Áp lực bàn chải không đồng đều, ảnh hưởng đến giá trị của điện trở tiếp xúc. Thông thường, lực ép động cơ vào cuộn dây được sử dụng khá lớn. Tuy nhiên, điều này không phải lúc nào cũng có thể làm được, bởi vì lực từ các yếu tố nhạy cảm (màng, phao, tấm lưỡng kim) là nhỏ.
5. Ảnh hưởng của điện trở tải R_n. Giá trị của nó được chọn gấp 10 ... 100 lần so với điện trở của cảm biến.

Bổ nhiệm

Bộ truyền vị trí chiết áp được thiết kế cho các mục đích sau:

• kiểm soát và đo lường chuyển động của các cơ chế, cơ quan làm việc của máy móc và các đối tượng khác;
• liên kết phản hồi trong hệ thống robot và tự động hóa;
• xác định khoảng cách đến các đối tượng;
• thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, giám sát hoạt động của các cơ chế.

Các loại cảm biến

Việc sử dụng cảm biến chiết áp phụ thuộc vào loại:

1. T / TS là một công cụ có độ chính xác cao (0,075%) hoạt động trong phạm vi dịch chuyển dọc trục 150 mm. Thích hợp cho tốc độ ngoại vi lên đến 10 m / s. Thiết kế - đảm bảo sự chuyển động của thanh theo hai hướng theo nguyên tắc của một bộ chia điện áp.
2. TR / TRS - giống như cái trước, nhưng có lò xo hồi. Độ dịch chuyển đạt 100 mm. Chịu được tải trọng bên cao hơn ở đầu.
3. TE1 là một mô hình có chứa một mạch điện tử để chuẩn hóa tín hiệu với đầu ra analog.
4. TE1 với mùa xuân trở lại - sửa đổi để giải quyết một phạm vi rộng hơn của các nhiệm vụ. Cảm biến ổn định hơn với tải bên.
5. TEX là một cảm biến đo điện thế với đầu xoay và theo dõi chuyển động tuyến tính của các vật thể lên tới 300 mm. Các khớp xoay tạo điều kiện lắp đặt và đảm bảo tuổi thọ dài.
6. TEX với một thanh ổ đĩa ren. Nó làm cho nó có thể cứng nhắc sửa chữa một đối tượng.
7. TEX với lò xo hồi không yêu cầu gắn cứng đối tượng vào thanh.
8. TX2 với đầu xoay hoặc kẹp gắn. Chúng được sử dụng trong điều kiện hoạt động khắc nghiệt. Mức độ bảo vệ là IP 67, độ chính xác - 0,05%.

Việc sử dụng chiết áp trong cảm biến áp suất

Các thông số hoạt động của các thiết bị khác nhau được chuyển đổi thuận tiện thành tín hiệu điện. Một cảm biến áp suất chất lỏng hoặc khí áp suất được sử dụng trong các hệ thống cung cấp nhiên liệu trong xe hơi, khí đốt trên đường cao tốc, vv Thông thường đây là những thiết bị đo màng.

Dưới tác động của chênh lệch áp suất ở cả hai phía của màng, nó di chuyển. Đồng thời, thanh trượt cũng xoay. Nếu áp suất P₀ và P_và bằng nhau, động cơ đi đến vị trí bên trái ban đầu của nó, tại đó điện trở ban đầu của thiết bị được đặt. Khi p_và giảm, màng di chuyển sang phải và thanh trượt đặt bàn chải chiết áp đến vị trí tương ứng với độ sụt áp.

Để giảm sai số của sự thay đổi riêng biệt trong điện trở của chiết áp, số lần bật của nó được thực hiện ít nhất là 100. Nó có thể được loại bỏ hoàn toàn bằng cách di chuyển bàn chải dọc theo trục của dây rechord đã hiệu chuẩn.

Thiết kế cảm biến

Cảm biến dịch chuyển tuyến tính chiết áp bao gồm một khung điện môi có nhiều hình dạng khác nhau (tấm, hình trụ, vòng, v.v.), trên đó một dây cách điện được quấn, gắn vào kẹp và được bảo đảm bằng kẹp ở hai đầu. Một bàn chải kim loại di chuyển dọc theo cuộn dây. Đối với các cảm biến thuộc loại quay, các khung có dạng hình vòng, dọc - thẳng. Ở những nơi tiếp xúc với động cơ, không có cách điện trên dây.

Các thiết bị đầu cuối được cung cấp năng lượng. Tín hiệu đầu ra được lấy giữa một đầu của dây và tiếp điểm của bàn chải, mặc dù có các sơ đồ kết nối khác.

Mỗi cảm biến chiết áp tuyến tính có một đặc tính tĩnh dưới dạng phụ thuộc giá trị của tín hiệu đầu ra vào sự dịch chuyển của tiếp điểm cọ.

Kết luận

Cảm biến chiết áp phải đáng tin cậy, thuận tiện và bền khi được sử dụng trong công nghệ đo lường và trong các hệ thống điều khiển tự động. Các thiết bị để theo dõi vị trí của các đối tượng khác nhau về nguyên tắc hoạt động và trong các loại tín hiệu đầu ra, phải tuân thủ các tiêu chuẩn.