Потенциометрични сензори

Потенциометрично сензор е променлив резистор, за които се захранващо напрежение, неговото въвеждане стойност е линейна или ъглово преместване на контакта на колектор, и стойността на продукцията, - напрежение, взета от този контакт, различни по величина при смяна на позицията си.

Потенциометрични сензори са предназначени да трансформират линейно или ъглово движение в електронен сигнал за възпроизвеждане като обикновени многофункционални зависимости в автоматичен и непрекъснат вида на автоматични устройства.

Чрез метода за извършване на съпротивление потенциометричните сензори се разделят на

• Ламел с постоянна устойчивост -

• проводник с непрекъсната намотка-

• с резистивен слой.

Ламеларните потенциометрични сензори са използвани за провеждане на относително груби измервания, дължащи се на определени недостатъци в дизайна.

При такива сензори, непроменените резистори, приспособени към номиналната стойност по специален начин, се залепват към ламелите.

Ламелата е конструкция с променлив проводящ и непроводящ елемент, по който колекторът на тока се плъзга. Когато колекторът на тока се придвижи от първия проводник към другия, общото съпротивление на свързаните към него резистори се променя със стойността, съответстваща на номиналната стойност на 1-вото съпротивление. Промяната в съпротивлението може да се появи в широки граници. Грешката при измерването се определя от размера на контактните тампони.

Ламеларен потенциометричен датчик

Потенциометричните сензори за проводници са предназначени за по-прецизни измервания. Обикновено тяхното проектиране представлява рамка от Micarta, или керамичен PCB, на която един слой, завъртете, за да включите тясна рана проводник по полираната повърхност на настоящите колекционерски слайдовете.

Диаметърът на проводника определя класа на точност на сензора на потенциометъра (висок 0.03-0.1 mm, малък 0.1-0.4 mm). Материали за тел: манган, фехрал, сплави на основата на великолепни метали. Токовият колектор е изработен от по-мек материал, за да се елиминира триенето на жицата.

Предимства на потенциометричните датчици:

• простотата на дизайна -

• малък размер и тегло-

• Най-висока степен на линейност на статичните характеристики -

• стабилност на дявола-

• възможността за работа на променлив и непроменлив ток.

Дефекти на потенциометричните сензори:

• Наличието на плъзгащ контакт, който може да се превърне в предпоставка за неуспехи, дължащи се на окисляване на контактния път, триене на завоите или огъване на плъзгача,

• грешка в работата поради натоварване,

• относително малък фактор на конверсия -

• най-високият праг на чувствителността -

• наличието на шум-

• чувствителност на електроерозия при въздействието на импулсни заряди.

Статична характеристика на потенциометричните сензори

Статична характеристика на сензора за потенциометър, който не е обратим

Да разгледаме примера на потенциометричен датчик с непрекъсната намотка. На изхода на потенциометъра се прилага променливо или постоянно напрежение U. Входната стойност е изместването X, а изходът е напрежението Uout. За режима на празен ход статичната характеристика на сензора е линейна. се прилага следната зависимост: Uout = (U / R) r,

където R е съпротивлението на намотката, r е съпротивлението на намотката.

Като се има предвид, че R / R = X / L, където L - дължина на намотката, ние получаваме Vout = (U / L) х = Kx [V / M],

където K е коефициентът на трансформация (трансфер) на сензора.

Разбира се, че такъв датчик няма да реагира на промяна в знака на входния сигнал (сензорът не е обратим). Има схеми, които са чувствителни към промяната на знака. Статичната характеристика на такъв датчик има формата, показана на фигурата.

Обратима потенциометрична верига на датчика

Статична характеристика на сензора за обратими потенциометри

Придобитите безупречни свойства могат значително да се различават от реалните поради наличието на различни видове грешки:

1. Мъртва зона.

Изходното напрежение варира дискретно от завой до завой, т.е. Тази зона се появява, когато с малка входна стойност Uout не се променя.

Скоростта на скока на напрежението се определя от формулата: DU = U / W, където W е броят на завоите.

Прагът на чувствителност се определя от диаметъра на намотката: Dx = l / W.

Потенциометричен датчик мъртва лента

2. Неравностите на статичното свойство поради несъответствието на диаметъра на жицата, съпротивлението и терена на намотката.

3. Точност на свободно движение, която възниква между оста на въртене на двигателя и направляващата втулка (за да се намали използването на затягащи пружини).

4. Грешка при триене.

При ниски мощности на елемента на потенциометричния сензор, който задвижва четката, зоната на стагнация може да се появи поради триене.

Необходимо е внимателно да регулирате натиска на четката.

5. Грешка от въздействието на товара.

В зависимост от естеството на грешката при натоварване се показва както в статичен, така и в динамичен режим. При активно натоварване статичната лента се променя. Изходното напрежение се определя в съответствие с израза: Uout = (UrRn) / (RRn + Rr-r2)

Т.е. Uout = f (r) зависи от Rn. За Rn>R може да се покаже, че Uout = (U / R) r-

когато Rn е приблизително равна на R, зависимостта е нелинейна и най-голямата грешка на сензора ще бъде когато двигателят се отклонява с (2/3) l. Обикновено изберете Rn / R = 10 ... 100. Мащабът на грешката при х = (2/3) l може да бъде определен от израза: E = 4 / 27η, където η = Rн / R е коефициентът на натоварване.

Потенциометричен сензор под товар

Динамични свойства на потенциометричните сензори

Функция за прехвърляне

За да се извлече трансферната функция, е по-удобно да се вземе текущия товар за изходната стойност, тя може да се намери с помощта на аксиома за еквивалентен генератор. Ин = Uout0 / (Rvn + Zn)

Нека да разгледаме две възможности:

1. Заредете чисто активния Zn = Rn, защото Uout0 = K1xIn = K1x / (Rvn + Rn)

където K1 е коефициентът на предаване на сензора при празен ход.

Прилагайки трансформацията на Laplace, получаваме трансферната функция W (p) = In (p) / X (p) = K1 / (Rin + Rn)

По този начин получихме връзка без инерция и сензорът има всички честотни и времеви свойства, които съответстват на тази връзка.

Схема за замяна

2. Индуктивно натоварване с активен компонент.

U = RvnIn + L (dIn / dt) + RnIn

Прилагайки Laplace трансформацията, получаваме Uout x (p) = ln (p) [(Rin + pL) + Rn]

Чрез метода на трансформация може да се стигне до трансферна функция на формата W (p) = K / (Tp + 1) - апериодична връзка от първи ред,

където К = К1 / (Rin + RH)

Т = L / (Rin + RH) -

Вътрешният шум на сензора на потенциометъра

Както бе показано, когато четката се движи от завой към завой, изходното напрежение се променя рязко. Грешката, създадена от стъпката подобна стъпка, има формата на напречно зъбно ребро, наложено върху изходното напрежение на функцията за прехвърляне, е шум. Ако има вибрация на четката по време на движение, генерира се и шум (смущения). Честотният обхват на шума от вибрации е в областта на звуковите честоти.

За да се елиминират вибрациите, токовите колектори са направени от няколко проводника с различни дължини, комбинирани заедно. Тогава естествената честота на всяка жица ще бъде различна, това предотвратява възникването на технически резонанс. Нивото на топлинния шум е ниско, те се вземат предвид при особено чувствителни системи.

Многофункционални потенциометри

Струва си да се отбележи, че в автоматиката многофункционалните функции за прехвърляне често се използват за получаване на нелинейни зависимости. Тяхното изграждане се осъществява по 3 начина:

• конфигурацията на диаметъра на жицата по протежение на намотката,

• стъпката на намотката -

• Използването на рамка от определена конфигурация -

• чрез маневриране на секции от линейни потенциометри с резистентност на различни размери.

Например, за да се получи квадратична зависимост от третия метод, е необходимо ширината на скелета да се променя линейно, както е показано на фигурата.

Многофункционален потенциометър

Многопореден потенциометър

Обикновените потенциометрични датчици имат ограничен обхват на действие. Стойността му се определя от геометричните размери на рамката и броя на завъртанията на намотката. Те не могат да бъдат изградени без ограничения. Тъй намерени потенциометъра използване многооборотен сензори, в които съпротивителен елемент за спирална образувания ленти с няколко навивки, тяхната ос трябва да се обърне няколко пъти, така че 1 на двигателя е изместен от втория крайни намотки към друг, т.е. електронният спектър на тези датчици е кратно на 3600.

Основното предимство на многопосочните потенциометри е най-високата мощност и точност на разделителната способност, която се постига благодарение на дългата дължина на резистивния елемент при малки общи размери.

Fotopotentsiometry

Fotopotentsiometr - представлява безконтактно обикновен аналогов потенциометър с резистивен слой, механичен контакт от него заменя светлочувствителен, което естествено увеличава надеждността и експлоатационен срок. Сигналът от фотопотентометъра се управлява от светлинна сонда, която действа като плъзгач. Тя е оформена от специално оптично устройство и може да бъде изместена в резултат на външно механично действие по протежение на фотопроводимия слой. На мястото на експониране на фотословия се появява ненужно сравнение с тъмната фотопроводимост и се създава електронен контакт.

Фотопотентиометрите са разделени според предназначението им в линейни и многофункционални.

Многофункционални fotopotentsiometry позволи пространствено изместване на светлинния източник за превръщане на електронен сигнал на многофункционални видове поради форма съпротивителен слой (хиперболичен, експоненциална, логаритмична).