Potenciometriskie sensori

Potenciometra sensors ir mainīgs rezistors, kuram tiek pielikts barošanas spriegums, tā ieejas vērtība ir strāvu savācošā kontakta lineārā vai leņķiskā nobīde, un izejas vērtība ir šī kontakta uzņemtais spriegums, kura lielums mainās atkarībā no tā atrašanās vietas. izmaiņas.

Potenciometriskie sensori ir paredzēti, lai pārveidotu lineāras vai leņķiskās nobīdes elektriskajā signālā, kā arī lai reproducētu vienkāršākās funkcionālās atkarības nepārtraukta tipa automātiskajās un automātiskajās ierīcēs.

Potenciometriskā sensora savienojuma shēma

Pēc pretestības potenciometriskie sensori tiek sadalīti

• lameles ar pastāvīgu pretestību;

• stieples spole ar nepārtrauktu tinumu;

• ar pretestības slāni.

Lamelāri potenciometriskie sensori tika izmantoti, lai veiktu salīdzinoši rupjus mērījumus noteiktu konstrukcijas trūkumu dēļ.

Šādos sensoros pie lamellām tiek pielodēti pastāvīgi rezistori, kas nomināli izvēlēti īpašā veidā.

Lamele ir struktūra ar mainīgiem vadošiem un nevadošiem elementiem, uz kuriem slīd kolektora kontakts.Pārvietojot strāvas kolektoru no viena vadoša elementa uz otru, ar to savienoto rezistoru kopējā pretestība mainās par summu, kas atbilst vienas pretestības nominālvērtībai. Izmaiņas pretestībā var notikt plašā diapazonā. Mērījumu kļūdu nosaka kontaktu paliktņu izmērs.

Lamelārais potenciometra sensors

Stiepļu potenciometra sensori ir paredzēti precīzākiem mērījumiem. Parasti to konstrukcijas ir no getinaksa, tekstolīta vai keramikas izgatavots rāmis, uz kura vienā slānī uztīts tievs vads, pagrieziens, uz kura notīrītās virsmas slīd strāvas savācējs.

Vada diametrs nosaka precizitātes klase potenciometra sensors (augstākais ir 0,03-0,1 mm, zemais ir 0,1-0,4 mm). Stiepļu materiāli: manganīns, fekrāls, sakausējumi uz cēlmetālu bāzes. Slīdošais gredzens ir izgatavots no mīkstāka materiāla, lai novērstu stieples berzi.

Potenciometra sensoru priekšrocības:

• dizaina vienkāršība;

• mazs izmērs un svars;

• augsta statisko raksturlielumu linearitātes pakāpe;

• raksturlielumu stabilitāte;

• iespēja darboties ar maiņstrāvu un līdzstrāvu.

Potenciometra sensoru trūkumi:

• slīdoša kontakta klātbūtne, kas var izraisīt bojājumus kontakta pēdas oksidēšanās, pagriezienu berzes vai slīdņa saliekšanas dēļ;

• kļūda darbībā slodzes dēļ;

• salīdzinoši mazs konversijas koeficients;

• augsts jutības slieksnis;

• trokšņa klātbūtne;

• uzņēmība pret elektrisko eroziju impulsu izlādes ietekmē.

Potenciometrisko sensoru statiskais raksturlielums

Neatgriezeniska potenciometriskā sensora statiskais raksturlielums

Apskatīsim kā piemēru potenciometra sensoru ar nepārtrauktu spoli. Uz potenciometra spailēm tiek pielikts maiņstrāvas vai līdzstrāvas spriegums U. Ieejas vērtība ir pārvietojums X, izejas vērtība ir spriegums Uout. Dīkstāves režīmā sensora statiskais raksturlielums ir lineārs, jo attiecība ir patiesa: Uout = (U / R) r,

kur R ir spoles pretestība; r ir spoles daļas pretestība.

Ņemot vērā, ka r / R = x / l, kur l ir spoles kopējais garums, mēs iegūstam Uout = (U / l) x = Kx [V / m],

kur K ir sensora konversijas (pārraides) koeficients.

Acīmredzot šāds sensors nereaģēs uz ieejas signāla zīmes izmaiņām (sensors ir neatgriezenisks). Ir shēmas, kas ir jutīgas pret parakstu izmaiņām. Šāda sensora statiskajam raksturlielumam ir tāda forma, kā parādīts attēlā.

Potenciometra sensora atgriezeniskā ķēde

Reversīva potenciometriskā sensora statiskais raksturlielums

Iegūtie ideālie raksturlielumi var ievērojami atšķirties no reālajiem dažādu veidu kļūdu klātbūtnes dēļ:

1. Mirusī zona.

Izejas spriegums diskrēti mainās no pagrieziena līdz pagriezienam, t.i. šī zona rodas, ja nelielai ievades vērtībai Uout nemainās.

Sprieguma lēciena lielumu nosaka pēc formulas: DU = U / W, kur W ir pagriezienu skaits.

Jutības slieksni nosaka spoles stieples diametrs: Dx = l / W.

Potenciometriskais sensors mirušajai joslai

2. Statisko raksturlielumu nevienmērība stieples diametra, pretestības un tinuma soļa mainīguma dēļ.

3. Kļūda no atstarpes, kas radās starp motora griešanās asi un virzošo uzmavu (lai samazinātu kompresijas atsperes).

4.Kļūda berzes dēļ.

Pie mazām elementa jaudām, kas darbina potenciometra sensora suku, berzes dēļ var rasties stagnācijas zona.

Birstes spiediens ir rūpīgi jānoregulē.

5. Kļūda slodzes ietekmes dēļ.

Atkarībā no slodzes veida rodas kļūda gan statiskā, gan dinamiskā režīmā. Ar aktīvu slodzi mainās statiskais raksturlielums. Izejas sprieguma vērtība tiks noteikta saskaņā ar izteiksmi: Uout = (UrRn) / (RRn + Rr-r2)

Šie. Uout = f (r) ir atkarīgs no Rn. Ar Rn >> R var parādīt, ka Uout = (U / R) r;

kad Rn ir aptuveni vienāds ar R, atkarība ir nelineāra un sensora maksimālā kļūda būs tad, kad slīdnis novirzīsies no (2/3))l. Parasti izvēlas Rн / R = 10 … 100. Kļūdas lielumu pie x = (2/3) l var noteikt pēc izteiksmes: E = 4/27η, kur η= Rн / R — slodzes koeficients.

Potenciometriskais sensors zem slodzes

a — potenciometriskā sensora ekvivalenta ķēde ar slodzi, b — slodzes ietekme uz potenciometriskā sensora statisko raksturlielumu.

Potenciometrisko sensoru dinamiskie raksturlielumi

Pārraides funkcija

Lai iegūtu pārsūtīšanas funkciju, ir ērtāk izmantot slodzes strāvu kā izejas vērtību; to var noteikt, izmantojot ekvivalento ģeneratora teorēmu. B = Uout0 / (Rvn + Zn)

Apsveriet divus gadījumus:

1. Slodze ir tīri aktīva Zn = Rn, jo Uout0 = K1x In = K1x / (Rin + Rn)

kur K1 ir sensora tukšgaitas ātrums.

Lietojot Laplasa transformāciju, iegūstam pārneses funkciju W (p) = In (p) / X (p) = K1 / (Rin + Rn) = K

Tādā veidā mēs ieguvām bezinerces savienojumu, kas nozīmē, ka sensoram ir visi šim savienojumam atbilstošie frekvences un laika raksturlielumi.

Līdzvērtīga ķēde

2. Induktīvā slodze ar aktīvo komponentu.

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

Izmantojot Laplasa transformāciju, mēs iegūstam Uoutx (p) = In (p) [(Rvn + pL) + Rn]

Izmantojot pārveidojumus, var iegūt pārsūtīšanas funkciju formā W (p) = K / (Tp + 1) — 1. kārtas aperiodisku savienojumu,

kur K = K1 / (Rvn + Rn)

T = L / (Rvn + Rn);

Potenciometra sensora iekšējais troksnis

Kā parādīts attēlā, birstei pārvietojoties no pagrieziena uz pagriezienu, izejas spriegums strauji mainās. Kļūda, ko rada pakāpšanās, izpaužas kā zāģa zoba spriegums, kas uzlikts pārvades funkcijas izejas spriegumam, t.i. ir troksnis. Ja birste vibrē, kustība rada arī troksni (traucējumus). Vibrācijas trokšņa frekvenču spektrs ir audio frekvenču diapazonā.

Lai novērstu vibrācijas, pantogrāfi ir izgatavoti no vairākiem dažāda garuma vadiem, kas salocīti kopā. Tad katra vada dabiskā frekvence būs atšķirīga, tas novērš tehniskās rezonanses parādīšanos. Siltuma trokšņa līmenis ir zems, tie tiek ņemti vērā īpaši jutīgās sistēmās.

Funkcionāli potenciometriskie sensori

Jāpiebilst, ka automatizācijā nelineāru atkarību iegūšanai bieži tiek izmantotas funkcionālās pārsūtīšanas funkcijas, kas tiek konstruētas trīs veidos:

• mainot stieples diametru gar spoli;

• spoles soļa maiņa;

• rāmja izmantošana ar noteiktu konfigurāciju;

• manevrējot lineāro potenciometru sekcijas ar dažāda izmēra pretestībām.

Piemēram, lai iegūtu kvadrātisko atkarību pēc trešās metodes, ir jāmaina rāmja platums lineāri, kā parādīts attēlā.

Funkcionāls potenciometra sensors

Daudzpagriezienu potenciometrs

Tradicionālajiem potenciometra sensoriem ir ierobežots darbības diapazons. Tās vērtību nosaka rāmja ģeometriskie izmēri un spoles apgriezienu skaits. Tie nevar pieaugt bezgalīgi. Tāpēc pielietojumu ir atraduši daudzpagriezienu potenciometra sensori, kur pretestības elements ir savīts spirālveida līnijā ar vairākiem apgriezieniem, to ass ir jāpagriež vairākas reizes, lai motors pārvietotos no viena spoles gala uz otru, t.i. šādu sensoru elektriskais diapazons ir reizināts ar 3600.

Daudzpagriezienu potenciometru galvenā priekšrocība ir to augstā izšķirtspēja un precizitāte, kas tiek panākta, pateicoties lielajam pretestības elementa garumam ar maziem gabarītiem.

Fotopotenciometri

Fotopotenciometrs — ir parastā potenciometra bezkontakta analogs ar pretestības slāni, mehāniskais kontakts tajā tiek aizstāts ar fotovadošu, kas, protams, palielina uzticamību un kalpošanas laiku. Signālu no fotopotenciometra kontrolē gaismas zonde, kas darbojas kā slīdnis. To veido īpaša optiskā ierīce, un to var pārvietot ārējas mehāniskas darbības rezultātā gar fotovadošo slāni. Vietā, kur tiek eksponēts fotoslānis, rodas pārmērīga (salīdzinot ar tumšo) fotovadītspēja un tiek izveidots elektrisks kontakts.

Fotopotenciometri pēc mērķa ir sadalīti lineārajos un funkcionālajos.

Funkcionālie fotopotenciometri ļauj gaismas avota telpisko kustību pārveidot par elektrisko signālu ar noteiktu funkcionālo formu profilētā pretestības slāņa dēļ (hiperbolisks, eksponenciāls, logaritmisks).