Potenciometrikus érzékelő: leírás, eszköz és áramkör

A technológiában a műszereket széles körben használják a tárgyak elmozdulásának nagyságának mérésére azáltal, hogy elektromos jellé alakítják őket. A potenciometrikus érzékelő a legtöbb kivitelben az objektumhoz csatlakoztatott reostata és csúszó érintkező, amelyről a jelet eltávolítják. A kimeneti paraméter az elektromos ellenállás értéke, a mozgatható elem szög- vagy lineáris mozgásától függően.

A működés elve

A potenciométer lineáris vagy szögeltolódásokat konvertál a megfelelő feszültség, áram vagy ellenállás értékekre. Ennek köszönhetően számos nem elektromos mennyiséggel dolgozhat: nyomás, szint, áramlási sebesség stb.

A potenciometrikus érzékelőket, amelyek elve a helyzet elmozdulásának vagy helyzetének mérése szolgálja, a változó ellenállás mozgatható érintkezői az objektumokhoz kapcsolódnak. Lehetnek szelepek, antennák, vágószerszámok és még sok más. Miután táplálták az érzékelőt, a potenciométer csúszka helyzetének jelét eltávolítják tőle, mint a feszültségosztóval.

Az alapvető regisztrációs módszer minden modellben változatlan marad, de vannak strukturális különbségek. A jel közvetlenül vagy elektronikus áramkör segítségével vehető fel, a feldolgozás és a normalizálás után. Fontos, hogy megfelel bizonyos előírásoknak.

A potenciometrikus érzékelők előnyei

• A formatervezés egyszerűsége.
• Olcsó.
• Jó felbontás.
• Kompakt és könnyű.
• A leolvasások stabilitása.

tervezés

A potenciometrikus huzalmozgás-érzékelők az iparban gyakoriak. Nagy pontossággal és stabilitással rendelkeznek, kis hőmérsékleti és átmeneti ellenállási értékekkel és alacsony zajszinttel rendelkeznek. A hátrányok között szerepel: kis ellenállás, alacsony felbontás, a mozgó alkatrészek kopása és korlátozott használata váltakozó árammal történő munkavégzésnél.

Az eszközök három fő elemből állnak:

1. Frame. Hővezető szigetelő anyagból vagy dielektromos bevonatú fémből készül, amely hevítéskor nem változtatja meg a geometriai méreteit. Az alak gyűrű, ívelt lemez vagy rúd formájában lehet.
2. Szigetelt tekercs. Ezt a huzal pontos lerakásával hajtják végre, amelynek lépésén az eszköz felbontása függ.
3. Mozgatható kefe. A tekercsekkel való érintkezés helyein a fordulók megtisztulnak a szigeteléstől. Az eszközök mozgatható érintkezője fordítva vagy forgathatóan mozoghat. Az utóbbi esetben az eszközök egy vagy több fordulóban is végrehajthatók.

anyagok

A keret dielektromos anyagból készül: kerámia, getinaksa, textolit, műanyag. Fémet hordjon fel szigetelő bevonattal. Magas hővezető képessége lehetővé teszi a hő eltávolítását az érzékelő huzaljáról.

A tekercs fémének nagy elektromos ellenállása, korrózióállósága, enyhe hőmérsékleti hatása, kopása és szakadása van. A manganin, a konstanz, a nikkel-króm ötvözetek megfelelnek ezeknek a követelményeknek. A tekercselés lehet lamellás vagy film.

A csúszó érintkezők csökkentik az érzékelők megbízhatóságát és bonyolítják a tervezést. A huzal-potenciométerek hátrányai:

• az érintkezők alacsony megbízhatósága;
• a motor és a tekercs közötti átmeneti ellenállás instabilitása a huzal oxidációja és elektroeroszionja miatt;
• a kapcsolatok visszapattanása.

A vezetőképes műanyagok, amelyek szintén jobb linearitással rendelkeznek, nagy erőforrással bírnak.Az azokon alapuló érzékelőket akkor kell használni, ahol nagy megbízhatóság szükséges, különösen a repülés területén.

A kontaktkefék nemesfémek hozzáadásával készülnek, hogy azok lágyabbak legyenek, mint a tekercs anyaga.

rendszerek

A potenciometrikus érzékelők statikus jellemzőjével - U kimeneti feszültséggel - rendelkeznek_O Ezeknek a paramétereknek a viszonya egy terheletlen potenciométerben általában lineáris:

U_O = kX,

ahol L az érzékelő hossza, k az érzékenység (k = U_Pete/ L).

A valóságban a potenciometrikus érzékelő R terhelési ellenállást tartalmaz_n az automatikus vezérlőrendszer következő linkjén, amely befolyásolja az U értéket_O.

Az érzékelők alacsony megbízhatósága, amely az érintkezés, a nyitott áramkör tekercselésének vagy az áramköri áramkörnek az elvesztésével jár, szükségessé teszi a kapcsolási rajz megváltoztatását.

Ha a kimeneti jel jele nem változik, akkor az érzékelőt unipolárisnak hívják. Ez egy egyszerű eszköz, mint egy változó ellenállás.

Az automatikus vezérléshez egy push-pull típusú potenciometrikus érzékelő áramkört használnak, ahol a jel jele a kimeneten változik, attól függően, hogy mi van a bemeneten. A munkatest vezérlő mozgásának iránya ettől függ.

A feszültség eltávolítható a keféből és a potenciométer közepéből. Más kapcsolási rajzokat is használnak. Egyenáramú tápellátás esetén, amikor a mozgatható érintkező áthalad a középpontján, a kimeneten lévő jel ellenkező irányba változik. Ha váltakozó áramú feszültséget alkalmaznak a tekercsre, a fázis 180-kal megváltozik⁰.

Az automatizálás során az érzékelők nemlineáris jellemzőit használják. Ehhez a huzal átmérője a tekercs mentén, a tekercs lépése megváltozik, komplex alakú keretek kerülnek felhasználásra, az ellenállású potenciométerek szakaszai el vannak húzva.

Teljesítményjellemzők

Az érzékelő alapjárati vonala egyenes (R / R_n = 0). A görbék attól való eltérése növekszik az R terhelési ellenállás csökkenésével_n.

Az aktív ellenálláson kívül az érzékelőknek dinamikus terhelése is van:

1. Átviteli funkció.
2. Induktív elem.
3. Saját zaj a mozgó érintkező tekercsről tekercsre való áttérésekor és a kefe rezgései közben.

A motor érintkezése és az egyik következtetés közötti ellenállást kimenetnek nevezzük. Megmérik annak nagyságát, áramát vagy feszültségét.

Érzékelő hibák

A következő hibák befolyásolják az érzékelők tényleges tulajdonságait:

1. Holt zóna. Amikor az érintkező áthalad a huzal egyik fordulatról a másikra, feszültség ugrik, amelynek értékét a következő képlet határozza meg: DU = U_gödör./ W, ahol W a fordulók száma.
2. A huzal átmérőjének ingadozásához kapcsolódó statikus jellemző egyenetlensége a hossz mentén, ellenállása és a tekercs pontossága.
3. Az érintkezőmotor és a hüvely közötti játékmennyiség, amely befolyásolja a leolvasás pontosságát.
4. Egyenetlen kefenyomás, amely befolyásolja az érintkezési ellenállás értékét. Általában a motornak a tekercseléshez történő nyomásának erősségét elég nagy mértékben alkalmazzák. Ezt azonban nem mindig lehet megtenni, mert az érzékeny elemek (membránok, úszók, bimetállemezek) által kifejtett erő kicsi.
5. Az elektromos terhelési ellenállás hatása R_n. Ennek értékét 10 ... 100-szor meghaladja az érzékelő ellenállása.

kinevezés

A potenciometrikus helyzet-távadót a következő célokra tervezték:

• mechanizmusok, gépek munkatesteinek és más tárgyak mozgásának ellenőrzése és mérése;
• visszacsatolási kapcsolat a robotikában és az automatizálási rendszerekben;
• tárgyak közötti távolság meghatározása;
• laboratóriumi tesztek, a mechanizmusok működésének ellenőrzése.

Érzékelő típusok

A potenciometrikus érzékelő használata típusától függ:

1. A T / TS egy nagy pontosságú műszer (0,075%), amely 150 mm tengelyirányú elmozdulások tartományában működik. Alkalmas perifériás sebességig 10 m / s-ig. Tervezés - a rúd két irányban történő mozgásának biztosítása a feszültség-elosztó elve szerint.
2. TR / TRS - ugyanaz, mint az előző, de visszatérő rugóval. Elmozdulása eléri a 100 mm-t. A hegynél nagyobb oldalsó terhelést képes ellenállni.
3. A TE1 olyan modell, amely elektronikus áramkört tartalmaz a jelek analóg kimenettel történő normalizálására.
4. TE1 visszatérő rugóval - módosítás a feladatok szélesebb körének megoldására. Az érzékelő stabilabb a megnövekedett oldalterheléseknél.
5. A TEX egy potenciometrikus érzékelő forgófejjel és 300 mm-ig terjedő tárgyak lineáris mozgásának követésére. A forgócsukló megkönnyíti a felszerelést és hosszú élettartamot biztosít.
6. TEX menetes hajtórúddal. Ez lehetővé teszi egy tárgy merev rögzítését.
7. A visszatérő rugóval rendelkező TEX nem igényli a tárgy merev rögzítését a rudazathoz.
8. TX2 forgófejjel vagy rögzítőbilincsekkel. Súlyos üzemi körülmények között használják. A védelem szintje IP 67, pontosság - 0,05%.

Potenciométerek használata nyomásérzékelőkben

A különféle eszközök működési paramétereit kényelmesen elektromos jelekké konvertálják. Egy potenciometrikus folyadék- vagy gáznyomás-érzékelőt használnak az autók üzemanyag-ellátó rendszereiben, az autópályákban stb. Általában ezek membránmérő eszközök.

A membrán mindkét oldalán lévő nyomáskülönbség hatására mozog. Ugyanakkor a csúszka is forog. Ha a P₀ és P_és Ha a motor megegyezik egymással, akkor a motor az eredeti bal helyzetébe megy, ahol a készülék kezdeti ellenállása beállítva. Amikor p_és csökken, a membrán jobbra mozog, és a csúszka a potenciométer kefét a nyomásesésnek megfelelő helyzetbe állítja.

A potenciométer ellenállásának diszkrét változásának hibájának csökkentése érdekében a bekapcsolás számát legalább 100-ra kell tenni. Ez teljes mértékben kiküszöbölhető azáltal, hogy a kefét a kalibrált rekorda huzal tengelye mentén mozgatja.

Szenzor tervek

A potenciometrikus lineáris elmozdulás-érzékelő különféle alakú dielektromos keretről (lemezek, hengerek, gyűrűk stb.) Áll, amelyeken egy szigetelt huzal van feltekerve, a bilincsekhez rögzítve és a végükön szorítókkal rögzítve. Egy fémkefe mozog a tekercs mentén. Forgó típusú érzékelőknél a keretek gyűrű alakúak, hosszanti - egyenesek. A motorral való érintkezés helyein a huzal nincs szigetelve.

A sorkapcsok tápellátással vannak ellátva. A kimeneti jelet a huzal egyik vége és a kefe érintkezője veszi, bár vannak más csatlakoztatási sémák.

Mindegyik lineáris potenciometrikus érzékelőnek van egy statikus jellemzője, amely a kimeneti jel értékétől függ a kefe érintkezőjének elmozdulásától.

következtetés

A potenciometrikus érzékelőnek megbízhatónak, kényelmesnek és tartósnak kell lennie, ha azt mérési technológiában és automatikus vezérlőrendszerekben használják. Az objektumok helyzetének megfigyelésére szolgáló készülékek működési elvükben és a kimeneti jelek típusában különböznek, amelyeknek meg kell felelniük a szabványoknak.