Sensore potenziometrico: descrizione, dispositivo e circuito

Nella tecnologia, gli strumenti sono ampiamente utilizzati per misurare l'entità degli spostamenti degli oggetti con la loro conversione in segnali elettrici. Il sensore potenziometrico nella maggior parte dei progetti è un reostato e un contatto scorrevole collegato all'oggetto, da cui viene rimosso il segnale. Il parametro di uscita è il valore della resistenza elettrica, a seconda del movimento angolare o lineare dell'elemento mobile.

Principio di funzionamento

Il potenziometro converte gli spostamenti lineari o angolari nei valori di tensione, corrente o resistenza appropriati. Per questo motivo, è possibile lavorare con molte quantità non elettriche: pressione, livello, portata, ecc.

I sensori potenziometrici, il cui principio è misurare lo spostamento o la posizione della posizione, sono collegati dai loro contatti mobili del resistore variabile agli oggetti. Può essere valvole, antenne, utensili da taglio e molto altro. Dopo aver alimentato il sensore, il segnale della posizione del motore del potenziometro viene rimosso da esso, come con un partitore di tensione.

Il metodo di registrazione di base in tutti i modelli rimane lo stesso, ma ci sono differenze strutturali. Il segnale può essere preso direttamente o usando un circuito elettronico dopo la sua elaborazione e normalizzazione. È importante che soddisfi determinati standard.

Vantaggi dei sensori potenziometrici

• Semplicità del design.
• Basso costo.
• Buona risoluzione
• Compatto e leggero.
• La stabilità delle letture.

disegno

I sensori di movimento a filo potenziometrico sono comuni nell'industria. Hanno un'alta precisione e stabilità, hanno piccoli valori di temperatura e resistenza alla transizione e un basso livello di rumore. Gli svantaggi includono: una piccola quantità di resistenza, bassa risoluzione, usura delle parti mobili e uso limitato quando si lavora su corrente alternata.

I dispositivi sono composti da tre elementi principali:

1. Frame. Realizzato in materiale isolante termoconduttore o metallo rivestito dielettrico, che non cambia dimensioni geometriche quando riscaldato. La forma può essere sotto forma di un anello, una piastra curva, un'asta.
2. Avvolgimento isolato. Viene eseguito con la posa esatta del filo, sul gradino da cui dipende la risoluzione del dispositivo.
3. Pennello mobile. Nei punti del suo contatto con l'avvolgimento, le spire vengono pulite dall'isolamento. Il contatto mobile nei dispositivi può spostarsi in modo traslazionale o rotazionale. In quest'ultimo caso, i dispositivi possono essere in esecuzione a giro singolo o multiplo.

materiale

Il telaio è realizzato in materiale dielettrico: ceramica, getinaksa, textolite, plastica. Applicare metallo con un rivestimento isolante. La sua elevata conduttività termica consente di rimuovere bene il calore dal filo del sensore.

Il metallo dell'avvolgimento ha un'elevata resistività elettrica, resistenza alla corrosione, un leggero effetto di temperatura, resistenza all'abrasione e allo strappo. Le leghe di manganina, costantana e nichel-cromo soddisfano questi requisiti. L'avvolgimento può anche essere lamella o film.

I contatti scorrevoli riducono l'affidabilità dei sensori e complicano il design. Svantaggi dei potenziometri a filo:

• bassa affidabilità dei contatti;
• instabilità della resistenza di transizione tra il motore e l'avvolgimento dovuta all'ossidazione e all'elettroerosione del filo;
• rimbalzo dei contatti.

Le materie plastiche conduttive, che hanno anche una migliore linearità, hanno una grande risorsa.I sensori basati su di essi vengono utilizzati laddove è richiesta un'elevata affidabilità, specialmente nel settore dell'aviazione.

Le spazzole a contatto sono realizzate con l'aggiunta di metalli nobili in modo che siano più morbide del materiale dell'avvolgimento.

schemi

I sensori di tipo potenziometrico hanno una caratteristica statica: tensione di uscita U_O dallo spostamento del contatto X. La relazione tra questi parametri in un potenziometro senza carico è generalmente lineare:

U_O = kX,

dove L è la lunghezza del sensore, k è la sensibilità (k = U_Pete/ L).

In realtà, il sensore potenziometrico contiene una resistenza di carico R_n nel prossimo collegamento del sistema di controllo automatico, che influenza il valore di U_O.

La scarsa affidabilità dei sensori associati alla perdita di contatto, avvolgimento a circuito aperto o circuito di interruzione, porta alla necessità di modificare lo schema elettrico.

Se il segno del segnale di uscita non cambia, il sensore si chiama unipolare. È un dispositivo semplice come un resistore variabile.

Un circuito sensore potenziometrico di tipo push-pull viene utilizzato per il controllo automatico, in cui il segno del segnale cambia in uscita, a seconda di ciò che è in ingresso. La direzione del movimento di controllo del corpo di lavoro dipende da questo.

La tensione può essere rimossa dalla spazzola e dal centro del potenziometro. Vengono utilizzati anche altri schemi elettrici. Quando è alimentato da corrente continua, quando il contatto mobile passa attraverso il suo punto medio, il segno sull'uscita cambia in senso opposto. Se la tensione CA viene applicata all'avvolgimento, la fase cambia di 180⁰.

Nell'automazione vengono utilizzate le caratteristiche non lineari dei sensori. Per questo, il diametro del filo lungo l'avvolgimento, il passo degli avvolgimenti cambia, vengono utilizzati telai di forma complessa, le sezioni dei potenziometri con resistenze vengono deviate.

Caratteristiche prestazionali

La risposta inattiva del sensore è una linea retta (R / R_n = 0). La deviazione delle curve da essa aumenta con la diminuzione della resistenza di carico R_n.

Oltre alla resistenza attiva, i sensori hanno anche carichi dinamici:

1. Funzione di trasferimento.
2. Componente induttiva.
3. Proprio rumore durante la transizione del contatto mobile dalla bobina alla bobina e dalle vibrazioni della spazzola.

La resistenza tra il contatto del motore e una delle conclusioni è chiamata uscita. Viene misurata la sua grandezza, corrente o tensione.

Errori del sensore

I seguenti errori influenzano le caratteristiche effettive dei sensori:

1. Zona morta. Quando il contatto passa da un giro del filo a un altro, si verifica un salto di tensione, il cui valore è determinato dalla formula: DU = U_fossa./ W, dove W è il numero di turni.
2. L'irregolarità della caratteristica statica associata alle fluttuazioni del diametro del filo lungo la lunghezza, la sua resistività e la precisione dell'avvolgimento.
3. La presenza di gioco tra il motore di contatto e il manicotto, che influenza l'accuratezza delle letture.
4. Pressione irregolare della spazzola, che influenza il valore della resistenza di contatto. Di solito, la forza di premere il motore sull'avvolgimento viene utilizzata abbastanza grande. Tuttavia, ciò non è sempre possibile, poiché la forza degli elementi sensibili (membrane, galleggianti, piastre bimetalliche) è ridotta.
5. L'effetto della resistenza di carico elettrico R_n. Il suo valore è scelto 10 ... 100 volte in più rispetto alla resistenza del sensore.

appuntamento

Il trasmettitore di posizione potenziometrico è progettato per i seguenti scopi:

• controllo e misurazione dei movimenti di meccanismi, corpi di lavoro di macchine e altri oggetti;
• link di feedback nei sistemi di robotica e automazione;
• determinazione delle distanze dagli oggetti;
• test in laboratorio, monitoraggio del funzionamento dei meccanismi.

Tipi di sensori

L'uso di un sensore potenziometrico dipende dal tipo:

1. T / TS è uno strumento di alta precisione (0,075%) che opera nella gamma di spostamenti assiali di 150 mm. Adatto a velocità periferiche fino a 10 m / s. Design: garantire il movimento dell'asta in due direzioni secondo il principio di un divisore di tensione.
2. TR / TRS: uguale al precedente, ma con molla di ritorno. Lo spostamento raggiunge i 100 mm. Resiste a carichi laterali più elevati in punta.
3. TE1 è un modello che contiene un circuito elettronico per normalizzare i segnali con un'uscita analogica.
4. TE1 con molla di richiamo - modifica per risolvere una gamma più ampia di compiti. Il sensore è più stabile con maggiori carichi laterali.
5. TEX è un sensore potenziometrico con testa orientabile e traccia movimenti lineari di oggetti fino a 300 mm. Il giunto girevole facilita l'installazione e garantisce una lunga durata.
6. TEX con asta filettata. Permette di fissare rigidamente un oggetto.
7. TEX con una molla di richiamo non richiede il fissaggio rigido dell'oggetto alla barra.
8. TX2 con testa orientabile o con morsetti di montaggio. Sono utilizzati in condizioni operative severe. Il livello di protezione è IP 67, precisione - 0,05%.

L'uso di potenziometri nei sensori di pressione

I parametri di funzionamento di vari dispositivi sono opportunamente convertiti in segnali elettrici. Un sensore di pressione del gas o del liquido potenziometrico viene utilizzato nei sistemi di alimentazione del carburante in auto, gas nelle autostrade, ecc. Solitamente si tratta di dispositivi di misurazione a membrana.

Sotto l'azione di un differenziale di pressione su entrambi i lati della membrana, si muove. In questo caso, anche il cursore ruota. Se la pressione P₀ e P_e sono uguali tra loro, il motore va nella posizione originale sinistra, in cui è impostata la resistenza iniziale del dispositivo. Quando p_e diminuisce, la membrana si sposta a destra e il cursore imposta la spazzola del potenziometro sulla posizione corrispondente alla caduta di pressione.

Per ridurre l'errore di una variazione discreta della resistenza del potenziometro, il numero di giri su di esso viene effettuato almeno 100. Può essere completamente eliminato spostando la spazzola lungo l'asse del filo di calibrazione calibrato.

Disegni del sensore

Il sensore di spostamento lineare potenziometrico è costituito da un telaio dielettrico di varie forme (piastre, cilindri, anelli, ecc.), Sul quale viene avvolto un filo isolato, fissato ai morsetti e fissato con morsetti alle estremità. Una spazzola di metallo si muove lungo l'avvolgimento. Per i sensori di tipo rotativo, i telai sono ad anello, longitudinali - diritti. Nei punti di contatto con il motore non è presente isolamento sul filo.

I terminali sono alimentati. Il segnale di uscita viene preso tra un'estremità del filo e il contatto della spazzola, sebbene esistano altri schemi di connessione.

Ogni sensore potenziometrico lineare ha una caratteristica statica sotto forma di dipendenza del valore del segnale di uscita dallo spostamento del contatto della spazzola.

conclusione

Il sensore potenziometrico deve essere affidabile, conveniente e durevole quando utilizzato nella tecnologia di misurazione e nei sistemi di controllo automatico. I dispositivi per il monitoraggio della posizione degli oggetti differiscono nel principio di funzionamento e nei tipi di segnali di uscita, che devono essere conformi agli standard.