Potentiometrische sensor: beschrijving, apparaat en circuit

In de technologie worden instrumenten op grote schaal gebruikt om de grootte van verplaatsingen van objecten te meten met hun omzetting in elektrische signalen. De potentiometrische sensor in de meeste ontwerpen is een reostaat en een glijdend contact verbonden met het object, waaruit het signaal wordt verwijderd. De uitvoerparameter is de waarde van de elektrische weerstand, afhankelijk van de hoek- of lineaire beweging van het beweegbare element.

Werkingsprincipe

De potentiometer zet lineaire of hoekverplaatsingen om in de juiste spanning, stroom of weerstandswaarden. Hierdoor is het mogelijk om met veel niet-elektrische grootheden te werken: druk, niveau, debiet, etc.

Potentiometrische sensoren, waarvan het principe is om de verplaatsing of locatie van de positie te meten, zijn door hun beweegbare contacten van de variabele weerstand verbonden met objecten. Het kunnen kleppen, antennes, snijgereedschappen en nog veel meer zijn. Nadat de sensor van stroom is voorzien, wordt het signaal van de positie van de potentiometer-motor verwijderd, net als bij een spanningsdeler.

De basisregistratiemethode in alle modellen blijft hetzelfde, maar er zijn structurele verschillen. Het signaal kan direct worden opgenomen of met behulp van een elektronisch circuit na de verwerking en normalisatie. Het is belangrijk dat het aan bepaalde normen voldoet.

Voordelen van potentiometrische sensoren

• Eenvoud van ontwerp.
• Lage kosten.
• Goede resolutie.
• Compact en licht van gewicht.
• De stabiliteit van de metingen.

ontwerp

Potentiometrische draadbewegingssensoren zijn gebruikelijk in de industrie. Ze hebben een hoge nauwkeurigheid en stabiliteit, hebben kleine waarden voor temperatuur en overgangsweerstand en een laag geluidsniveau. De nadelen zijn: een kleine hoeveelheid weerstand, lage resolutie, slijtage van bewegende delen en beperkt gebruik bij het werken op wisselstroom.

Apparaten bestaan ​​uit drie hoofdelementen:

1. Frame. Gemaakt van warmtegeleidend isolatiemateriaal of diëlektrisch gecoat metaal, dat bij verhitting de geometrische afmetingen niet verandert. De vorm kan de vorm hebben van een ring, een gebogen plaat, een staaf.
2. Geïsoleerde wikkeling. Het wordt uitgevoerd met de exacte plaatsing van de draad, van de stap waarvan de resolutie van het apparaat afhangt.
3. Beweegbare borstel. Op de plaatsen waar het in contact komt met de wikkeling, worden de windingen van isolatie ontdaan. Het beweegbare contact in de apparaten kan translatie of rotatie bewegen. In het laatste geval kunnen de apparaten in één of meerdere bochten worden uitgevoerd.

materialen

Het frame is gemaakt van diëlektrisch materiaal: keramiek, getinaksa, textolite, plastic. Breng metaal aan met een isolerende coating. De hoge warmtegeleiding maakt het mogelijk om warmte van de sensordraad goed te verwijderen.

Het metaal van de wikkeling heeft een hoge elektrische weerstand, corrosieweerstand, een licht temperatuureffect, slijtvastheid en scheurweerstand. Manganine, constantan, nikkel-chroomlegeringen voldoen aan deze vereisten. Wikkeling kan ook lamel of film zijn.

Glijdende contacten verminderen de betrouwbaarheid van de sensoren en bemoeilijken het ontwerp. Nadelen van draadpotentiometers:

• lage betrouwbaarheid van contacten;
• instabiliteit van de overgangsweerstand tussen de motor en de wikkeling als gevolg van oxidatie en elektro-erosie van de draad;
• bounce contacten.

Geleidende kunststoffen, die ook een betere lineariteit hebben, hebben een grote hulpbron.Op basis daarvan worden sensoren gebruikt waar hoge betrouwbaarheid vereist is, vooral in de luchtvaart.

Contactborstels worden gemaakt met toevoeging van edele metalen zodat ze zachter zijn dan het materiaal van de wikkeling.

regelingen

Potentiometrische sensoren hebben een statische karakteristiek - uitgangsspanning U_O van bewegend contact X. De relatie tussen deze parameters in een onbelaste potentiometer is meestal lineair:

U_O = kX,

waar L de lengte van de sensor is, is k de gevoeligheid (k = U_Pete/ L).

In werkelijkheid bevat de potentiometrische sensor een belastingsweerstand R_n in de volgende link van het automatische controlesysteem, die de waarde van U beïnvloedt_O.

De lage betrouwbaarheid van de sensoren in verband met het verlies van contact, open circuitwikkeling of interturn circuit, leidt tot de noodzaak om het bedradingsschema te wijzigen.

Als het teken van het uitgangssignaal niet verandert, wordt de sensor unipolair genoemd. Het is een eenvoudig apparaat zoals een variabele weerstand.

Een potentiometrisch sensorcircuit van het push-pull type wordt gebruikt voor automatische besturing, waarbij het teken van het signaal aan de uitgang verandert, afhankelijk van wat het aan de ingang is. De richting van de besturingsbeweging van het werkende lichaam hangt hiervan af.

De spanning kan worden verwijderd van de borstel en van het midden van de potentiometer. Andere bedradingsschema's worden ook gebruikt. Wanneer aangedreven door gelijkstroom, wanneer het beweegbare contact door zijn middelpunt gaat, verandert het teken aan de uitgang in het tegenovergestelde. Als er wisselspanning op de wikkeling wordt toegepast, verandert de fase met 180⁰.

Bij automatisering worden niet-lineaire kenmerken van de sensoren gebruikt. Hiervoor worden de diameter van de draad langs de wikkeling, de stap van de wikkeling gewijzigd, worden complexvormige frames gebruikt, worden delen van de potentiometers met weerstanden geschud.

Prestatiekenmerken

De inactieve reactie van de sensor is een rechte lijn (R / R_n = 0). De afwijking van de krommen ervan neemt toe met afnemende belastingsweerstand R_n.

Naast actieve weerstand hebben sensoren ook dynamische belastingen:

1. Transfer functie.
2. Inductieve component.
3. Eigen geluid tijdens de overgang van het bewegende contact van spoel naar spoel en van borsteltrillingen.

De weerstand tussen het contact van de motor en een van de conclusies wordt de output genoemd. De grootte, stroom of spanning ervan wordt gemeten.

Sensorfouten

De volgende fouten hebben invloed op de werkelijke kenmerken van de sensoren:

1. Dode zone. Wanneer het contact van de ene winding van de draad naar de andere gaat, treedt een spanningssprong op, waarvan de waarde wordt bepaald door de formule: DU = U_pit./ W, waarbij W het aantal beurten is.
2. De oneffenheid van de statische karakteristiek geassocieerd met schommelingen in de diameter van de draad over de lengte, de soortelijke weerstand en de nauwkeurigheid van de wikkeling.
3. De aanwezigheid van speling tussen de contactmotor en de huls, die de nauwkeurigheid van de metingen beïnvloedt.
4. Ongelijke borsteldruk, die de waarde van de contactweerstand beïnvloedt. Gewoonlijk wordt de kracht om de motor tegen de wikkeling te drukken vrij groot gebruikt. Dit is echter niet altijd mogelijk, omdat de kracht van de gevoelige elementen (membranen, drijvers, bimetaalplaten) klein is.
5. Het effect van elektrische belastingsweerstand R_n. De waarde ervan wordt 10 ... 100 keer meer gekozen dan de weerstand van de sensor.

afspraak

De potentiometrische positiezender is ontworpen voor de volgende doeleinden:

• bewaken en meten van bewegingen van mechanismen, werklichamen van machines en andere objecten
• feedbackkoppeling in robotica en automatiseringssystemen;
• bepaling van afstanden tot objecten;
• testen in laboratoria, monitoring van de werking van mechanismen.

Sensortypen

Het gebruik van een potentiometrische sensor is afhankelijk van het type:

1. T / TS is een uiterst nauwkeurig instrument (0,075%) met een axiale verplaatsing van 150 mm. Geschikt voor perifere snelheden tot 10 m / s. Ontwerp - zorgt voor de beweging van de stang in twee richtingen volgens het principe van een spanningsdeler.
2. TR / TRS - hetzelfde als de vorige, maar met een terugstelveer. Verplaatsing bereikt 100 mm. Bestand tegen hogere laterale belastingen aan de punt.
3. TE1 is een model dat een elektronisch circuit bevat voor het normaliseren van signalen met een analoge uitgang.
4. TE1 met retourveer - aanpassing voor het oplossen van een breder scala aan taken. De sensor is stabieler met verhoogde zijwaartse belastingen.
5. TEX is een potentiometrische sensor met een zwenkkop en volgt lineaire bewegingen van objecten tot 300 mm. De draaikoppeling vergemakkelijkt de installatie en zorgt voor een lange levensduur.
6. TEX met een aandrijfstang met schroefdraad. Het maakt het mogelijk om een ​​object rigide te fixeren.
7. TEX met een retourveer vereist geen starre bevestiging van het object aan de stang.
8. TX2 met zwenkkop of met bevestigingsklemmen. Ze worden gebruikt in zware bedrijfsomstandigheden. Het beschermingsniveau is IP 67, nauwkeurigheid - 0,05%.

Het gebruik van potentiometers in druksensoren

De bedrijfsparameters van verschillende apparaten worden handig omgezet in elektrische signalen. Een potentiometrische vloeistof- of gasdruksensor wordt gebruikt in brandstoftoevoersystemen in auto's, gas op snelwegen, enz. Meestal zijn dit membraanmeetapparatuur.

Onder invloed van een drukverschil aan beide zijden van het membraan beweegt het. Tegelijkertijd draait de schuifregelaar ook. Als de druk P₀ en p_en gelijk zijn aan elkaar, gaat de motor naar zijn oorspronkelijke linkerpositie, waarbij de initiële weerstand van het apparaat wordt ingesteld. Wanneer p_en vermindert, beweegt het membraan naar rechts en stelt de schuif de potmeterborstel in op de positie die overeenkomt met de drukval.

Om de fout van een discrete verandering in de weerstand van de potentiometer te verminderen, wordt het aantal omwentelingen ten minste 100 gemaakt. Het kan volledig worden geëlimineerd door de borstel langs de as van de gekalibreerde rechord-draad te bewegen.

Sensor ontwerpen

De potentiometrische lineaire verplaatsingssensor bestaat uit een diëlektrisch frame van verschillende vormen (platen, cilinders, ringen, enz.), Waarop een geïsoleerde draad is gewikkeld, bevestigd aan de klemmen en vastgezet met klemmen aan de uiteinden. Een metalen borstel beweegt langs de wikkeling. Voor sensoren van een roterend type zijn de frames ringvormig, longitudinaal - recht. Op plaatsen van contact met de motor is er geen isolatie op de draad.

De terminals worden gevoed. Het uitgangssignaal wordt tussen een uiteinde van de draad en het borstelcontact genomen, hoewel er andere verbindingsschema's zijn.

Elke lineaire potentiometrische sensor heeft een statische karakteristiek in de vorm van een afhankelijkheid van de waarde van het uitgangssignaal van de verplaatsing van het borstelcontact.

conclusie

De potentiometrische sensor moet betrouwbaar, gemakkelijk en duurzaam zijn bij gebruik in meettechnologie en in automatische regelsystemen. Inrichtingen voor het bewaken van de positie van objecten verschillen in werkingsprincipe en in het type uitgangssignalen, die aan normen moeten voldoen.