Potenciometrikus érzékelők

A potenciométer érzékelő egy változtatható ellenállás, amelyre tápfeszültséget kapcsolunk, bemeneti értéke az áramgyűjtő érintkező lineáris vagy szögeltolódása, a kimeneti értéke pedig az ezen érintkező által felvett feszültség, amely a helyzetével változik. változtatások.

A potenciometrikus érzékelőket arra tervezték, hogy a lineáris vagy szögeltolódásokat elektromos jellé alakítsák, valamint a legegyszerűbb funkcionális függőségeket reprodukálják a folyamatos típusú automatikus és automata berendezésekben.

Potenciometrikus érzékelő csatlakozási diagramja

Ellenállás szerint a potenciometrikus érzékelők fel vannak osztva

• állandó ellenállású lamellák;

• huzaltekercs folyamatos tekercseléssel;

• rezisztív réteggel.

Lamellás potenciometrikus érzékelőket használtak bizonyos tervezési hibák miatt viszonylag durva mérések elvégzésére.

Az ilyen érzékelőkben a lamellákhoz névlegesen speciális módon kiválasztott állandó ellenállásokat forrasztanak.

A lamella felváltva vezető és nem vezető elemekkel rendelkező szerkezet, amelyen a kollektor érintkező csúszik.Amikor az áramkollektort egyik vezető elemről a másikra mozgatják, a hozzá csatlakoztatott ellenállások teljes ellenállása az egyik ellenállás névleges értékének megfelelő mértékben változik. Az ellenállás változása széles tartományban történhet. A mérési hibát az érintkezőbetétek mérete határozza meg.

Lamellás potenciométer érzékelő

A vezetékes potenciométer érzékelőket pontosabb mérésekre tervezték. Kialakításaik általában getinaxból, textolitból vagy kerámiából készült keretek, amelyekre egy rétegben vékony huzal van feltekerve, fordulatosan megfordul, amelynek megtisztított felületén áramgyűjtő csúszik.

A huzal átmérője határozza meg pontossági osztály potenciométer érzékelő (magas 0,03-0,1 mm, alacsony 0,1-0,4 mm). Huzal anyagok: manganin, fechral, ​​nemesfém alapú ötvözetek. A csúszógyűrű puhább anyagból készült, hogy megakadályozza a huzal súrlódását.

A potenciométeres érzékelők előnyei:

• a tervezés egyszerűsége;

• kis méret és súly;

• a statikus jellemzők nagyfokú linearitása;

• a jellemzők stabilitása;

• váltóáramról és egyenáramról történő működés lehetősége.

A potenciométeres érzékelők hátrányai:

• csúszóérintkező jelenléte, amely sérülést okozhat az érintkezési nyom oxidációja, a fordulatok súrlódása vagy a csúszka elhajlása miatt;

• terhelés miatti működési hiba;

• viszonylag kicsi konverziós tényező;

• magas érzékenységi küszöb;

• a zaj jelenléte;

• elektromos erózióra való hajlam az impulzuskisülések hatására.

Potenciometrikus érzékelők statikus jellemzői

Irreverzibilis potenciometrikus érzékelő statikus karakterisztikája

Példaként tekintsünk egy folyamatos tekercses potenciométer érzékelőt. A potenciométer kapcsaira U AC vagy DC feszültség kerül, a bemeneti érték az X elmozdulás, a kimeneti érték az Uout feszültség. Üresjárati üzemmódban az érzékelő statikus karakterisztikája lineáris, mert az összefüggés igaz: Uout = (U / R) r,

ahol R a tekercs ellenállása; r a tekercs egy részének ellenállása.

Tekintettel arra, hogy r / R = x / l, ahol l a tekercs teljes hossza, azt kapjuk, hogy Uout = (U / l) x = Kx [V / m],

ahol K az érzékelő konverziós (átviteli) együtthatója.

Nyilvánvaló, hogy egy ilyen érzékelő nem reagál a bemeneti jel előjelének változására (az érzékelő visszafordíthatatlan). Vannak olyan rendszerek, amelyek érzékenyek az aláírások változásaira. Egy ilyen érzékelő statikus jellemzői az ábrán látható formában vannak.

Potenciométer érzékelő megfordítható áramköre

Reverzibilis potenciometrikus érzékelő statikus karakterisztikája

A kapott ideális jellemzők jelentősen eltérhetnek a valós jellemzőktől a különféle típusú hibák jelenléte miatt:

1. Holt zóna.

A kimeneti feszültség körönként diszkréten változik, azaz. ez a zóna akkor fordul elő, ha kis bemeneti érték esetén az Uout nem változik.

A feszültségugrás nagyságát a következő képlet határozza meg: DU = U / W, ahol W a fordulatok száma.

Az érzékenységi küszöböt a tekercs huzal átmérője határozza meg: Dx = l / W.

Potenciometrikus érzékelő holtsávhoz

2. A statikus jellemzők szabálytalansága a huzalátmérő, az ellenállás és a tekercselés emelkedése miatt.

3. Hiba holtjátékból, amely a motor forgástengelye és a vezetőhüvely között keletkezett (nyomórugókat használnak a csökkentésére).

4.Súrlódás miatti hiba.

A potenciométer érzékelő keféjét meghajtó elem alacsony teljesítménye esetén a súrlódás miatt stagnálási zóna léphet fel.

A kefenyomást gondosan be kell állítani.

5. Hiba a terhelés hatására.

A terhelés jellegétől függően hiba lép fel, mind statikus, mind dinamikus üzemmódban. Aktív terhelés esetén a statikus karakterisztika megváltozik. A kimeneti feszültség értéke a következő kifejezés szerint kerül meghatározásra: Uout = (UrRn) / (RRn + Rr-r2)

Ezek. Uout = f (r) Rn-től függ. Rn >> R-rel kimutatható, hogy Uout = (U / R) r;

ha Rn megközelítőleg egyenlő R-vel, a függés nem lineáris, és az érzékelő maximális hibája akkor lesz, amikor a csúszka eltér a (2/3))l értéktől. Általában az Rн / R = 10 … 100 értéket választja. A hiba nagysága x = (2/3) l-nél a következő kifejezéssel határozható meg: E = 4/27η, ahol η= Rн / R — terhelési tényező.

Potenciometrikus érzékelő terhelés alatt

a — Potenciometrikus érzékelő egyenértékű áramköre terheléssel, b — A terhelés hatása a potenciometrikus érzékelő statikus jellemzőire.

Potenciometrikus érzékelők dinamikus jellemzői

Sebességváltó funkció

Az átviteli függvény származtatásához kényelmesebb a terhelési áramot venni kimeneti értékként; az ekvivalens generátortétel segítségével határozható meg. B = Uout0 / (Rvn + Zn)

Vegyünk két esetet:

1. A terhelés tisztán aktív Zn = Rn, mert Uout0 = K1x In = K1x / (Rin + Rn)

ahol K1 az érzékelő alapjárati fordulatszáma.

A Laplace transzformációt alkalmazva a W (p) = In (p) / X (p) = K1 / (Rin + Rn) = K átviteli függvényt kapjuk.

Így inerciamentes kapcsolatot kaptunk, ami azt jelenti, hogy az érzékelő rendelkezik az ennek a kapcsolatnak megfelelő összes frekvencia és idő karakterisztikával.

Egyenértékű áramkör

2. Induktív terhelés aktív komponenssel.

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

A Laplace transzformációt alkalmazva Uoutx (p) = In (p) [(Rvn + pL) + Rn]

Transzformációkon keresztül eljuthatunk egy W (p) = K / (Tp + 1) alakú átviteli függvényhez — I. rendű periodikus összefüggéshez,

ahol K = K1 / (Rvn + Rn)

T = L/(Rvn + Rn);

A potenciométer érzékelő belső zaja

Ahogy az ábrán látható, ahogy a kefe fordulatról kanyarra mozog, a kimeneti feszültség hirtelen megváltozik. A léptetéssel előidézett hiba az átviteli függvény kimeneti feszültségére szuperponált fűrészfog feszültség formájában jelentkezik, azaz. a zaj. Ha a kefe vibrál, a mozgás zajt (interferenciát) is kelt. A rezgési zaj frekvenciaspektruma a hangfrekvencia tartományba esik.

A rezgések kiküszöbölése érdekében az áramszedők több, különböző hosszúságú, összehajtott huzalból készülnek. Ekkor az egyes vezetékek sajátfrekvenciája eltérő lesz, ez megakadályozza a technikai rezonancia megjelenését. A termikus zaj szintje alacsony, különösen érzékeny rendszerekben figyelembe veszik.

Funkcionális potenciometrikus érzékelők

Megjegyzendő, hogy az automatizálásban a funkcionális átviteli függvényeket gyakran használják nemlineáris függőségek megállapítására, háromféleképpen szerkesztik őket:

• a huzal átmérőjének megváltoztatása a tekercs mentén;

• tekercs menetemelkedés;

• egy bizonyos konfigurációjú keret használata;

• lineáris potenciométerek különböző méretű ellenállású szakaszainak manőverezésével.

Például a harmadik módszer szerinti másodfokú függés eléréséhez lineárisan meg kell változtatni a keret szélességét, amint az az ábrán látható.

Funkcionális potenciométer érzékelő

Többfordulatú potenciométer

A hagyományos potenciométeres érzékelők működési tartománya korlátozott. Értékét a keret geometriai méretei és a tekercsfordulatok száma határozza meg. Nem növekedhetnek a végtelenségig. Ezért alkalmazásra találtak a többfordulatú potenciométeres érzékelők, ahol egy ellenálláselemet több fordulattal spirálvonalban csavarnak, tengelyüket többször el kell forgatni, hogy a motor a tekercs egyik végéről a másikra mozduljon el, pl. az ilyen érzékelők elektromos hatótávolsága 3600 többszöröse.

A többfordulatú potenciométerek fő előnye a nagy felbontás és a pontosság, amelyet az ellenálláselem nagy hossza és kis átmérőjűsége ér el.

Fotopotenciométerek

Fotopotenciométer — a hagyományos potenciométer érintésmentes analógja, rezisztív réteggel, a benne lévő mechanikai érintkezést fényvezetővel helyettesítik, ami természetesen növeli a megbízhatóságot és az élettartamot. A fotopotenciométer jelét egy fényszonda vezérli, amely csúszkaként működik. Speciális optikai eszköz alkotja, és külső mechanikai hatás hatására elmozdítható a fényvezető réteg mentén. Azon a ponton, ahol a fényréteg exponálásra kerül, túlzott (a sötéthez képest) fényvezetőképesség lép fel, és elektromos érintkezés jön létre.

A fotopotenciométereket céljuk szerint lineárisra és funkcionálisra osztják.

A funkcionális fotopotenciométerek lehetővé teszik a fényforrás térbeli mozgását a profilozott rezisztív réteg miatt (hiperbolikus, exponenciális, logaritmikus) adott funkcionális formájú elektromos jellé alakítani.