Potenciometriniai jutikliai

Potenciometro jutiklis yra kintamasis rezistorius, į kurį tiekiama maitinimo įtampa, jo įvesties vertė yra tiesinis arba kampinis srovę renkančio kontakto poslinkis, o išėjimo vertė yra šio kontakto paimama įtampa, kurios dydis keičiasi priklausomai nuo jo padėties. pokyčius.

Potenciometriniai jutikliai skirti linijiniams ar kampiniams poslinkiams paversti elektriniu signalu, taip pat atkurti paprasčiausias funkcines priklausomybes automatiniuose ir automatiniuose nuolatinio tipo įrenginiuose.

Potenciometrinio jutiklio prijungimo schema

Pagal pasipriešinimą potenciometriniai jutikliai skirstomi į

• lamelės su pastoviu atsparumu;

• vielos ritė su ištisine apvija;

• su varžiniu sluoksniu.

Sluoksniniai potenciometriniai jutikliai buvo naudojami palyginti grubiems matavimams dėl tam tikrų konstrukcijos trūkumų.

Tokiuose jutikliuose prie lamelių yra lituojami pastovūs rezistoriai, specialiai parinkti nominaliai.

Lamelė yra konstrukcija su kintamaisiais laidžiais ir nelaidžiais elementais, ant kurių slysta kolektoriaus kontaktas.Kai srovės kolektorius perkeliamas iš vieno laidžio elemento į kitą, bendra su juo sujungtų rezistorių varža pasikeičia dydžiu, atitinkančiu vienos varžos vardinę vertę. Atsparumo pokytis gali pasireikšti plačiame diapazone. Matavimo paklaidą lemia kontaktinių trinkelių dydis.

Lamelinis potenciometro jutiklis

Vieliniai potenciometro jutikliai skirti tikslesniam matavimui. Paprastai jų dizainai yra karkasas iš getinakso, tekstolito ar keramikos, ant kurio viename sluoksnyje suvyniota plona viela, posūkis, ant kurio nuvalyto paviršiaus slysta srovės kolektorius.

Laido skersmuo nustato tikslumo klasė potenciometro jutiklis (aukštas yra 0,03-0,1 mm, žemas yra 0,1-0,4 mm). Vielos medžiagos: manganinas, fechralas, lydiniai tauriųjų metalų pagrindu. Slydimo žiedas pagamintas iš minkštesnės medžiagos, kad viela nesitrintų.

Potenciometro jutiklių privalumai:

• dizaino paprastumas;

• mažas dydis ir svoris;

• didelis statinių charakteristikų tiesiškumo laipsnis;

• charakteristikų stabilumas;

• galimybė veikti kintamąja ir nuolatine srove.

Potenciometro jutiklių trūkumai:

• slydimo kontakto buvimas, kuris gali sukelti žalą dėl kontakto pėdsakų oksidacijos, posūkių trynimo ar slankiklio lenkimo;

• veikimo klaida dėl apkrovos;

• santykinai mažas konversijos koeficientas;

• didelis jautrumo slenkstis;

• triukšmo buvimas;

• jautrumas elektrinei erozijai, veikiant impulsų iškrovoms.

Statinė potenciometrinių jutiklių charakteristika

Statinė negrįžtamo potenciometrinio jutiklio charakteristika

Panagrinėkime kaip pavyzdį potenciometro jutiklį su ištisine rite. Į potenciometro gnybtus įvedama kintamoji arba nuolatinė įtampa U. Įėjimo reikšmė yra poslinkis X, išėjimo vertė – įtampa Uout. Tuščiosios eigos režimu jutiklio statinė charakteristika yra tiesinė, nes ryšys yra teisingas: Uout = (U / R) r,

kur R yra ritės varža; r yra ritės dalies varža.

Atsižvelgiant į tai, kad r / R = x / l, kur l yra bendras ritės ilgis, gauname Uout = (U / l) x = Kx [V / m],

kur K yra jutiklio konversijos (perdavimo) koeficientas.

Akivaizdu, kad toks jutiklis nereaguos į įvesties signalo ženklo pasikeitimą (jutiklis yra negrįžtamas). Yra schemų, kurios jautriai reaguoja į parašų pasikeitimus. Tokio jutiklio statinė charakteristika yra tokia, kaip parodyta paveikslėlyje.

Reversinė potenciometro jutiklio grandinė

Statinė reversinio potenciometrinio jutiklio charakteristika

Gautos idealios charakteristikos gali labai skirtis nuo realių dėl įvairių tipų klaidų:

1. Negyva zona.

Išėjimo įtampa diskretiškai kinta nuo posūkio iki posūkio, t.y. ši zona atsiranda, kai esant mažai įvesties reikšmei Uout nesikeičia.

Įtampos šuolio dydis nustatomas pagal formulę: DU = U / W, kur W yra apsisukimų skaičius.

Jautrumo slenkstis nustatomas pagal ritės laido skersmenį: Dx = l / W.

Potenciometrinis negyvos juostos jutiklis

2. Statinių charakteristikų netolygumas dėl vielos skersmens, varžos ir apvijos žingsnio kintamumo.

3. Klaida dėl atstūmimo, atsiradusio tarp variklio sukimosi ašies ir kreipiančiosios įvorės (jam sumažinti naudojamos suspaudimo spyruoklės).

4.Klaida dėl trinties.

Esant mažoms elemento, varančio potenciometro jutiklio šepetį, galioms, dėl trinties gali susidaryti sąstingio zona.

Šepečio slėgis turi būti kruopščiai sureguliuotas.

5. Klaida dėl apkrovos įtakos.

Priklausomai nuo apkrovos pobūdžio, įvyksta klaida tiek statiniame, tiek dinaminiame režime. Esant aktyviam krūviui, keičiasi statinė charakteristika. Išėjimo įtampos vertė bus nustatyta pagal išraišką: Uout = (UrRn) / (RRn + Rr-r2)

Šie. Uout = f (r) priklauso nuo Rn. Su Rn >> R galima parodyti, kad Uout = (U / R) r;

kai Rn apytiksliai lygus R, priklausomybė yra netiesinė ir didžiausia jutiklio paklaida bus tada, kai slankiklis nukryps nuo (2/3))l. Dažniausiai pasirenkama Rн / R = 10 … 100. Klaidos dydį, kai x = (2/3) l galima nustatyti pagal išraišką: E = 4/27η, kur η= Rн / R — apkrovos koeficientas.

Potenciometrinis jutiklis esant apkrovai

a — lygiavertė potenciometrinio jutiklio grandinė su apkrova, b — apkrovos įtaka potenciometrinio jutiklio statinei charakteristikai.

Potenciometrinių jutiklių dinaminės charakteristikos

Perdavimo funkcija

Norint gauti perdavimo funkciją, patogiau kaip išvesties vertę paimti apkrovos srovę; jį galima nustatyti naudojant ekvivalentinę generatoriaus teoremą. B = Uout0 / (Rvn + Zn)

Apsvarstykite du atvejus:

1. Apkrova yra grynai aktyvi Zn = Rn, nes Uout0 = K1x In = K1x / (Rin + Rn)

kur K1 yra jutiklio tuščiosios eigos greitis.

Taikydami Laplaso transformaciją, gauname perdavimo funkciją W (p) = In (p) / X (p) = K1 / (Rin + Rn) = K

Tokiu būdu gavome inercinį ryšį, o tai reiškia, kad jutiklis turi visas dažnines ir laiko charakteristikas, atitinkančias šį ryšį.

Lygiavertė grandinė

2. Indukcinė apkrova su aktyviuoju komponentu.

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

Taikydami Laplaso transformaciją, gauname Uoutx (p) = In (p) [(Rvn + pL) + Rn]

Per transformacijas galima gauti W (p) = K / (Tp + 1) formos perdavimo funkciją – pirmos eilės periodinį ryšį,

kur K = K1 / (Rvn + Rn)

T = L / (Rvn + Rn);

Vidinis potenciometro jutiklio triukšmas

Kaip parodyta, šepečiui judant iš posūkio į posūkį, išėjimo įtampa staigiai pasikeičia. Žingsniavimo metu sukuriama paklaida yra pjūklo įtampa, uždedama ant perdavimo funkcijos išėjimo įtampos, t.y. yra triukšmas. Jei šepetys vibruoja, judesys taip pat sukuria triukšmą (interferenciją). Vibracinio triukšmo dažnių spektras yra garso dažnių diapazone.

Siekiant pašalinti vibraciją, pantografai gaminami iš kelių skirtingo ilgio laidų, sulenktų kartu. Tada kiekvieno laido natūralus dažnis bus skirtingas, tai neleidžia atsirasti techniniam rezonansui. Šiluminio triukšmo lygis žemas, į juos atsižvelgiama ypač jautriose sistemose.

Funkciniai potenciometriniai jutikliai

Pažymėtina, kad automatizacijoje netiesinėms priklausomybėms gauti dažnai naudojamos funkcinio perdavimo funkcijos, kurios konstruojamos trimis būdais:

• pakeisti vielos skersmenį išilgai ritės;

• ritės žingsnio keitimas;

• tam tikros konfigūracijos rėmo naudojimas;

• manevruojant skirtingų dydžių varžų linijinių potenciometrų sekcijas.

Pavyzdžiui, norint gauti kvadratinę priklausomybę pagal trečiąjį metodą, reikia linijiškai keisti rėmo plotį, kaip parodyta paveikslėlyje.

Funkcinis potenciometro jutiklis

Kelių apsisukimų potenciometras

Įprasti potenciometro jutikliai turi ribotą veikimo diapazoną. Jo vertę lemia geometriniai rėmo matmenys ir ritės apsisukimų skaičius. Jie negali didėti neribotą laiką. Todėl pritaikymą rado kelių apsisukimų potenciometriniai davikliai, kur varžinis elementas susuktas spiraline linija keliais apsisukimais, jų ašis turi būti kelis kartus pasukta, kad variklis judėtų iš vieno ritės galo į kitą, t.y. tokių jutiklių elektrinis diapazonas yra 3600 kartotinis.

Pagrindinis kelių posūkių potenciometrų privalumas yra jų didelė skiriamoji geba ir tikslumas, kuris pasiekiamas dėl didelio varžinio elemento ilgio su mažais gabaritais.

Fotopotenciometrai

Fotopotenciometras — tai bekontaktis įprasto potenciometro analogas su varžiniu sluoksniu, jame esantis mechaninis kontaktas pakeičiamas fotolaidžiu, o tai, be abejo, padidina patikimumą ir tarnavimo laiką. Signalas iš fotopotenciometro valdomas šviesos zondu, kuris veikia kaip slankiklis. Jį sudaro specialus optinis įtaisas ir dėl išorinio mechaninio poveikio gali pasislinkti išilgai fotolaidžio sluoksnio. Toje vietoje, kur apšviestas fotosluoksnis, atsiranda perteklinis (palyginti su tamsiu) fotolaidumas ir atsiranda elektrinis kontaktas.

Fotopotenciometrai pagal paskirtį skirstomi į linijinius ir funkcinius.

Funkciniai fotopotenciometrai leidžia šviesos šaltinio erdvinį judėjimą paversti tam tikros funkcinės formos elektriniu signalu dėl profiliuoto varžinio sluoksnio (hiperbolinis, eksponentinis, logaritminis).