Исследование реостатных преобразователей

Целью работы является изучение принципов построения реостатных преобразователей и исследование характеристик обычного и профилированного (синтезированного) реостатного датчиков перемещения.

Работа реостатного преобразователя основана на изменении электрического сопротивления реостата под действием на его движок преобразуемых входных неэлектрических величин. В качестве последних могут быть перемещения (линейные и угловые), сила, давление, момент. Реостатные преобразователи широко применяются для измерения уровней жидкости с помощью поплавка, механически связанного с движком преобразователя.

Конструктивно реостатный датчик представляет собой каркас, на который намотан провод (рисунок 1).

Рисунок 1 ­– Реостатный датчики

 

К материалу проволоки реостатных преобразователей предъявляется ряд требований, в частности, он должен обладать высоким удельным электрическим сопротивлением, малым ТКС, обладать стабильностью характеристик во времени, высокой коррозионной стойкостью, большой прочностью на разрыв. В реостатных преобразователях широко используют обмотки из манганина, николь – константана, а в случаях, когда преобразователь должен работать в условиях повышения температур, обмотки изготавливают из железохромовых или никелево-хромовых

сплавов. В особо ответственных случаях и при специфических условиях работы применяют сплавы на базе благородных металлов.

Для обеспечения высокой стабильности характеристик реостатных преобразователей предъявляются определённые требования и к каркасам. Он должен сохранять свои размеры в широком температурном диапазоне, в условиях повышенной влажности. Кроме того, каркасы должны обладать высокой теплопроводностью, что позволит удельную рассеиваемую в преобразователе мощность. Поэтому каркасы прецизионных реостатных преобразователей изготавливают из алюминиевых сплавов АМг, Д1 и Д16. В преобразователях, допускающих погрешность преобразования 1% и более, они могут изготовляться из изоляционных материалов, например, гетинакса, текстолита, стеклопластика.

Конструкция контактных щеток в значительной степени определяют качество преобразователя и в первую очередь уровень так называемого контактного шума, генерируемого щеткой при её движении по дорожке преобразователя. Контактный шум, возникающий в области контакта, вызывается вариациями контактной площади и контактного давления, особенно при наличии на дорожке посторонних частиц. Контактный шум имеет тенденцию к росту во времени, вследствие износа, загрязнения и окисления дорожки и щётки.

Вид функции преобразования R_вых= f(x) реостатного преобразователя определяется характером изменения шага намотки по длине каркаса или профилем каркаса при равномерном шаге намотки.

Источниками погрешностей реостатных преобразователей является дискретность выходного сопротивления, отклонение функции преобразования от расчётной, вызванное непостоянством диаметра намоточного провода и его удельного электрического сопротивления, изменение температуры преобразователя, термодинамические и токовые шумы, влияние сопротивления нагрузки.

Погрешность дискретности для преобразователей с равномерной намоткой (линейных преобразователей):

 

, (1)

 

где ΔR_min – сопротивление одного витка преобразователя;

R_П, w ‑ полное сопротивление и число витков обмотки преобразователя.

Для реальных конструкций линейных реостатных преобразователей число витков составляет около 2000, а погрешность дискретности соответственно равна 0,05%. Суммарная погрешность, вызванная непостоянством электрических параметров преобразователя, достигает 0,03…0,1%. Температурная погрешность, определяемая, прежде всего, температурным коэффициентом сопротивления намоточного провода, не превышает обычно 0,1% на 10°С.

Методическая погрешность, вызванная влиянием сопротивления нагрузки, в общем случае определяется соотношением сопротивлений преобразователя и нагрузки и в различных измерительных цепях проявляется по-разному. Если, например, линейный реостатный преобразователь включён в цепь как делитель напряжения (рисунок 2) то,

 

. (2)

 

Так как для нагруженного преобразователя (R_Н= ∞)

 

, (3)

то методическая погрешность,

(4)

Рисунок 2 – Измерительная цепь реостатного преобразователя

 

На рисунке 3 представлены погрешности линейного реостатного преобразователя от влияния сопротивления нагрузки

 

Рисунок 3 – Погрешности линейного реостатного преобразователя от влияния сопротивления нагрузки