Реостатные и потенциометрические датчики.

Реостатные и потенциометрические датчики служат для преобразова­ния углового или линейного перемещения в электрический сигнал.

Рис. 12. Реостатный датчик.   1 - пружина (электропроводная); 2 - перемещающийся контакт; 3 - обмотка на каркасе; 4, 5, 7 - выводы обмотки; 6 - ось

 

Реостатный датчик (рис. 12) представляет собой реостат с перемещающимся контактом. Подвижный контакт жёстко укреплён на оси, которая связана с положением механизма. Величина активного сопротивления реостата пропорциональна величине угла поворота подвижного контакта реостата α. В результате при изменении положения механизма изменяется активное сопротивление датчика.

В технике чаще применяется потенциометрический датчик, который представляет собой реостат, включенный по схеме делителя напряжения (рис. 13).

Выходное напряжение потенциометрического датчика в режиме хо­лостого хода, когда нагрузка не подключена, определяется по следующей формуле (рис. 13):

где U вх - напряжение питания датчика;

U вых – напряжение на выходе датчика;

R -полное сопротивление датчика;

Rx – сопротивление, введённой части датчика.

а

Uвх

R

Uвых

Rx

Рис. 13. Потенциометрический датчик. а – схема включения, б – статическая характеристика.

Конструктивно реостатные и потенциометрические датчики состоят из каркаса, намотанной на него проволоки и ползунка.

Каркас датчиков изготовляется из текстолита, стеклотекстолита, пластмассы и алюмини­евых сплавов, покрытых изоляционным лаком или оксидной пленкой.

Каркасы, изготовленные из алюминиевых сплавов, более теплоустойчи­вы по сравнению с другими каркасами, что дает возможность повысить плотность тока в обмотке и в конечном итоге повысить чувствительность преобразователя. Каркасы могут выполняться в виде цилиндрической или плоской пластины, а также в виде кольца и сегмента. Проволока, которая наматывается на каркас, должна иметь большое удельное сопротивление и малый температурный коэффициент сопротивления. Для обмоток рео­статных и потенциометрических датчиков применяется константановая, манганиновая, нихромовая проволока. Для датчиков с малым контактным давлением применяется проволока из сплавов серебра, платины и золота.

Характеристика реостатных и потенциометрических датчиков является ступенчатой, так как непрерывному изменению контролируемого или ре­гулируемого параметра соответствует ступенчатое (дискретное) изменение сопротивления, равное значению сопротивления одного витка.

Это обсто­ятельство приводит к погрешности измерения, которую можно уменьшить за счет уменьшения диаметра проволоки. Обычно применяется проволока небольшого диаметра (до сотых долей миллиметра). При создании датчи­ков стремятся к тому, чтобы было как можно больше витков датчика на единицу контролируемого или регулируемого параметра, что приводит к уменьшению ступенчатости характеристики и уменьшению погрешности измерения (как правило, не менее 100...200 витков). Контактирующую с обмот­кой часть ползунка часто изготавливают из серебра или сплава платины с серебром. Вместо ползунка в датчике может применяться щетка, которая состоит из нескольких проволочек, соединенных параллельно.

Индуктивные датчики.

Основаны на изменении индуктивного сопротив­ления электромагнитного дросселя при перемещении одной из подвижных деталей его, обычно якоря. Они широко применяются для измерения малых угловых и линейных механических перемещений, деформаций, контроля размеров деталей, а также для управления следящими устройствами.

Индуктивный датчик представляет собой электромагнитный дроссель с переменным воздyшным зазором δ, обмотка которого включена после­довательно с сопротивлением нагрузки Z _Н (рис.14). Магнитопровод и якорь обычно выполняют из магнитно-мягкого материала. При изменении воздушного зазора δ (входная величина) меняются индуктивность обмотки дросселя, а также сопротивление его обмотки.

Для индуктивного датчика величина сопротивления:

Х _L =2×π× f × L,

где π=3.14, f - частота электрического тока.

L - индуктивность датчика,

где w – число витков обмотки дросселя, Sδ - площадь сечения воздушного зазора, δ - величина воздушного зазора, µ - магнитная проницаемость сердечника.  

Напряжение, снимаемое с датчика Uн=Iн×Zн, где

Ток нагрузки , где

Zдр - полное сопротивление обмотки дросселя,

Zн - сопротивление активно-индуктивной нагрузки.

 

Следует отметить, что при уменьшении величины зазора δ индуктив­ность обмотки дросселя L _др увеличивается, а это в свою очередь приводит к уменьшению тока нагрузки.

 

К достоинствам нереверсивного индуктивного датчика следует отне­сти высокую чувствительность, надежность и долговечность, отсутствие контактных устройств, значительную величину выходной мощности (до сотен вольт-ампер), простоту конструкции и эксплуатации.

Рассмотренные датчики применяют для входных перемещений от 0,001 до 1 мм.

магнитопровод

Uпит

обмотка

δ

якорь

Рис.14. Индуктивный датчик

Zн

Uн

Основными недостатками датчика являются наличие напряжения на выходе при нулевом воздушном зазоре, нелинейность реальной стати­ческой характеристики; возникновение больших усилий между якорем и сердечником дросселя (до нескольких килограммов), которые необходимо преодолевать. От перечисленных недостатков в значительной степени свободны реверсивные датчики, которые имеют чувствительность в 2 раза большую, чем нереверсивные датчики.