Реостатные и потенциометрические преобразователи

ДАТЧИКИ (Продолжение)

Лекция 16

Контактные резистивные преобразователи

Контактныминазываются измерительные преобразователи, в которых измеряемое механическое перемещение преобразуется в замкнутое или разомкнутое состояние контактов, управляю­щих электрической цепью. При этом естественной входной ве­личиной является пространственное перемещение, выходной величиной — ток в цепи, а характеристика имеет релейный ха­рактер.

Так как сопротивление контактного датчика меняется скачком и может принимать одно из двух значений, этот датчик является дискретным. Так как под действием входной величины меняется сопротивление датчика, он является параметрическим.

Простейший однопредельный контактный преобразователь (рис. 3.8, а) имеет одну пару контактов 1 и 2, замыкание которых произойдет при перемещении вверх штока 5. При этом активное сопротивление между контактами упадет от бесконечности до очень малого значения контактного сопротивления. Конструктивно шток устанавливается в направляющие 4 и прижимается пружиной 6 к контролируемому объекту 3. Погрешность срабатывания контакт­ных преобразователей находится в пределах 1...2 мкм. Попытки еще уменьшить погрешность успеха не имели.

Во избежание образования дуги или искры, разрушающих кон­такты, мощность тока в цепи не должна превышать 100 мВт. Это значит, что если звено цепи — приемник сигнала от датчика — потребляет мощность 50... 100 мВт, то можно снимать сигнал непо­средственно с датчика. В противном случае следует использовать Усилитель на реле, транзисторах или тиристорах. Датчики этого типа широко применяются как конечные выключатели, датчики контроля попадания размера в поле допуска и т.д.

Реостатным преобразователем называют реостат, движок кото­рого перемещается щупом вслед за перемещением контролируе­мой точки объекта, т. е. преобразователи этого типа являются регулятора

Рисунок 16.4 - Контактный (а) и реостатный (б) датчики

с нанесенным на него сопротивле­нием в виде обмотки 2 из проволо­ки, слоя полупроводника или плен­ки металла; подвижная токосъемная щетка 1, скользящая непосредст­венно по поверхности сопротивле­ния или по ряду соединенных с ним контактов.

Рис. 16.3.9. Потенциометрический датчик угловых перемещений: 1 — обмотка; 2 — движок; 3 — каркас; 4 — подвижный контакт

На рис. 16.4 приведена конструк­ция потенциометрического датчика для измерения угловых перемеще­ний, состоящего из каркаса 3 с об­моткой 1, по которой ходит движок 2 с подвижным контактом 4.

Материалы проволоки, использу­емые для намотки реостатных дат­чиков, указаны в табл. 1.

На практике чаще других используются константан, нихром и манганин, обладающие низкой стоимостью, высоким удельным сопротивлением, обеспечивающим высокую точность измерения, и широким температурным диапазоном. Кроме того, эти матери­алы стойки к износу и коррозии, что обеспечивает хороший кон­такт с движком, лируемыми омическими сопротивлениями. Естественной входной величиной датчиков этого типа является перемещение движка.

При последовательной схеме включения (см. рис. 15.3.6, а) дат­чик называется реостатным, перемещение движка реостата пре­образуется в изменение активного выходного сопротивления рео­стата или тока, являющихся естественными выходными величи­нами. При схеме делителя напряжения (схеме потенциометра) (см. рис. 15.3.6, г) датчик называется потенциометрическим первич­ным преобразователем, его естественной выходной величиной яв­ляется выходное напряжение.

Так как выходной величиной реостата служит сопротивление, датчик является параметрическим; сопротивление меняется плав­но при изменении входной величины (положения движка), дат­чик является аналоговым. Сопротивление реостата может зависеть от перемещения движка как линейно (чаще всего), так и по более сложному закону.

Основным требованием, предъявляемым к этим датчикам, яв­ляется обеспечение определенной однозначной зависимости между величиной сопротивления и перемещением движка.

Основными элементами реостатного датчика (рис. 15.4, б) являются: каркас 3 из диэлектрика (дерево, текстолит, пластмасса)

Таблица 1

Материал	Удельное сопротивление, Ом * мм^2/м	Максимальная рабочая температура, °С
Константан Нихром Манганин Платина Золото	0,48 1,1...1,2 0,42 0,09.-0,105 0,022

Щетки выполняют в виде проволок, лент или роликов из бронзы, серебра, платиноиридиевого сплава и других упругих материалов. Провод реостата должен быть покрыт эмалью или слоем окислов, изолирующих витки друг от друга. Вдоль траек­тории движка изоляция счищается, а сам провод полируется. Активное сопротивление реостата составляет десятки и сотни ом при погрешности порядка 1 %. Индуктивное и емкостное со­противления реостата малы, и ими можно пренебречь при час­тотах до 10 кГц. Сопротивление реостата меняется скачкообраз­но при переходе движка с одного витка на другой, соседний. Чтобы уменьшить погрешность квантования, увеличить разре­шающую способность и сделать датчик практически аналоговым, число витков выбирают обычно не меньше 100. Для реос­татных первичных преобразователей пригодны все ранее рассмотренные виды измерительных цепей, из которых типичной является цепь потенциометрического включения (см. рис. 15.3.6, г) когда

Достоинствами реостатных датчиков являются:

простота конструкции;

высокий уровень выходного сигнала (напряжение — до несколь­ких десятков вольт, ток — до нескольких десятков миллиампер);

возможность работы как на постоянном, так и на переменном токе.

Недостатками этих преобразователей являются:

невысокая надежность и ограниченная долговечность вследствие износа скользящего контакта и истирания обмотки;

сравнительно большое усилие, необходимое для перемещения ползунка;

опасность искрообразования на контакте обмотки с ползун­ком;

относительно большие габаритные размеры.

Реостатные датчики применяются для измерения больших пе­ремещений (десятки миллиметров) с точностью до 0,1 мм. В автоматических системах движок реостата может быть механичес­ки связан с суппортом, клапаном или другим подвижным эле­ментом, положение которого требуется измерять и передавать в виде электрического сигнала. При перемещении элемента пере­мещается и движок, вызывая изменение тока и напряжения в цепи. Чем сильнее движок прижимается к обмотке, тем надеж­нее контакт, но больше усилие, требуемое для перемещения движка. Это вызывает определенные трудности при констру­ировании измерительного прибора, так как усилие, развиваемое чувствительными элементами (мембранами, поплавками и т.п.) часто невелико.

Дата добавления: 2015-04-29