Potentiometriset anturit

Potentiometrianturi on säädettävä vastus, johon syötetään syöttöjännite, jonka tuloarvo on virranottokoskettimen lineaarinen tai kulmasiirtymä ja lähtöarvo on tämän koskettimen ottama jännite, jonka suuruus muuttuu sen sijainnin mukaan. muutoksia.

Potentiometriset anturit on suunniteltu muuntamaan lineaariset tai kulmasiirtymät sähköisiksi signaaliksi sekä toistamaan yksinkertaisimmat toiminnalliset riippuvuudet jatkuvan tyyppisissä automaattisissa ja automaattisissa laitteissa.

Potentiometrisen anturin kytkentäkaavio

Resistanssin mukaan potentiometriset anturit jaetaan

• lamellit, joilla on jatkuva vastus;

• lankakela jatkuvalla käämityksellä;

• resistiivisellä kerroksella.

Lamellarisia potentiometrisiä antureita käytettiin suhteellisen karkeiden mittausten suorittamiseen tiettyjen suunnitteluvirheiden vuoksi.

Tällaisissa antureissa lamelleihin juotetaan vakiovastuksia, jotka on valittu nimellisesti erityisellä tavalla.

Lamelli on rakenne, jossa on vuorotellen johtavia ja johtamattomia elementtejä, joiden päällä kollektorin kosketin liukuu.Kun virrankerääjä siirretään johtavasta elementistä toiseen, siihen kytkettyjen vastusten kokonaisresistanssi muuttuu yhden vastuksen nimellisarvoa vastaavan määrän. Resistanssin muutos voi tapahtua laajalla alueella. Mittausvirhe määräytyy kosketuslevyjen koon mukaan.

Lamellar potentiometrianturi

Lankapotentiometrianturit on suunniteltu tarkempia mittauksia varten. Niiden mallit ovat pääsääntöisesti getinaksista, tekstoliitista tai keramiikasta valmistettu runko, johon on kierretty ohut lanka yhteen kerrokseen, käännökset, joiden puhdistetulla pinnalla liukuu virrankeräin.

Langan halkaisija määrää tarkkuusluokka potentiometrianturi (korkea on 0,03-0,1 mm, matala on 0,1-0,4 mm). Lankamateriaalit: manganiini, fechral, ​​jalometalleihin perustuvat seokset. Liukurengas on valmistettu pehmeämmästä materiaalista, joka estää langan hankautumisen.

Potentiometriantureiden edut:

• suunnittelun yksinkertaisuus;

• pieni koko ja paino;

• staattisten ominaisuuksien korkea lineaarisuus;

• ominaisuuksien vakaus;

• mahdollisuus toimia vaihto- ja tasavirralla.

Potentiometriantureiden haitat:

• liukukoskettimen läsnäolo, joka voi aiheuttaa vaurioita kosketusjäljen hapettumisen, käänteiden hankauksen tai liukusäätimen taipumisen vuoksi;

• virhe toiminnassa kuormituksen vuoksi;

• suhteellisen pieni muuntokerroin;

• korkea herkkyyskynnys;

• melun läsnäolo;

• herkkyys sähköeroosiolle impulssipurkausten vaikutuksesta.

Potentiometristen antureiden staattinen ominaisuus

Irreversiibelin potentiometrisen anturin staattinen ominaisuus

Tarkastellaanpa esimerkkinä potentiometrianturia jatkuvalla kelalla. Potentiometrin liittimiin syötetään vaihto- tai tasajännite U. Tuloarvo on siirtymä X, lähtöarvo on jännite Uout. Lepotilassa anturin staattinen ominaisuus on lineaarinen, koska suhde on tosi: Uout = (U / R) r,

jossa R on kelan vastus; r on kelan osan vastus.

Ottaen huomioon, että r / R = x / l, jossa l on kelan kokonaispituus, saadaan Uout = (U / l) x = Kx [V / m],

jossa K on anturin muunnos (lähetys)kerroin.

Ilmeisesti tällainen anturi ei reagoi tulosignaalin etumerkin muutokseen (anturi on peruuttamaton). On järjestelmiä, jotka ovat herkkiä allekirjoitusten muutoksille. Tällaisen anturin staattinen ominaisuus on kuvan mukainen.

Potentiometrin anturin käännettävä piiri

Käännettävän potentiometrisen anturin staattinen ominaisuus

Tuloksena olevat ihanteelliset ominaisuudet voivat poiketa merkittävästi todellisista ominaisuuksista erityyppisten virheiden vuoksi:

1. Kuollut alue.

Lähtöjännite vaihtelee diskreetti käännöksestä toiseen, ts. tämä vyöhyke esiintyy, kun pienellä tuloarvolla Uout ei muutu.

Jännitehypyn suuruus määritetään kaavalla: DU = U / W, missä W on kierrosten lukumäärä.

Herkkyyskynnys määräytyy kelan langan halkaisijan mukaan: Dx = l / W.

Potentiometrinen anturi kuolleelle alueelle

2. Staattisten ominaisuuksien epäsäännöllisyys, joka johtuu langan halkaisijan, vastuksen ja käämitysvälin vaihtelusta.

3. Virhe välyksestä, joka tapahtui moottorin pyörimisakselin ja ohjausholkin välillä (jousia käytetään vähentämään sitä).

4.Kitkasta johtuva virhe.

Potentiometrin anturin harjaa käyttävän elementin pienillä tehoilla voi esiintyä kitkan vuoksi pysähtyneisyyttä.

Harjan paine on säädettävä huolellisesti.

5. Virhe kuormituksen vaikutuksesta.

Kuorman luonteesta riippuen tapahtuu virhe, sekä staattisessa että dynaamisessa tilassa. Aktiivisella kuormalla staattinen ominaisuus muuttuu. Lähtöjännitteen arvo määritetään lausekkeen mukaan: Uout = (UrRn) / (RRn + Rr-r2)

Nämä. Uout = f (r) riippuu Rn:stä. Rn >> R:llä voidaan osoittaa, että Uout = (U / R) r;

kun Rn on suunnilleen yhtä suuri kuin R, riippuvuus on epälineaarinen ja anturin maksimivirhe on silloin, kun liukusäädin poikkeaa arvosta (2/3))l. Yleensä valitaan Rн / R = 10 … 100. Virheen suuruus kohdassa x = (2/3) l voidaan määrittää lausekkeella: E = 4/27η, missä η= Rн / R — kuormituskerroin.

Potentiometrinen anturi kuormitettuna

a — Potentiometrisen anturin vastaava piiri kuormalla, b — Kuorman vaikutus potentiometrisen anturin staattiseen ominaisuuteen.

Potentiometristen antureiden dynaamiset ominaisuudet

Lähetystoiminto

Siirtofunktion johtamiseksi on kätevämpää ottaa kuormitusvirta lähtöarvoksi; se voidaan määrittää käyttämällä ekvivalenttigeneraattorilausetta. B = Uout0 / (Rvn + Zn)

Harkitse kahta tapausta:

1. Kuorma on puhtaasti aktiivinen Zn = Rn, koska Uout0 = K1x In = K1x / (Rin + Rn)

jossa K1 on anturin joutokäyntinopeus.

Laplace-muunnoksen avulla saadaan siirtofunktio W (p) = In (p) / X (p) = K1 / (Rin + Rn) = K

Tällä tavalla saatiin inertiaton yhteys, mikä tarkoittaa, että anturilla on kaikki tätä yhteyttä vastaavat taajuus- ja aikaominaisuudet.

Vastaava piiri

2. Induktiivinen kuorma aktiivisella komponentilla.

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

Laplace-muunnoksen avulla saadaan Uoutx (p) = In (p) [(Rvn + pL) + Rn]

Muunnoksilla voidaan päästä siirtofunktioon, jonka muoto on W (p) = K / (Tp + 1) — 1. asteen jaksollinen yhteys,

jossa K = K1 / (Rvn + Rn)

T = L/(Rvn + Rn);

Potentiometrin anturin sisäinen ääni

Kuten kuvassa, kun harja liikkuu käännöksestä toiseen, lähtöjännite muuttuu äkillisesti. Askelemalla syntyvä virhe on siirtofunktion lähtöjännitteen päälle asetettuna sahanhammasjännitteenä, ts. on melua. Jos harja tärisee, liike aiheuttaa myös melua (häiriötä). Värähtelevän kohinan taajuusspektri on äänen taajuusalueella.

Tärinän poistamiseksi virroittimet valmistetaan useista eripituisista langoista, jotka on taitettu yhteen. Sitten kunkin johdon luonnollinen taajuus on erilainen, mikä estää teknisen resonanssin esiintymisen. Terminen melutaso on alhainen, ne otetaan huomioon erityisen herkissä järjestelmissä.

Toiminnalliset potentiometriset anturit

On huomattava, että automaatiossa epälineaaristen riippuvuuksien saamiseksi käytetään usein funktionaalisia siirtofunktioita, jotka konstruoidaan kolmella tavalla:

• langan halkaisijan muuttaminen kelaa pitkin;

• kelan nousun muutos;

• tietyn kokoonpanon omaavan kehyksen käyttö;

• ohjaamalla erikokoisten lineaaristen potentiometrien osia.

Esimerkiksi kolmannen menetelmän mukaisen neliöllisen riippuvuuden saamiseksi on tarpeen muuttaa kehyksen leveyttä lineaarisesti, kuten kuvassa on esitetty.

Toimiva potentiometrianturi

Monikierrospotentiometri

Perinteisillä potentiometriantureilla on rajoitettu toiminta-alue. Sen arvon määräävät rungon geometriset mitat ja kelan kierrosten lukumäärä. Ne eivät voi lisääntyä loputtomiin. Siksi käyttötarkoitusta ovat löytäneet monikierrospotentiometriset anturit, joissa resistiivistä elementtiä kierretään spiraalimaisesti useilla kierroksilla, joiden akselia on käännettävä useita kertoja, jotta moottori liikkuu käämin päästä toiseen, ts. tällaisten antureiden sähköinen kantama on 3600:n kerrannainen.

Monikierrosten potentiometrien tärkein etu on niiden korkea resoluutio ja tarkkuus, joka saavutetaan resistiivisen elementin suuren pituuden ja pienien kokonaismittojen ansiosta.

Fotopotentiometrit

Fotopotentiometri - on kosketukseton analogi tavanomaisesta potentiometristä, jossa on resistiivinen kerros, jossa mekaaninen kosketus korvataan valoa johtavalla, mikä tietysti lisää luotettavuutta ja käyttöikää. Fotopotentiometrin signaalia ohjataan liukusäätimenä toimivalla valoanturilla. Sen muodostaa erityinen optinen laite ja se voidaan siirtää ulkoisen mekaanisen toiminnan seurauksena valoa johtavaa kerrosta pitkin. Kohdassa, jossa valokerros paljastetaan, tapahtuu ylimääräistä (tummaan verrattuna) valonjohtavuutta ja syntyy sähköinen kosketus.

Fotopotentiometrit on jaettu tarkoituksen mukaan lineaarisiin ja toiminnallisiin.

Toiminnalliset fotopotentiometrit mahdollistavat valonlähteen avaruudellisen liikkeen muuntamisen sähköiseksi signaaliksi, jolla on tietty toiminnallinen muoto profiloidun resistiivisen kerroksen (hyperbolinen, eksponentiaalinen, logaritminen) ansiosta.