Потенциометрические датчики

Потенциометрические датчики (реостаты) применяются для измерения угловых или линейных перемещений и преобразования этой величины в изменение сопротивления. Конструктивно датчики такого типа представляют собой каркас прямоугольной или кольцевой формы, на который намотана в один ряд тонкая проволока. По виткам проволоки скользит щетка, называемая движком потенциометра, которая механически связана с объектом, перемещение которого нужно измерить.

От концов намотки и от движка сделаны электрические выводы, с помощью которых датчик включают в схему. Сопротивление между движком и одним из выводов намотки называют выходным сопротивлением датчика R_BЫХ. При перемещении щетки в пределах одного витка R_ВЫХ не изменяется, что обусловливает зоны нечувствительности, а при переходе щетки с одного витка на другой R_BbIX изменяется скачком. Для уменьшения скачков и зон нечувствительности при намотке используют тонкий провод (диаметром 0,03—0,05 мм). С целью снижения влияния температуры на R_ВЫХ применяют провод с малым температурным коэффициентом сопротивления (нихром, константан, манганин). Наиболее часто применяют линейные потенциометры, у которых сечение каркаса по всей длине одинаково, а намотка равномерная. За счет этого выходное сопротивление датчика R_ВЫХ линейно зависит от перемещения l в соответствии с рисунком 32, т. е. R_ВЫX=Cl, где С — коэффициент пропорциональности (рис. 7.4).

Рисунок 32

Существует несколько вариантов включения потенциометрических датчиков.

В соответствии с рисунком 33 питающее напряжение Е подводится к выводам намотки (М — Н).

Рисунок 33

Для линейного потенциометра выходное напряжение

Uвых = (E/R)Rвых.

Для удобства использования данной формулы примем E/R = К — коэффициент датчика.

При подключении к датчику нагрузки R_H из-за ее шунтирующего действия линейная зависимость выходного напряжения от перемещения движка потенциометра нарушается. Чтобы нарушение линейности было незначительным, должно быть R_H>>R (в 20 раз и более).

Применяются также потенциометрические датчики с выводом от средней точки в соответствии с рисунком 34.

Рисунок 34

При перемещении движка в одну сторону от средней точки на выходе датчика появляется напряжение положительной полярности, а при перемещении в другую сторону от средней точки — отрицательной полярности. По полярности выходного сигнала можно судить о направлении перемещения.

Достоинство потенциометрического датчика:

- высокая точность преобразования;

- простота конструкции;

- возможность питания постоянным и переменным током;

- безынерционность.