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 Uвх - напряжение питания датчика;
|
|
Uвых – 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. |
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 ZН (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:
ХL=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 Lдр 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 |