Penderia potensiometri

Penderia potensiometer ialah perintang boleh ubah yang mana voltan bekalan digunakan, nilai inputnya ialah anjakan linear atau sudut sesentuh pengumpul arus, dan nilai output ialah voltan yang diambil oleh sesentuh ini, yang berubah dalam magnitud sebagai kedudukannya. perubahan.

Penderia potensiometri direka bentuk untuk menukar anjakan linear atau sudut kepada isyarat elektrik, serta menghasilkan semula kebergantungan fungsi paling mudah dalam peranti automatik dan automatik jenis berterusan.

Gambar rajah sambungan penderia potensiometri

Dengan rintangan, sensor potensiometri dibahagikan kepada

• lamela dengan rintangan berterusan;

• gegelung wayar dengan penggulungan berterusan;

• dengan lapisan rintangan.

Penderia potensiometri lamellar digunakan untuk melakukan pengukuran yang agak kasar disebabkan oleh kecacatan reka bentuk tertentu.

Dalam sensor sedemikian, perintang malar, dipilih secara nominal dengan cara yang istimewa, dipateri ke lamellae.

Lamela ialah struktur dengan elemen konduktif dan bukan konduktif berselang-seli di mana sentuhan pengumpul menggelongsor.Apabila pengumpul semasa dialihkan dari satu elemen pengalir ke yang lain, jumlah rintangan perintang yang disambungkan kepadanya berubah dengan jumlah yang sepadan dengan nilai nominal satu rintangan. Perubahan rintangan boleh berlaku dalam julat yang luas. Ralat pengukuran ditentukan oleh saiz pad sesentuh.

Sensor potensiometer lamellar

Penderia potensiometer wayar direka untuk pengukuran yang lebih tepat. Sebagai peraturan, reka bentuk mereka adalah bingkai yang diperbuat daripada getinax, textolite atau seramik, di mana wayar nipis dililit dalam satu lapisan, berpusing secara bergilir, pada permukaan yang dibersihkan yang mana pengumpul semasa meluncur.

Diameter wayar menentukan kelas ketepatan sensor potensiometer (tinggi ialah 0.03-0.1mm, rendah ialah 0.1-0.4mm). Bahan dawai: manganin, fechral, ​​aloi berasaskan logam mulia. Gelang gelincir diperbuat daripada bahan yang lebih lembut untuk mengelakkan wayar daripada melecet.

Kelebihan penderia potensiometer:

• kesederhanaan reka bentuk;

• saiz kecil dan berat;

• tahap tinggi lineariti ciri statik;

• kestabilan ciri;

• kemungkinan operasi pada arus ulang alik dan arus terus.

Kelemahan penderia potensiometer:

• kehadiran sesentuh gelongsor, yang boleh menyebabkan kerosakan akibat pengoksidaan kesan sentuhan, gosokan lilitan atau lenturan gelangsar;

• ralat dalam operasi kerana beban;

• faktor penukaran yang agak kecil;

• ambang sensitiviti tinggi;

• kehadiran bunyi bising;

• mudah terdedah kepada hakisan elektrik di bawah pengaruh nyahcas impuls.

Ciri statik penderia potensiometri

Ciri statik penderia potensiometrik tidak boleh balik

Mari kita pertimbangkan sebagai contoh penderia potensiometer dengan gegelung berterusan. Voltan AC atau DC U digunakan pada terminal potensiometer. Nilai input ialah sesaran X, nilai keluaran ialah voltan Uout. Untuk mod melahu, ciri statik penderia adalah linear kerana hubungannya adalah benar: Uout = (U / R) r,

di mana R ialah rintangan gegelung; r ialah rintangan bahagian gegelung.

Diberi bahawa r / R = x / l, dengan l ialah jumlah panjang gegelung, kita dapat Uout = (U / l) x = Kx [V / m],

di mana K ialah pekali penukaran (transmisi) sensor.

Jelas sekali, sensor sedemikian tidak akan bertindak balas kepada perubahan dalam tanda isyarat input (sensor tidak boleh diterbalikkan). Terdapat skim yang sensitif terhadap perubahan dalam tandatangan. Ciri statik sensor sedemikian mempunyai bentuk yang ditunjukkan dalam rajah.

Litar boleh balik penderia potensiometer

Ciri statik penderia potensiometri boleh balik

Ciri-ciri ideal yang terhasil boleh berbeza dengan ketara daripada yang sebenar kerana terdapat pelbagai jenis ralat:

1. Zon mati.

Voltan keluaran berbeza secara diskret dari pusingan ke pusingan, i.e. zon ini berlaku apabila, untuk nilai input yang kecil, Uout tidak berubah.

Magnitud lompatan voltan ditentukan oleh formula: DU = U / W, di mana W ialah bilangan lilitan.

Ambang sensitiviti ditentukan oleh diameter wayar gegelung: Dx = l / W.

Penderia potensiometri untuk jalur mati

2. Ketidakteraturan ciri statik disebabkan oleh kebolehubahan diameter wayar, rintangan dan padang penggulungan.

3. Ralat daripada tindak balas yang berlaku antara paksi putaran motor dan lengan pemandu (spring mampatan digunakan untuk mengurangkannya).

4.Ralat akibat geseran.

Pada kuasa rendah elemen memacu berus penderia potensiometer, zon genangan mungkin berlaku akibat geseran.

Tekanan berus mesti dilaraskan dengan teliti.

5. Ralat disebabkan pengaruh beban.

Bergantung pada sifat beban, ralat berlaku, kedua-duanya dalam mod statik dan dinamik. Dengan beban aktif, ciri statik berubah. Nilai voltan keluaran akan ditentukan mengikut ungkapan: Uout = (UrRn) / (RRn + Rr-r2)

Ini. Uout = f (r) bergantung kepada Rn. Dengan Rn >> R boleh ditunjukkan bahawa Uout = (U / R) r;

apabila Rn adalah lebih kurang sama dengan R, pergantungan adalah bukan linear dan ralat maksimum penderia adalah apabila peluncur menyimpang dari (2/3))l. Biasanya pilih Rн / R = 10 … 100. Magnitud ralat pada x = (2/3) l boleh ditentukan dengan ungkapan: E = 4/27η, di mana η= Rн / R — faktor beban.

Penderia potensiometri di bawah beban

a — Litar setara penderia potensiometri dengan beban, b — Pengaruh beban pada ciri statik penderia potensiometri.

Ciri dinamik penderia potensiometri

Fungsi penghantaran

Untuk memperoleh fungsi pemindahan, lebih mudah untuk mengambil arus beban sebagai nilai output; ia boleh ditentukan menggunakan teorem penjana setara. B = Uout0 / (Rvn + Zn)

Pertimbangkan dua kes:

1. Beban adalah aktif semata-mata Zn = Rn kerana Uout0 = K1x In = K1x / (Rin + Rn)

di mana K1 ialah kelajuan terbiar bagi penderia.

Menggunakan penjelmaan Laplace, kita memperoleh fungsi pemindahan W (p) = In (p) / X (p) = K1 / (Rin + Rn) = K

Dengan cara ini, kami memperoleh sambungan tanpa inersia, yang bermaksud bahawa sensor mempunyai semua ciri frekuensi dan masa yang sepadan dengan sambungan ini.

Litar setara

2. Beban induktif dengan komponen aktif.

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

Menggunakan penjelmaan Laplace, kita memperoleh Uoutx (p) = In (p) [(Rvn + pL) + Rn]

Melalui transformasi, seseorang boleh mencapai fungsi pemindahan dalam bentuk W (p) = K / (Tp + 1) — sambungan aperiodik tertib pertama,

di mana K = K1 / (Rvn + Rn)

T = L / (Rvn + Rn);

Bunyi dalaman penderia potensiometer

Seperti yang ditunjukkan, apabila berus bergerak dari pusingan ke pusingan, voltan keluaran berubah secara mendadak. Ralat yang dibuat dengan melangkah adalah dalam bentuk voltan gigi gergaji yang ditindih pada voltan keluaran fungsi pemindahan, i.e. ialah bunyi bising. Jika berus bergetar, pergerakan itu juga menimbulkan bunyi (gangguan). Spektrum frekuensi bunyi getaran berada dalam julat frekuensi audio.

Untuk menghapuskan getaran, pantograf diperbuat daripada beberapa wayar dengan panjang berbeza yang dilipat bersama. Kemudian frekuensi semula jadi setiap wayar akan berbeza, ini menghalang penampilan resonans teknikal. Tahap hingar haba adalah rendah, ia diambil kira dalam sistem yang sangat sensitif.

Penderia potensiometri berfungsi

Perlu diingat bahawa dalam automasi fungsi pemindahan fungsi sering digunakan untuk mendapatkan kebergantungan tak linear. Ia dibina dalam tiga cara:

• menukar diameter wayar di sepanjang gegelung;

• perubahan padang gegelung;

• penggunaan bingkai dengan konfigurasi tertentu;

• dengan menggerakkan bahagian-bahagian potensiometer linear dengan rintangan saiz yang berbeza.

Sebagai contoh, untuk mendapatkan pergantungan kuadratik mengikut kaedah ketiga, adalah perlu untuk menukar lebar bingkai secara linear, seperti yang ditunjukkan dalam rajah.

Penderia potensiometer berfungsi

Potensiometer berbilang pusingan

Penderia potensiometer konvensional mempunyai julat operasi yang terhad. Nilainya ditentukan oleh dimensi geometri bingkai dan bilangan lilitan gegelung. Mereka tidak boleh meningkat selama-lamanya. Oleh itu, sensor potensiometer berbilang pusingan telah menemui aplikasi, di mana elemen perintang dipintal dalam garis lingkaran dengan beberapa pusingan, paksinya mesti diputar beberapa kali supaya motor bergerak dari satu hujung gegelung ke yang lain, i.e. julat elektrik bagi penderia tersebut ialah gandaan 3600.

Kelebihan utama potensiometer berbilang pusingan adalah resolusi tinggi dan ketepatannya, yang dicapai kerana panjang elemen rintangan yang besar dengan dimensi keseluruhan yang kecil.

Photopotentiometers

Photopotentiometer — adalah analog bukan hubungan potensiometer konvensional dengan lapisan rintangan, sentuhan mekanikal di dalamnya digantikan oleh fotokonduktif, yang, tentu saja, meningkatkan kebolehpercayaan dan hayat perkhidmatan. Isyarat dari photopotentiometer dikawal oleh probe cahaya yang bertindak sebagai peluncur. Ia dibentuk oleh peranti optik khas dan boleh disesarkan akibat tindakan mekanikal luaran di sepanjang lapisan fotokonduktif. Pada titik di mana lapisan foto terdedah, fotokonduktiviti berlebihan (berbanding dengan gelap) berlaku dan sentuhan elektrik dibuat.

Photopotentiometers dibahagikan mengikut tujuan kepada linear dan berfungsi.

Photopotentiometer berfungsi membenarkan pergerakan spatial sumber cahaya ditukar kepada isyarat elektrik dengan bentuk fungsi tertentu disebabkan oleh lapisan perintang berprofil (hiperbolik, eksponen, logaritma).