חיישנים פוטנציומטריים

חיישן פוטנציומטר הוא נגד משתנה שאליו מופעל מתח אספקה, ערך הקלט שלו הוא התזוזה הליניארית או הזוויתית של מגע אוסף הזרם, וערך המוצא הוא המתח שנלקח על ידי מגע זה, שמשתנה בגודלו כמיקומו שינויים.

חיישנים פוטנציומטריים נועדו להמיר תזוזות ליניאריות או זוויתיות לאות חשמלי, כמו גם לשחזר את התלות הפונקציונלית הפשוטה ביותר במכשירים אוטומטיים ואוטומטיים מסוג רציף.

דיאגרמת חיבור חיישן פוטנציומטרית

על ידי התנגדות, חיישנים פוטנציומטריים מחולקים ל

• למלות עם התנגדות מתמדת;

• סליל תיל עם סלילה מתמשכת;

• עם שכבת התנגדות.

חיישנים פוטנציומטריים למלריים שימשו לביצוע מדידות גסות יחסית עקב פגמי תכנון מסוימים.

בחיישנים כאלה, נגדים קבועים, שנבחרו באופן נומינלי בצורה מיוחדת, מולחמים ללמלות.

הלמלה היא מבנה עם אלמנטים מוליכים ולא מוליכים מתחלפים עליהם מחליק מגע הקולט.כאשר קולט הזרם מועבר מאלמנט מוליך אחד למשנהו, ההתנגדות הכוללת של הנגדים המחוברים אליו משתנה בכמות התואמת לערך הנומינלי של התנגדות אחת. השינוי בהתנגדות יכול להתרחש בטווח רחב. שגיאת המדידה נקבעת לפי גודל רפידות המגע.

חיישן פוטנציומטר למלרי

חיישני פוטנציומטר חוטים מיועדים למדידות מדויקות יותר. ככלל, העיצובים שלהם הם מסגרת עשויה גטינקס, טקסטוליט או קרמיקה, שעליה מלופף חוט דק בשכבה אחת, מסתובב בסיבוב, שעל פני השטח המנוקים שלו מחליק אספן זרם.

קוטר החוט קובע דרגת דיוק חיישן פוטנציומטר (גבוה הוא 0.03-0.1 מ"מ, נמוך הוא 0.1-0.4 מ"מ). חומרי חוט: מנגנין, פכרל, סגסוגות על בסיס מתכות אצילות. טבעת ההחלקה עשויה מחומר רך יותר למניעת שפשוף של החוט.

היתרונות של חיישני פוטנציומטר:

• פשטות העיצוב;

• גודל ומשקל קטן;

• רמה גבוהה של ליניאריות של מאפיינים סטטיים;

• יציבות של מאפיינים;

• אפשרות פעולה על זרם חילופין וזרם ישר.

החסרונות של חיישני פוטנציומטר:

• נוכחות של מגע הזזה, אשר יכול לגרום נזק עקב חמצון של עקבות המגע, שפשוף של סיבובים או כיפוף של המחוון;

• שגיאה בפעולה עקב עומס;

• מקדם המרה קטן יחסית;

• סף רגישות גבוה;

• נוכחות של רעש;

• רגישות לשחיקה חשמלית בהשפעת פריקות דחפים.

מאפיין סטטי של חיישנים פוטנציומטריים

מאפיין סטטי של חיישן פוטנציומטרי בלתי הפיך

הבה נבחן כדוגמה חיישן פוטנציומטר עם סליל רציף. מתח AC או DC U מופעל על מסופי הפוטנציומטר ערך הכניסה הוא התזוזה X, ערך המוצא הוא המתח Uout. במצב סרק, המאפיין הסטטי של החיישן הוא ליניארי מכיוון שהקשר נכון: Uout = (U / R) r,

כאשר R הוא התנגדות הסליל; r הוא ההתנגדות של חלק מהסליל.

בהינתן ש-r / R = x / l, כאשר l הוא האורך הכולל של הסליל, נקבל Uout = (U / l) x = Kx [V / m],

כאשר K הוא מקדם ההמרה (העברה) של החיישן.

ברור שחיישן כזה לא יגיב לשינוי בסימן של אות הכניסה (החיישן הוא בלתי הפיך). ישנן תוכניות הרגישות לשינויים בחתימות. למאפיין הסטטי של חיישן כזה יש את הצורה המוצגת באיור.

מעגל הפיך של חיישן פוטנציומטר

מאפיין סטטי של חיישן פוטנציומטרי הפיך

המאפיינים האידיאליים המתקבלים יכולים להיות שונים באופן משמעותי מהמציאותיים עקב נוכחותם של סוגים שונים של שגיאות:

1. אזור מת.

מתח המוצא משתנה באופן דיסקרטי מסיבוב לסיבוב, כלומר. אזור זה מתרחש כאשר, עבור ערך קלט קטן, Uout אינו משתנה.

גודל קפיצת המתח נקבע על ידי הנוסחה: DU = U / W, כאשר W הוא מספר הסיבובים.

סף הרגישות נקבע לפי קוטר חוט הסליל: Dx = l / W.

חיישן פוטנציומטרי לפס מת

2. אי סדירות של מאפיינים סטטיים עקב שונות של קוטר חוט, התנגדות וגובה מתפתל.

3. שגיאה כתוצאה מהשפעה אחורית שהתרחשה בין ציר הסיבוב של המנוע לשרוול המדריך (קפיצי דחיסה משמשים להקטנתו).

4.שגיאה עקב חיכוך.

בהספקים נמוכים של האלמנט המניע את המברשת של חיישן הפוטנציומטר, עשוי להתרחש אזור סטגנציה עקב חיכוך.

יש להתאים את לחץ המברשת בקפידה.

5. שגיאה עקב השפעת עומס.

בהתאם לאופי העומס, מתרחשת שגיאה, הן במצב סטטי והן במצב דינמי. עם עומס פעיל, המאפיין הסטטי משתנה. ערך מתח המוצא ייקבע לפי הביטוי: Uout = (UrRn) / (RRn + Rr-r2)

אלה. Uout = f (r) תלוי ב-Rn. עם Rn >> R ניתן להראות ש-Uout = (U / R) r;

כאשר Rn שווה בקירוב ל-R, התלות אינה ליניארית והשגיאה המקסימלית של החיישן תהיה כאשר המחוון סוטה מ-(2/3))l. בדרך כלל בחר Rн / R = 10 … 100. ניתן לקבוע את גודל השגיאה ב-x = (2/3) l על ידי הביטוי: E = 4/27η, כאשר η= Rн / R - מקדם העומס.

חיישן פוטנציומטרי תחת עומס

א - מעגל שווה ערך של חיישן פוטנציומטרי עם עומס, ב - השפעת העומס על המאפיין הסטטי של החיישן הפוטנציומטרי.

מאפיינים דינמיים של חיישנים פוטנציומטריים

פונקציית שידור

כדי לגזור את פונקציית ההעברה, נוח יותר לקחת את זרם העומס כערך הפלט; ניתן לקבוע זאת באמצעות משפט המחולל המקביל. B = Uout0 / (Rvn + Zn)

שקול שני מקרים:

1. העומס הוא פעיל בלבד Zn = Rn כי Uout0 = K1x In = K1x / (Rin + Rn)

כאשר K1 היא מהירות הסרק של החיישן.

יישום הטרנספורמציה של לפלס, נקבל את פונקציית ההעברה W (p) = In (p) / X (p) = K1 / (Rin + Rn) = K

בדרך זו השגנו חיבור נטול אינרציה, כלומר לחיישן יש את כל מאפייני התדר והזמן התואמים לחיבור זה.

מעגל שווה ערך

2. עומס אינדוקטיבי עם רכיב פעיל.

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

יישום הטרנספורמציה של Laplace, נקבל Uoutx (p) = In (p) [(Rvn + pL) + Rn]

באמצעות טרנספורמציות, ניתן להגיע לפונקציית העברה בצורה W (p) = K / (Tp + 1) - חיבור א-מחזורי בסדר 1,

כאשר K = K1 / (Rvn + Rn)

T = L / (Rvn + Rn);

רעש פנימי של חיישן הפוטנציומטר

כפי שמוצג, כשהמברשת נעה מסיבוב לפנייה, מתח המוצא משתנה בפתאומיות. השגיאה שנוצרת על ידי דריכה היא בצורה של מתח שן מסור המונחה על מתח המוצא של פונקציית ההעברה, כלומר. הוא רעש. אם המברשת רוטטת, התנועה יוצרת גם רעש (הפרעה). ספקטרום התדרים של רעש רטט נמצא בטווח תדרי השמע.

כדי למנוע רעידות, פנטוגרפים עשויים ממספר חוטים באורכים שונים המקופלים יחד. אז התדר הטבעי של כל חוט יהיה שונה, זה מונע את המראה של תהודה טכנית. רמת הרעש התרמי נמוכה, הם נלקחים בחשבון במערכות רגישות במיוחד.

חיישנים פוטנציומטריים פונקציונליים

יש לציין שבאוטומציה נעשה שימוש לרוב בפונקציות העברה פונקציונליות להשגת תלות לא לינארית. הן בנויות בשלוש דרכים:

• שינוי קוטר החוט לאורך הסליל;

• שינוי גובה הסליל;

• השימוש במסגרת עם תצורה מסוימת;

• על ידי תמרון הקטעים של פוטנציומטרים ליניאריים עם התנגדויות בגדלים שונים.

לדוגמה, כדי לקבל תלות ריבועית לפי השיטה השלישית, יש צורך לשנות את רוחב המסגרת באופן ליניארי, כפי שמוצג באיור.

חיישן פוטנציומטר פונקציונלי

פוטנציומטר רב סיבובים

חיישני פוטנציומטרים רגילים הם בעלי טווח פעולה מוגבל. ערכו נקבע על פי הממדים הגיאומטריים של המסגרת ומספר סיבובי הסליל. הם לא יכולים להגדיל ללא הגבלת זמן. לכן, חיישני פוטנציומטר רב-סיבובים מצאו יישום, כאשר אלמנט התנגדות מסובב בקו ספירלי עם מספר סיבובים, יש לסובב את הציר שלהם מספר פעמים כך שהמנוע ינוע מקצה אחד של הסליל לקצה השני, כלומר. הטווח החשמלי של חיישנים כאלה הוא כפולה של 3600.

היתרון העיקרי של פוטנציומטרים מרובי פניות הוא הרזולוציה והדיוק הגבוהים שלהם, המושגים הודות לאורכו הגדול של האלמנט ההתנגדות עם ממדים כלליים קטנים.

פוטופוטנציומטרים

פוטופוטנציומטר - הוא אנלוגי ללא מגע של פוטנציומטר קונבנציונלי עם שכבה התנגדות, המגע המכני בו מוחלף בפוטומוליך, מה שכמובן מגדיל את האמינות ואת חיי השירות. האות מהפוטופוטנציומטר נשלט על ידי בדיקת אור הפועלת כמחוון. הוא נוצר על ידי מכשיר אופטי מיוחד וניתן להזיז אותו כתוצאה מפעולה מכנית חיצונית לאורך השכבה הפוטו-מוליכה. בנקודה בה נחשפת שכבת הפוטו, מתרחשת עודף (בהשוואה לחושך) מוליכות פוטוגרפית ונוצר מגע חשמלי.

פוטופוטנציומטרים מחולקים לפי מטרה לליניארי ופונקציונלי.

פוטופוטנציומטרים פונקציונליים מאפשרים להמיר את התנועה המרחבית של מקור האור לאות חשמלי עם צורה פונקציונלית נתונה בשל השכבה ההתנגדות הצדודית (היפרבולית, אקספוננציאלית, לוגריתמית).