potansiyometrik sensörler

Bir potansiyometre sensörü, besleme voltajının uygulandığı değişken bir dirençtir, giriş değeri, akım toplayan kontağın doğrusal veya açısal yer değiştirmesidir ve çıkış değeri, konumuna göre büyüklüğü değişen bu kontak tarafından alınan voltajdır. değişiklikler.

Potansiyometrik sensörler, doğrusal veya açısal yer değiştirmeleri bir elektrik sinyaline dönüştürmek ve ayrıca sürekli tipteki otomatik ve otomatik cihazlarda en basit fonksiyonel bağımlılıkları yeniden üretmek için tasarlanmıştır.

Potansiyometrik sensör bağlantı şeması

Direnç ile, potansiyometrik sensörler ayrılır

• sabit dirençli lameller;

• sürekli sargılı tel bobin;

• dirençli bir tabaka ile.

Belirli tasarım kusurları nedeniyle nispeten kaba ölçümler yapmak için katmanlı potansiyometrik sensörler kullanıldı.

Bu tür sensörlerde, nominal olarak özel bir şekilde seçilen sabit dirençler lamellere lehimlenir.

Lamel, üzerinde kollektör kontağının kaydığı, birbirini izleyen iletken ve yalıtkan elemanlara sahip bir yapıdır.Akım toplayıcı bir iletken elemandan diğerine taşındığında, ona bağlı dirençlerin toplam direnci, bir direncin nominal değerine karşılık gelen bir miktarda değişir. Dirençteki değişiklik geniş bir aralıkta meydana gelebilir. Ölçüm hatası, temas pedlerinin boyutuna göre belirlenir.

Lamel potansiyometre sensörü

Tel potansiyometre sensörleri daha doğru ölçümler için tasarlanmıştır. Kural olarak, tasarımları, üzerine bir katman halinde ince bir telin sarıldığı, bir akım toplayıcının kaydığı temizlenmiş yüzey üzerinde sırayla döndüğü, getinax, textolite veya seramikten yapılmış bir çerçevedir.

Telin çapı belirler doğruluk sınıfı potansiyometre sensörü (yüksek 0,03-0,1 mm, düşük 0,1-0,4 mm). Tel malzemeler: manganin, fechral, ​​​​asil metallere dayalı alaşımlar. Kayma halkası, telin sürtünmesini önlemek için daha yumuşak bir malzemeden yapılmıştır.

Potansiyometre sensörlerinin avantajları:

• tasarımın sadeliği;

• küçük boyut ve ağırlık;

• statik özelliklerin yüksek derecede doğrusallığı;

• özelliklerin kararlılığı;

• alternatif akım ve doğru akımda çalışma imkanı.

Potansiyometre sensörlerinin dezavantajları:

• temas izinin oksidasyonu, dönüşlerin sürtünmesi veya kaydırıcının bükülmesi nedeniyle hasara neden olabilen kayan bir temasın varlığı;

• yük nedeniyle çalışma hatası;

• nispeten küçük dönüştürme faktörü;

• yüksek hassasiyet eşiği;

• gürültü varlığı;

• impuls deşarjlarının etkisi altında elektriksel erozyona duyarlılık.

Potansiyometrik sensörlerin statik karakteristiği

Ters çevrilemez bir potansiyometrik sensörün statik karakteristiği

Örnek olarak sürekli bobinli bir potansiyometre sensörünü ele alalım. Potansiyometre terminallerine bir AC veya DC gerilimi U uygulanır.Giriş değeri X yer değiştirmesidir, çıkış değeri Uout gerilimidir. Boş modda, sensörün statik özelliği doğrusaldır çünkü ilişki doğrudur: Uout = (U / R) r,

burada R, bobin direncidir; r, bobinin bir kısmının direncidir.

l'nin bobinin toplam uzunluğu olduğu r / R = x / l olduğu göz önüne alındığında, Uout = (U / l) x = Kx [V / m] elde ederiz,

burada K, sensörün dönüştürme (iletim) katsayısıdır.

Açıkçası, böyle bir sensör, giriş sinyalinin işaretindeki bir değişikliğe yanıt vermeyecektir (sensör geri alınamaz). İmzalardaki değişikliklere duyarlı şemalar var. Böyle bir sensörün statik karakteristiği şekilde gösterilen forma sahiptir.

Bir potansiyometre sensörünün tersine çevrilebilir devresi

Tersinir bir potansiyometrik sensörün statik karakteristiği

Ortaya çıkan ideal özellikler, çeşitli hata türlerinin varlığı nedeniyle gerçek özelliklerden önemli ölçüde farklı olabilir:

1. Ölü bölge.

Çıkış voltajı, dönüşten dönüşe ayrı ayrı değişir, örn. bu bölge, küçük bir giriş değeri için Uout değişmediğinde oluşur.

Voltaj sıçramasının büyüklüğü şu formülle belirlenir: DU = U / W, burada W dönüş sayısıdır.

Hassasiyet eşiği, bobin telinin çapı ile belirlenir: Dx = l / W.

Ölü bant için potansiyometrik sensör

2. Tel çapının, direncin ve sargı hatvesinin değişkenliği nedeniyle statik özelliklerin düzensizliği.

3. Motorun dönme ekseni ile kılavuz kovan arasında meydana gelen boşluktan kaynaklanan bir hata (bunu azaltmak için sıkıştırma yayları kullanılır).

4.Sürtünmeden kaynaklanan hata.

Potansiyometre sensörünün fırçasını tahrik eden elemanın düşük güçlerinde, sürtünme nedeniyle bir durgunluk bölgesi oluşabilir.

Fırça basıncı dikkatlice ayarlanmalıdır.

5. Yük etkisi nedeniyle hata.

Yükün yapısına bağlı olarak, hem statik hem de dinamik modda bir hata oluşur. Aktif bir yük ile statik karakteristik değişir. Çıkış gerilimi değeri şu ifadeye göre belirlenecektir: Uout = (UrRn) / (RRn + Rr-r2)

Bunlar. Uout = f(r) Rn'ye bağlıdır. Rn >> R ile Uout = (U / R) r olduğu gösterilebilir;

Rn yaklaşık olarak R'ye eşit olduğunda, bağımlılık doğrusal değildir ve sensörün maksimum hatası, kaydırıcı (2/3)l'den saptığında olacaktır. Genellikle Rн / R = 10 … 100'ü seçin. x = (2/3) l'deki hatanın büyüklüğü şu ifadeyle belirlenebilir: E = 4/27η, burada η= Rн / R — yük faktörü.

Yük altında potansiyometrik sensör

a — Bir potansiyometrik sensörün yüklü eşdeğer devresi, b — Yükün potansiyometrik sensörün statik karakteristiği üzerindeki etkisi.

Potansiyometrik sensörlerin dinamik özellikleri

İletim işlevi

Transfer fonksiyonunu türetmek için yük akımını çıkış değeri olarak almak daha uygundur; eşdeğer üreteç teoremi kullanılarak belirlenebilir. B = Uout0 / (Rvn + Zn)

İki durumu ele alalım:

1. Yük tamamen aktiftir Zn = Rn çünkü Uout0 = K1x In = K1x / (Rin + Rn)

burada K1, sensörün rölanti hızıdır.

Laplace dönüşümünü uygulayarak W (p) = In (p) / X (p) = K1 / (Rin + Rn) = K transfer fonksiyonunu elde ederiz.

Bu şekilde ataletsiz bir bağlantı elde ettik, bu da sensörün bu bağlantıya karşılık gelen tüm frekans ve zaman özelliklerine sahip olduğu anlamına gelir.

Eşdeğer devre

2. Aktif bileşenli endüktif yük.

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

Laplace dönüşümünü uygulayarak Uoutx (p) = In (p) [(Rvn + pL) + Rn] elde ederiz.

Dönüşümler yoluyla, W (p) = K / (Tp + 1) formundaki bir transfer fonksiyonuna ulaşılabilir - 1. dereceden periyodik olmayan bir bağlantı,

burada K = K1 / (Rvn + Rn)

T = L / (Rvn + Rn);

Potansiyometre sensörünün dahili gürültüsü

Gösterildiği gibi, fırça bir dönüşten diğerine hareket ettikçe, çıkış voltajı aniden değişir. Adımlama tarafından oluşturulan hata, transfer fonksiyonunun çıkış voltajı üzerine bindirilmiş bir testere dişi voltajı şeklindedir, yani. gürültüdür. Fırça titreşirse, hareket aynı zamanda gürültü (parazit) oluşturur. Titreşimsel gürültünün frekans spektrumu, ses frekans aralığındadır.

Titreşimleri ortadan kaldırmak için pantograflar, birbirine katlanmış farklı uzunluklarda birkaç telden yapılır. O zaman her telin doğal frekansı farklı olacaktır, bu teknik rezonansın ortaya çıkmasını engeller. Termal gürültü seviyesi düşüktür, özellikle hassas sistemlerde dikkate alınır.

fonksiyonel potansiyometrik sensörler

Otomasyonda fonksiyonel transfer fonksiyonlarının genellikle doğrusal olmayan bağımlılıklar elde etmek için kullanıldığına dikkat edilmelidir.Bunlar üç şekilde oluşturulur:

• bobin boyunca telin çapını değiştirmek;

• bobin hatve değişikliği;

• belirli bir konfigürasyona sahip bir çerçevenin kullanılması;

• lineer potansiyometrelerin bölümleri farklı boyutlarda dirençlerle manevra yaparak.

Örneğin, üçüncü yönteme göre ikinci dereceden bir bağımlılık elde etmek için, şekilde gösterildiği gibi çerçevenin genişliğini doğrusal olarak değiştirmek gerekir.

fonksiyonel potansiyometre sensörü

çok turlu potansiyometre

Geleneksel potansiyometre sensörleri sınırlı bir çalışma aralığına sahiptir. Değeri, çerçevenin geometrik boyutları ve bobin dönüş sayısı ile belirlenir. Süresiz olarak artamazlar. Bu nedenle, çok dönüşlü potansiyometre sensörleri, dirençli bir elemanın birkaç dönüşle spiral bir çizgide büküldüğü, motorun bobinin bir ucundan diğerine hareket etmesi için eksenlerinin birkaç kez döndürülmesi gerektiği uygulama bulmuştur. bu tür sensörlerin elektrik aralığı 3600'ün katıdır.

Çok dönüşlü potansiyometrelerin ana avantajı, küçük genel boyutlara sahip dirençli elemanın büyük uzunluğu nedeniyle elde edilen yüksek çözünürlük ve doğruluklarıdır.

fotopotansiyometreler

Fotopotansiyometre - dirençli bir tabakaya sahip geleneksel bir potansiyometrenin temassız bir analogudur, içindeki mekanik temas, elbette güvenilirliği ve hizmet ömrünü artıran bir foto iletken ile değiştirilir. Fotopotansiyometreden gelen sinyal, kaydırıcı görevi gören bir ışık probu tarafından kontrol edilir. Özel bir optik cihaz tarafından oluşturulur ve fotoiletken katman boyunca harici mekanik etkinin bir sonucu olarak yer değiştirebilir. Fotokatmanın maruz kaldığı noktada, aşırı (karanlığa kıyasla) fotoiletkenlik meydana gelir ve bir elektrik kontağı kurulur.

Fotopotansiyometreler amaca göre doğrusal ve işlevsel olarak ayrılır.

Fonksiyonel fotopotansiyometreler, profilli dirençli tabaka (hiperbolik, üstel, logaritmik) nedeniyle ışık kaynağının uzamsal hareketinin belirli bir fonksiyonel formla bir elektrik sinyaline dönüştürülmesine olanak tanır.