Принцип работы потенциометрического датчика

Трансформаторные датчики

Принцип действия трансформаторных датчиков основан на изменении коэффициента взаимоиндукции обмоток при переме­щении якоря. Они относятся к электромагнитным датчикам гене­раторного типа.

Магнитные системы трансформаторных датчиков такие же, как и у рассмотренных в предыдущем параграфе индуктивных датчиков. От­личие заключается лишь в том, что до­бавляется еще обмотка, с которой и снимается выходной сигнал. Благода­ря этому в трансформаторных датчи­ках отсутствует непосредственная элек­трическая связь между цепью питания и измерительной цепью. Существует связь лишь за счет магнитного поля (трансформаторная связь), что позво­ляет выбором числа витков выходной обмотки получить любой уровень выходного напряжения.

Пример: Обмотка возбуждения w1 питается напряжением U1, ко­торое создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Во вторичной обмотке w2 индуцируется ЭДС E2, значение кото­рой зависит от величины воздушного зазора б. Максимальная ЭДС Е2 получается при =0, поскольку при этом магнитное со­противление замкнутого магнитопровода минимально и по нему проходит максимальный магнитный поток Ф. С увеличением ! уменьшаются магнитный поток и соответствующая ему ЭДС E2.

Трансформаторные датчики используются для измерения линейных перемещений, давлений, расходов и др.

Потенциометрический датчик: описание, устройство и схема

В технике широко применяются приборы для измерения величин перемещений объектов с их преобразованием в электрические сигналы. Потенциометрический датчик в большинстве конструкций представляет собой реостат и соединенный с объектом скользящий контакт, с которого снимается сигнал. Выходной параметр — это величина электрического сопротивления, зависящего от углового или линейного перемещения подвижного элемента.

Принцип действия

Потенциометр преобразует линейные или угловые перемещения в соответствующие величины напряжения, тока или сопротивления. За счет этого можно работать со многими неэлектрическими величинами: давлением, уровнем, расходом и др.

Потенциометрические датчики, принцип действия которых заключается в измерении перемещения или места расположения положения, соединяются своими подвижными контактами переменного резистора с объектами. Это могут быть клапаны, антенны, режущие инструменты и многое другое. После подачи питания на датчик с него снимается сигнал положения движка потенциометра, как с делителя напряжения.

Базовый метод регистрации во всех моделях остается одним и тем же, но имеются конструктивные отличия. Сигнал может сниматься напрямую или с помощью электронной схемы после его обработки и нормализации. Важно, чтобы он соответствовал определенным стандартам.

Достоинства потенциометрических датчиков

• Простота конструкции.
• Небольшая стоимость.
• Хорошая разрешающая способность.
• Компактность и малый вес.
• Стабильность показаний.

Конструктивное исполнение

В промышленности распространены проволочные потенциометрические датчики перемещения. Они обладают высокой точностью и стабильностью, имеют малые величины температурного и переходного сопротивлений и низкий уровень шумов. К недостаткам относятся: небольшая величина сопротивления, малая разрешающая способность, износ подвижных частей и ограниченность применения при работе на переменном токе.

Устройства состоят из трех основных элементов:

1. Каркас. Изготовлен из теплопроводного изоляционного материала или металла с диэлектрическим покрытием, не меняющий геометрические размеры при нагревании. Форма может быть в виде кольца, изогнутой пластины, стержня.
2. Изолированная обмотка. Выполняется с точной укладкой провода, от шага которой зависит разрешающая способность прибора.
3. Подвижная щетка. В местах ее соприкосновения с обмоткой витки очищены от изоляции. Подвижный контакт в устройствах может перемещаться поступательно или вращательно. В последнем случае устройства могут быть одно- или многооборотного исполнения.

Материалы

Каркас изготавливается из диэлектрического материала: керамики, гетинакса, текстолита, пластмассы. Применяется металл с изоляционным покрытием. Его высокая теплопроводность дает возможность хорошо отводить тепло от провода датчика.

Металл обмотки обладает высоким удельным электрическим сопротивлением, стойкостью к коррозии, небольшим влиянием температуры, прочностью на истирание и разрыв. Этим требованиям соответствует манганин, константан, никельхромовые сплавы. Намотка также может быть ламельной или пленочной.

Скользящие контакты снижают надежность датчиков и усложняют конструкцию. Недостатки проволочных потенциометров:

• низкая надежность контактов;
• нестабильность переходного сопротивления между движком и обмоткой из-за окисления и электроэрозии провода;
• дребезг контактов.

Большой ресурс имеют токопроводящие пластмассы, имеющие также лучшую линейность характеристики. Датчики на их основе применяются там, где требуется высокая надежность, особенно – в авиации.

Контакт щетки изготавливается с добавкой благородных металлов, чтобы они были мягче материала обмотки.

Схемы

Датчики потенциометрического типа имеют статическую характеристику — зависимость напряжения на выходе U_вых от перемещения контакта X. Связь между этими параметрами у ненагруженного потенциометра обычно линейная:

где L — длина датчика, k — чувствительность (k = U_пит/L).

В реальности потенциометрический датчик содержит нагрузочное сопротивление R_н в следующем звене системы автоматического управления, которое влияет на величину U_вых.

Низкая надежность датчиков, связанная с потерей контакта, обрывом обмотки или межвитковым замыканием, приводит к необходимости изменения схемы соединений.

Если знак сигнала на выходе не меняется, датчик называется однополярным. Он представляет собой простейшее устройство типа переменного резистора.

Схема потенциометрического датчика двухтактного типа применяется для автоматического регулирования, где на выходе изменяется знак сигнала в зависимости от того, какой он на входе. От этого зависит направление управляющего перемещения рабочего органа.

Напряжение может сниматься со щетки и с середины потенциометра. Применяются также другие схемы подключений. При питании постоянным током, когда подвижный контакт проходит через его среднюю точку, знак на выходе изменяется на противоположный. Если на обмотку подается напряжение переменного тока, изменяется фаза на 180 0 .

В автоматике используются нелинейные характеристики датчиков. Для этого изменяется диаметр проволоки вдоль намотки, шаг обмотки, применяются каркасы сложной формы, шунтируются участки потенциометров сопротивлениями.

Эксплуатационные характеристики

Характеристика холостого хода датчика представляет собой прямую линию (R/R_н = 0). Отклонение кривых от нее увеличивается с уменьшением сопротивления нагрузки R_н.

Кроме активного сопротивления у датчиков есть еще динамические нагрузки:

1. Передаточная функция.
2. Индуктивная составляющая.
3. Собственные шумы при переходе подвижного контакта от витка к витку и от вибрации щетки.

Сопротивление между контактом движка и одним из выводов называется выходным. Измеряется его величина, сила тока или напряжение.

Погрешности датчиков

На реальные характеристики датчиков влияют следующие погрешности:

1. Зона нечувствительности. При переходе контакта с одного витка провода на другой происходит скачок напряжения, величина которого определяется по формуле: DU=U_пит./W, где W – число витков.
2. Неравномерность статической характеристики, связанная с колебаниями диаметра провода по длине, его удельным сопротивлением и точностью намотки.
3. Наличие люфта между движком контакта и втулкой, влияющего на точность показаний.
4. Неравномерность нажима щетки, влияющая на величину сопротивления контакта. Обычно силу прижатия движка к обмотке применяют достаточно большую. Однако сделать это не всегда удается, поскольку усилие от чувствительных элементов (мембран, поплавков, биметаллических пластин) — небольшое.
5. Влияние электрического сопротивления нагрузки R_н. Ее величину выбирают в 10…100 раз больше сопротивления датчика.

Назначение

Потенциометрический датчик положения предназначен для следующих целей:

• контроль и измерение перемещений механизмов, рабочих органов машин и других объектов;
• звено обратной связи в робототехнике и в системах автоматики;
• определение расстояний до объектов;
• испытания в лабораториях, контроль работы механизмов.

Типы датчиков

Применение потенциометрического датчика зависит от типа:

1. T/TS – высокоточный прибор (0,075%), работающий в диапазоне осевых перемещений 150 мм. Подходит для окружной скорости до 10 м/с. Конструкция – обеспечение перемещения стержня в двух направлениях по принципу делителя напряжения.
2. TR/TRS – такой же, как предыдущий, но с возвратной пружиной. Перемещение достигает 100 мм. Выдерживает более высокие поперечные нагрузки на наконечнике.
3. TE1 – модель, которая содержит электронную схему для нормализации сигналов с аналоговым выходом.
4. TE1 с возвратной пружиной – модификация для решения более широкого круга задач. Датчик более устойчив при повышенных поперечных нагрузках.
5. TEX – потенциометрический датчик с поворотной головкой и с отслеживанием линейных перемещений объектов на расстояние до 300 мм. Шарнирное соединение облегчает монтаж и обеспечивает длительный срок эксплуатации.
6. TEX с приводной штангой с резьбой на конце. Дает возможность жестко фиксировать объект.
7. TEX с возвратной пружиной не требует жесткого крепления объекта к штанге.
8. TX2 с поворотной головкой или с крепежными хомутами. Применяются в тяжелых условиях эксплуатации. Уровень защиты составляет IP 67, точность — 0,05%.

Применение потенциометров в датчиках давления

Параметры работы различных устройств удобно преобразовывать в электрические сигналы. Потенциометрический датчик давления жидкости или газа применяют в системах подачи топлива в машинах, газа в магистралях и т. п. Обычно это мембранные измерительные приборы.

Под действием перепада давления на обеих сторонах мембраны происходит ее перемещение. При этом также поворачивается ползун. Если давления Р₀ и Р_и равны между собой, движок переходит в исходное левое положение, при котором устанавливается начальное сопротивление прибора. Когда Р_и уменьшается, мембрана перемещается вправо, а ползунок устанавливает щетку потенциометра в положение, соответствующее перепаду давления.

Чтобы снизить погрешность дискретного изменения сопротивления потенциометра, количество витков на нем делают не менее 100. Ее можно полностью устранить, если перемещать щетку вдоль оси калиброванной проволоки реохорда.

Конструкции датчиков

Датчик линейного перемещения потенциометрический состоит из диэлектрического каркаса различной формы (пластины, цилиндра, кольца и др.), на который наматывается изолированный провод, присоединенный к зажимам и закрепленный хомутами на концах. По обмотке перемещается металлическая щетка. Для датчиков поворотного типа каркасы делаются кольцевой формы, продольного – прямолинейные. В местах контакта с движком изоляция на проводе отсутствует.

На зажимы подается напряжение питания. Выходной сигнал снимается между одним из концов провода и контактом щетки, хотя есть другие схемы подключений.

Каждый линейный потенциометрический датчик имеет статическую характеристику в виде зависимости величины выходного сигнала от перемещения контакта щетки.

Заключение

Потенциометрический датчик должен быть надежным, удобным и долговечным при его применении в измерительной технике и в системах автоматического регулирования. Устройства контроля положения объектов различаются по принципу действия и по видам сигналов выхода, которые должны соответствовать стандартам.

Потенциометры. Виды и устройство. Работа и особенности

Потенциометры — это регулируемые делители напряжения, которые предназначены для регулирования напряжения при неизменной величине тока, и выполненные по типу переменного резистора.

Устройство и работа

На выводы резистивного элемента подается напряжение, которое предполагается регулировать. Подвижный контакт является регулирующим элементом, который приводится в действие вращением ручки. От подвижного контакта снимается напряжение, которое может находиться в диапазоне от нуля до наибольшей величины, равной входному напряжению на потенциометр, и зависит от текущей позиции подвижного контакта.

Потенциометр действует по типу переменного резистора, однако выполняет функции делителя напряжения. Его резистивный компонент представляет собой два резистора, которые соединены последовательно. Положение скользящего контакта является определяющим в определении отношения величины сопротивления 1-го резистора ко 2-му.

Наиболее популярным стал переменный однооборотный резистор. Он широко применяется в радиотехнике в качестве регулятора громкости, и в других устройствах. При изготовлении потенциометров применяются разные материалы для изготовления резистора: металлическая пленка, токопроводящий пластик, проволока, металлокерамика, углерод.

Виды и особенности

Потенциометры классифицируются по типу изменения сопротивления, типу корпуса устройства и другим различным признакам, и параметрам.

Основное разделение потенциометров.

По характеру изменения сопротивления:

• Линейные . Маркируются буквой «А». Сопротивление изменяется в прямой зависимости от угла поворота передвижного контакта.
• Логарифмические . Маркируются буквой «В». В начале движения ползунка сопротивление изменяется быстро, а затем замедляется.
• Экспоненциальные . Маркируются буквой «С». При повороте ручки сопротивление изменяется по экспоненциальной зависимости, то есть, вначале медленно, затем быстрее. Буквенные обозначения не всегда могут соответствовать действительности, так как это зависит от фирмы изготовителя прибора. Поэтому для определения типа потенциометра необходимо изучить техническое описание данного экземпляра.

По типу корпуса потенциометра:

• Монтажные . Устанавливаются путем пайки на монтажную плату.

• Стационарные оборотные . Располагаются на корпусе различных устройств. В свою очередь оборотные потенциометры разделяют на несколько видов:
  — Однооборотные.

Скользящий элемент может поворачиваться на один оборот, а точнее, около 270 градусов. На полный оборот поворот невозможен, так как на остальной части сектора поворота размещены клеммы контактов. Наиболее популярными однооборотные переменные резисторы стали в устройствах, не требующих для регулировки более одного оборота.
— Многооборотные.

Подвижный контакт имеет возможность выполнять несколько оборотов для увеличения точности регулирования параметра. Такие переменные резисторы обычно оснащены винтовым или спиральным резистивным элементом, применяются в устройствах, требующих повышенной точности разрешения и регулировки. Многооборотные модели чаще всего используют в виде подстроечных сопротивлений на монтажной плате.
— Сдвоенные.

Включают в себя два переменных резистора, расположенных на одной оси. Это дает возможность выполнять регулировку параллельно двух сопротивлений. В таких моделях наиболее популярно использование сопротивлений с логарифмической и линейной зависимостью. Они применяются в стереорегуляторах усилителей звука, радиоприемниках и других приборов, требующих регулировки одновременно двух отдельных каналов.

• Линейные (ползунковые) . Такие модели потенциометров разделяют на виды:
  — Потенциометр ползунковый.

Одинарный линейный потенциометр служит для устройств аудиоаппаратуры. Такие модели выполняют из токопроводящего пластика для повышения качества изделия, используются для регулировки одного канала.
— Линейный двойной.

Такая модель способна регулировать сразу два отдельных канала. Часто применяется для настройки стереофонической аппаратуры в профессиональных аудиоустройствах, требующих управления двумя каналами.
— Ползунковый многооборотный.

Его конструкция включает в себя шпиндель, который преобразует вращательное движение в прямолинейное поступательное перемещение ползунка по сопротивлению. Он применяется в местах, где необходимо повышенное разрешение и точность. Такая модель устанавливается для подстройки параметров на монтажной плате.

Также разделяют на:

• Тонкопленочные.
• Проволочные.

По назначению делятся:

• Переменные.
• Подстроечные.

Сопротивления проволочных образцов выполняются из константановой или манганиновой проволоки, которая намотана на стержень, изготовленный из керамики. Такие модели резисторов изготавливают на мощность более 5 ватт.

Тонкопленочные резисторы включают в себя сопротивление из пленки, которая нанесена на диэлектрическую пластину, похожую на подкову. По ней передвигается ползунок, который связан с выходным контактом. Эта пленка образована слоем углерода, лака или другого токопроводящего материала.

Подстроечные резисторы предназначены для однократной подстройки значения сопротивления. Например, они используются в обратной связи импульсных блоков питания. Такие модели имеют компактные размеры, и спроектированы для профилактических или предварительных настроек устройств. После этого их чаще всего не трогают, оставляют с одной настройкой. Поэтому такие образцы не имеют высокой надежности и прочности, в отличие от переменных резисторов.

Переменные резисторы способны функционировать длительное время и большое число циклов регулировки.

Такие образцы потенциометров имеют повышенную стойкость к износу, в отличие от подстроечных. Переменные резисторы используются в качестве потенциометров в таких устройствах, где требуется настройка громкости звучания акустической системы, либо точная настройка температуры какого-либо устройства.

Потенциометры марки СП-1 на металлическом корпусе имеют вывод для подключения к общему корпусу устройства для защиты от помех.

Резисторы для подстройки марки СПЗ – 28 не имеют металлического корпуса, и его защитой будет корпус прибора, в котором установлен резистор. Внутренняя часть переменных резисторов аналогична, однако внешне они выглядят по-разному. Резисторы переменного типа оснащены надежной металлической или пластмассовой ручкой, которая соединена с ползунком.

Резистор, предназначенный для подстройки, не имеет такой ручки, и регулируется с помощью отвертки. Она вставляется в регулировочный паз механизма, который соединен с ползунком.

На электрических схемах потенциометры чаще всего изображают в виде постоянного резистора, имеющего регулирующий отвод со стрелкой. Она является символом подвижного контакта прибора.

При изображении в схеме реостата применяется изображение в виде прямоугольника, пересеченного наискось стрелкой. Это обозначает, что в работе задействовано два контакта: один – регулирующий, другой – один из двух крайних выводов.

Подстроечный резистор обозначают без стрелки, а контакт регулировки показывают тонкой линией.

Потенциометры с выключателем . Некоторые образцы потенциометров объединяют в одной конструкции две функции: потенциометра и выключателя. В регуляторе громкости такая конструкция очень удобна, особенно в переносном радиоприемнике. Повернув ручку, подключается питание, далее сразу происходит настройка громкости. Выключатель не соединен с цепью резистора, и имеет отдельную цепь. Однако он находится в одном корпусе с потенциометром.

Для примера можно показать такие марки переменных резисторов:

• 24 S1 (китайский).
• СПЗ-3М (отечественный).

Существуют также неразборные резисторы для подстройки марки СП4 – 1. Они заливаются эпоксидным компаундом, и служат для устройств военного применения. Резисторы марки СП3 – 16 предназначены для вертикальной установки на монтажную плату.

Металлокерамические потенциометры используются при производстве бытовых устройств. Их припаивают на плату для подстройки некоторых параметров. Мощность таких компактных резисторов достигает 0,5 Вт.

Резисторы с сопротивлением из лаковой пленки СП3-38 имеют открытый корпус. Они не защищены от пыли и влаги, имеют мощность менее 0,25 Вт.

Такие модели необходимо регулировать отверткой из диэлектрического материала, чтобы не допустить случайного замыкания. Подобные резисторы простой конструкции популярны в бытовой технике и электронике, особенно в источниках питания мониторов.

Герметичные потенциометры для подстройки оснащены защитным корпусом. Регулировка осуществляется диэлектрической отверткой. Они имеют повышенную надежность, так как на контактную дорожку не попадает влага и пыль.

Тороидные охлаждаемые переменные резисторы СП5 – 50М обладают достаточно мощным сопротивлением, имеют вентиляционные отверстия для охлаждения. Намотка проводника выполнена по форме тороида. Скользящий контакт перемещается по нему при вращении ручки с помощью отвертки.

В телевизионных приемниках еще встречаются высоковольтные виды подстроечных резисторов НР1-9А. Их величина сопротивления равна 68 мегом, мощность 4 Вт.

Они представляют собой набор резисторов из металлокерамики, собранные в одном корпусе. Стандартное рабочее напряжение для такого резистора равно 8,5 киловольт, наибольшее напряжение 15 киловольт.

4. Потенциометрические датчики

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

§ 4.1. Назначение. Принцип действия

Потенциометрические датчики предназначены для пре­ образования механического перемещения в электрический сигнал.
Основной частью датчика является реостат, сопротивление кото­рого изменяется при перемещении движка, скользящего по проволоке (схема вклю­чения потенциометрического датчика показана на рис.4.1, а). Напряжение питания подается на всю обмотку реостата через неподвижные выводы этой обмотки. Вы­ходное напряжение, пропорциональное перемещению движка, снимается с одного из неподвижных выводов и с подвижного движка. Такая схема включения в электротехнике называется потенциометрической или схемой делителя напряжения.

Если сопротивление всей обмотки датчика обозначить через R, а сопротивление части этой обмотки, с которой снимается вы­ходное напряжение, через, то потенциометрическая схема включения датчика может быть представлена как последовательное соединение резисторов с сопротивлением (рис.4.1, б). Ток через обмотку датчика, а приложенное напряжение распределяется (делится) между последовательно соеди­ненными резисторами: Если сопротивление обмотки равномерно распределить по длине I, а перемещение
движка обозначить через х, то выходное напряжение датчика

(4.1)

Таким образом, выходной сигнал датчика пропорционален пере­мещению движка.

В автоматических системах движок может быть механически связан с каким-либо устройством (клапаном, рулем, антенной, режущим инструментом и т. п.), положение которого надо изме­рить и передать в виде электрического сигнала. Усилие, под дей­ствием которого перемещается движок, в этом случае весьма велико. Поэтому для обеспечения надежного контакта между движком и обмоткой следует иметь достаточно большую силу прижатия движка. В автоматических приборах для измерения различных неэлектрических величин движок датчика соединяется с чувствительным элементом, преобразующим контролируемую величину в перемещение. Усилие, развиваемое чувствительными элементами (мембранами, биметаллическими пластинами, поплав­ками и т. п.), невелико. Поэтому нельзя сильно прижимать дви­жок к обмотке.

Наличие скользящего контакта снижает надежность потенциометрического датчика и является его основным недостатком. Для питания датчика может быть использовано как напряжение постоянного тока, так и напряжение переменного тока невысо­кой частоты. Входным сигналом датчика может быть не только линейное, но и угловое перемещение.

Общие сведения о потенциометрических датчиках

Потенциометрические датчики относятся к типу датчиков, преобразующих линейные и угловые перемещения в электрический сигнал и представляющие собой переменное электрическое сопротивление, величина которого зависит от положения токосъемного устройства. На стенде в левом верхнем углу расположены различные виды потенциометров.

Потенциометры в схемах работают с источником постоянного и переменного тока. Потенциометрические датчики применяются в различных системах автоматического контроля и регулирования, когда любая регулируемая или контролируемая физическая величина может быть преобразована в перемещение движка датчика.

Таким образом, входной величиной датчика является перемещение X или угол поворота движка, тогда как выходной величиной можно считать сопротивление R, ток I или напряжение U.

Потенциометрическим проволочным датчикам присуще наличие зоны нечувствительности, которая обусловлена диаметром токопроводящей проволоки.

Потенциометр (рисунки 5.1–5.4) представляет собой электрическое сопротивление R с линейным и угловым перемещением ползунка.

Основой потенциометра (линейного) является керамическая труба, закрепленная торцами между двумя металлическими щеками при помощи стяжных болтов. В щеках имеются вентиляционные отверстия для охлаждения керамики. На наружной поверхности керамической трубы вплотную навита обмотка сопротивления, концы которой закреплены хомутами. Каждый хомут соединен перемычкой со своей клеммой, расположенной на щеке. Над обмоткой укреплены направляющие стержни, вдоль которых по зачищенной поверхности обмотки перемещается ползун с контактными роликами или плоскими пружинными контактами. Ползунок соединяется с выходом третьей клеммой потенциометра.

В потенциометрах с угловым перемещением обмотка наматывается на изоляционный материал, выполненный в виде кругового сектора.

Потенциометры бывают проволочные и непроволочные. У непроволочных потенциометров токопроводящий слой состоит из углерода на лаковой основе или специального металлического сплава высокого удельного сопротивления, нанесенных тонким слоем на поверхность керамики или иного изоляционного материала. Такие датчики обладают линейной статической характеристикой.

Рисунок 5.1 – Потенциометрический измерительный преобразователь (ИП) линейных перемещений в электрический сигнал:

а – схема включения, б – статическая характеристика

У проволочных датчиков токопровод состоит из однослойной проволочной обмотки, с диаметром проволоки 0,03–0,1 мм для датчиков высокого класса точности и 0,3–0,4 мм для датчиков низкого класса.

В системах автоматики используются и различные функциональные потенциометры (с переменной высотой каркаса, изменяющимся шагом намотки, с фигурным каркасом, с сопротивлениями, с шунтирующими участками с линейным распределением сопротивления), квадратные, логорифмические, синусные, синусно-косинусные.

В простых датчиках между сопротивлением и перемещением (статическая характеристика) существует линейная зависимость:

– для прямых,

– угловых,

где f – длина кругового сектора).

В функциональных датчиках в зависимости от характера намотки проволоки на каркас можно получить любого вида функциональную связь между величиной перемещения и изменением сопротивления (рисунок 5.4).

Для этой цели применяется намотка проволоки на фигурный каркас, шунтировка секций, фигурный перекатывающийся контакт и другие способы.

Рисунок 5.4 – Функциональные потенциометры:

а – с профильным каркасом: б – со ступенчатым каркасом; в– с зашунтированными секциями; г – с перекатывающимся фигурным контактом; д – синусно-косинусный

Основными эксплуатационными характеристиками потенциометров являются: величина активного сопротивления, номинальная мощность рассеивания, уровень внешних шумов, износоустойчивость и вибропрочность, стабильность величины сопротивления.

Статическая характеристика определяет функциональную зависимость выходного напряжения потенциометра от перемещения его движка:

U_вых = U₂ = f(x) или U₂ = f(α).

Для большинства типов потенциометров, используемых в автоматических системах, эта зависимость линейна при условии компенсации влияния нагрузки на точность работы потенциометра.

Влияние нагрузки R_н, подключенной к выходу потенциометра, характеризуются погрешностью, величина которой выражается в абсолютных (в единицах напряжения) или относительных (в процентах) единицах.

Относительная статистическая погрешность измерений для каждой ступени нагрузки (тарировки) вычисляется по формуле:

где U_2пp – показания измерительного прибора при прямом ходе;

U_2об – показания измерительного прибора при обратном ходе.

Статическая чувствительность определяется крутизной выходного напряжения и характеризует приращение выходного напряжения на единицу линейного или углового перемещения его движка (В/мм или В/рад).

Номинальная мощность рассеивания определяется максимальной допустимой мощностью, длительно рассеиваемой на сопротивлении потенциометра без нарушения его нормальной работы.

Номинальная величина активного сопротивления характеризуется значением активного сопротивления потенциометра при его изготовлении. Потенциометры в зависимости от номинального значения делятся на классы.

Уровень собственных шумов потенциометра оценивается величиной ложного сигнала, появляющегося на его выходе вследствие мгновенного нарушения контакта, возникающего при больших скоростях перемещения или вибрации ползунка.

Износоустойчивость потенциометра определяется числом перемещений (поворотов) ползунка от упора до упора, которое потенциометр может выдержать без нарушения его нормальной работы.

Вибропрочность оценивается временем, в течение которого потенциометр выдержит колебания в заданном диапазоне частот и с заданным ускорением без нарушения его нормальной работы.

Стабильность сопротивления характеризуется изменением величины сопротивления потенциометра с течением времени под влиянием температуры, влажности, рассеивания мощности и т. д. при подаче напряжения.

Типовые схемы включения потенциометра, наиболее часто применяемые в автоматических системах, представлены на рисунках 5.1, 5.3.

Основные соотношения ненагруженного прямого потенциометра (рисунок 5.1а) U₂ = U₀К – выходное напряжение, где – относительное перемещение ползунка.

Выходное напряжение потенциометра практически является функцией перемещения его ползунка. Погрешность преобразования механического перемещения в электрический сигнал определяется собственной погрешностью потенциометра.

Основные отношения нагруженного потенциометра (рисунок 5.1а) (0