Меню

Где применяются потенциометрические датчики

Потенциометры и их применение

Потенциометром называется регулируемый делитель напряжения, который в отличие от реостата служит для регулировки напряжения при почти неизменном токе.

Делитель напряжений — комбинация из сопротивлений, служащая для того, чтобы разделить подводимое напряжение на части. Простейший делитель напряжения представляет собой два сопротивления соединенные последовательно с источником э. д. с.

Снимаемое с подвижного отводного контакта потенциометра напряжение может изменяться от нуля до максимального значения, равного приложенному к потенциометру напряжению, в зависимости от текущего положения подвижного контакта.

Величина снимаемого напряжения может как линейно зависеть от перемещения движка, так и логарифмически, и потенциометры по типу этой зависимости подразделяются на линейные и логарифмические (также антилогарифмические). Как вы уже поняли, речь в нашей статье пойдет о переменных резисторах.

На сегодняшний день различных переменных резисторов выпускается масса. Для любой электронной схемы можно подобрать переменный резистор, который станет потенциометром. Между тем, переменные резисторы делятся на два типа по своему устройству: тонкопленочные и проволочные, а по функциональному назначению — на непосредственно переменные и подстроечные.

Проволочные переменные резисторы содержат в себе манганиновую или константановую проволоку в качестве элемента с изменяемым сопротивлением. Проволока намотана на керамический стержень, формируя собой обмотку, по которой скользит ползунок, связанный с регулировочным механизмом, и таким образом можно изменить сопротивление между отводным контактом и контактами основными. Проволочные резисторы способны рассеивать мощность 5 ватт и даже более.

Тонкопленочные переменные резисторы содержат в качестве элемента сопротивления пленку, нанесенную на подковообразную диэлектрическую пластинку, по которой и перемещается ползунок, связанный с отводным контактом и с механизмом регулировки. Пленка представляет собой слой лака, углерода или иного материала, который указывается в документации.

Подстроечные резисторы служат для одноразовой настройки сопротивления, например в качестве потенциометров на схемах обратной связи импульсных источников питания всегда можно встретить подстроечные резисторы.

Подстроечные резисторы имеют небольшие габаритные размеры, и рассчитаны всего на несколько циклов регулировки с целью предварительной или профилактической настройки оборудования, и больше их, как правило, не трогают. Поэтому подстроечные резисторы не являются очень стойкими и прочными, по сравнению с переменными резисторами, и рассчитаны максимум на несколько десятков циклов регулировки.

Переменные резисторы рассчитаны на большое количество циклов перестройки, которое может достигать сотен тысяч раз. Переменные резисторы поэтому более износоустойчивы, чем подстроечные. Однако и здесь нужно знать меру, ведь если превысить гарантированное количество циклов перестройки, то и переменный резистор может выйти из строя.

Очевидно, подстроечный резистор никогда не заменит переменный, и если этот принцип нарушить, то можно поплатиться низкой надежностью конструируемого устройства.

Переменные резисторы применяются в тех устройствах, где регулировка подразумевается назначением устройства, например регулировка громкости в акустической системе или плавная регулировка температуры бытового колорифера. На электрогитаре можно встретить в роли потенциометра переменный резистор.

Переменные резисторы типа СП-1 на защитной крышке имеют вывод, который соединяется с общим выводом, и крышка служит электрическим экраном. Подстроечные же резисторы типа СП3-28а не имеют защитной крышки, защитой будет служить корпус устройства в котором данный резистор будет установлен.

И хотя внутренне резисторы по устройству похожи, снаружи все выгладит иначе. Переменный резистор имеет прочную металлическую или пластиковую ручку, связанную с ползунком, а подстроечный резистор регулируется отверткой, которая вставляется в специальный паз регулировочного механизма, связанного с круговым ползунком.

На схемах переменные резисторы легко узнать, они изображаются как постоянный резистор, но с регулировочным отводом в виде стрелки, символизирующей подвижный контакт потенциометра или реостата, в зависимости от схемы включения компонента. Буква R на схеме точно так же обозначает переменный резистор, как и постоянный, разница лишь в графическом изображении компонента.

При реостатной схеме включения используется изображение в виде резистора, пересеченного наискосок стрелкой, это указывает на то, что задействованы всего два контакта — регулировочный и один из крайних. Подстроечный же резистор на схеме обозначается без стрелки, а регулировочный контакт обозначается тонкой полоской.

Переменные резисторы, бывает, сочетают в себе с функцией потенциометра еще и функцию выключателя. Это удобно, когда переменный резистор используется в качестве регулятора громкости, скажем, портативного радиоприемника, когда поворотом ручки сначала осуществляется включение, затем сразу настраивается громкость.

Читайте также:  Датчик тахометра газель бизнес 4216

Электрически встроенный выключатель не связан с цепью резистора, но находится в том же корпусе, что и переменный резистивный элемент с подвижным контактом. Примером переменных резисторов с интегрированным выключателем может служить отечественный СП3-3бМ или 24S1 китайского производства.

Среди переменных резисторов встречаются сдвоенные и даже счетверенные, когда поворот одной ручки приводит к перестройке сразу двух или четырех независимых электрически, на функционально связанных цепей. Например регулятор стерео баланса удобно реализовывать таким образом. В эквалайзерах используется до двух десятков сдвоенных резисторов.

На схемах сдвоенные (счетверенные) резисторы отличаются обозначением и графическим изображением: пунктир указывает на то, что механически подвижные контакты объединены.

Типов подстроечных и переменных резисторов на современном рынке множество. Это и неразборные подстроечные резисторы типа СП4-1, залитые эпоксидным компаундом, и предназначенные для аппаратуры оборонного назначения и подстроечные типа СП3-16б для вертикального монтажа на плату, и т.д.

При изготовлении бытовой аппаратуры, на платы впаивают маленькие подстроечные резисторы, которые, кстати, могут по мощности достигать 0,5 ватт. В некоторых из них, например в СП3-19а, в качестве резистивного слоя применяется металлокерамика.

Есть и совсем простые подстроечные резисторы на основе лаковой пленки, такие как СП3-38 с открытым корпусом, уязвимые для влаги и пыли, и мощностью не более 0,25 ватт. Такие резисторы регулируются диэлектрической отверткой, дабы избежать случайного короткого замыкания. Такие простые резисторы часто встречаются в бытовой электронике, например в блоках питания мониторов.

Некоторые подстроечные резисторы имеют герметичный корпус, например R-16N2, они регулируются специальной отверткой, и являются более надежными, поскольку на резистивную дорожку не попадает пыль и не конденсируется влага.

Мощные трехваттные резисторы типа СП5-50МА в корпусе имеют отверстия для вентиляции, в них проводник намотан в форме тороида, а контактный ползунок скользит по нему при повороте ручки отверткой.

В некоторых телевизорах с ЭЛТ до сих пор можно встретить высоковольтные подстроечные резисторы, такие как НР1-9А, сопротивлением 68 МОм и номинальной мощностью 4 ватта. По сути это набор металлокерамических резисторов в одном корпусе, а типичное рабочее напряжение для данного резистора составляет 8,5 кВ, при максимуме в 15 кВ. Сегодня подобные резисторы встроены в ТДКС.

В аналоговой аудиоаппаратуре можно встретить ползунковые или движковые переменные резисторы, типа СП3-23а, которые отвечают за регулировку громкости, тембра, баланса и т. д. Это линейные резисторы, которые бывают и сдвоенными, как например СП3-23б.

Подстроечные многооборотные резисторы часто встречаются в электронной аппаратуре, в измерительных приборах и т. д. Их механизм позволяет точно регулировать сопротивление, и количество оборотов измеряется несколькими десятками. Червячная передача делает возможным медленный поворот и плавное перемещение скользящего контакта по резистивной дорожке, благодаря чему схемы настраиваются очень и очень точно.

Например подстроечный многооборотный резистор СП5-2ВБ настраивается именно посредством червячной передачи внутри корпуса, и для полного прохода всей резистивной дорожки нужно совершить 40 оборотов отверткой. Резисторы данного типа в разных модификациях имеют мощность от 0,125 до 1 ватта, и рассчитаны на 100 — 200 циклов регулировки.

Всевозможные переменные резисторы находят широкое применение в роли потенциометров в различных приборах, начиная с бытовых, таких как обогреватели, водонагреватели, акустические системы, заканчивая музыкальными инструментами, такими как электрогитары и синтезаторы. Подстроечные резисторы можно встретить практически на любых печатных платах, начиная с телевизоров, заканчивая цифровыми осциллографами и техникой оборонного значения.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Потенциометрические датчики положения компании Novotechnik

Области применения потенциометрических датчиков положения

Основная область применения потенциометрических датчиков положения:

  • Производства, где возможны электрические помехи, способные помешать работе датчиков иных типов (+ требующие экономичного техпроцесса)
  • Системы позиционирования (вентильные привода, солнечные панели, антенны и т.п.)
  • Машиностроение, сборочная/тестировочная техника
  • Упаковочные, сварочные и клепальные машины
  • Автомобильная техника, транспорт (цилиндры в рулевом управлении, стеклоподъемники, зеркальные системы, откидные крыши, кресла)
  • Робототехника, электропривод (позиционирование механизмов)
  • Строительная сфера
  • Медицинское оборудование
  • Деревообрабатывающая промышленность
  • Сфера образования, наука, отдел качества на производстве (стендовое оборудование, лаборатории)
Читайте также:  Обучение датчика угла поворота руля ниссан патфайндер

Назначение потенциометрических датчиков

  • Измерение линейного перемещения (положения) разного рода объектов, рабочих органов машин и механизмов в промышленности, мониторинг и передача данных
  • Применение в качестве звена обратной связи в автоматизированных системах управления, робототехнике
  • Оценка расстояний до объектов без жесткой привязки (используются измерительные наконечники)
  • Проверка качества работы механизмов, проведение испытаний в диагностических и испытательных лабораториях

Преимущества

Основные преимущества датчиков линейного перемещения потенциометрического типа:

  1. Устойчивость к электрическим и магнитным помехам
  2. Простота конструкции, экономичность
  3. Стабильность функции преобразования
  4. Как правило более малые габариты и вес, компактность

Недостатки

Недостатки в основном исходят из принципа работы:

  1. Присутствует скользящий контакт, а контактный способ измерения снижает срок службы прибора в сравнении с бесконтактными сенсорами
  2. Требуется усилие для перемещения позиционного маркера/движка. В отдельных случаях (несоблюдении РЭ) это может привести к погрешности

Источник

Потенциометрические датчики

Потенциометрический датчик представляет собой переменный резистор, к которому приложено питающее напряжение, его входной величиной является линейное или угловое перемещение токосъемного контакта, а выходной величиной – напряжение, снимаемое с этого контакта, изменяющееся по величине при изменении его положения.

Потенциометрические датчики предназначены для преобразования линейных или угловых перемещений в электрический сигнал, а также для воспроизведения простейших функциональных зависимостей в автоматических и автоматических устройствах непрерывного типа.

По способу выполнения сопротивления потенциометрические датчики делятся на

ламельные с постоянными сопротивлениями;

проволочные с непрерывной намоткой;

Ламельные потенциометрические датчики использовались для проведения относительно грубых измерений в силу определенных конструктивных недостатков.

В таких датчиках постоянные резисторы, подобранные по номиналу специальным образом, припаиваются к ламелям.

Ламель представляет собой конструкцию с чередующимися проводящими и непроводящими элементами, по которой скользит токосъемный контакт. При движении токосъемника от одного проводящего элемента к другому суммарное сопротивление подключенных к нему резисторов меняется на величину соответствующую номиналу одного сопротивления. Изменение сопротивлений может происходить в широких пределах. Погрешность измерений определяется размерами контактных площадок.

Ламельный потенциометрический датчик

Проволочные потенциометрические датчики предназначены для более точных измерений. Как правило их конструкции представляют собой каркас из гетинакса, текстолита или керамики, на который в один слой, виток к витку намотана тонкая проволока, по зачищенной поверхности которой скользит токосъемник.

Диаметр проволоки определяет класс точности потенциометрического датчика (высокий-0,03-0,1 мм , низкий 0,1-0,4 мм). Материалы провода: манганин, фехраль, сплавы на основе благородных металлов. Токосъемник выполнен из более мягкого материала, чтобы исключить перетирание провода.

Преимущества потенциометрических датчиков:

высокая степень линейности статических характеристик;

возможность работы на переменном и постоянном токе.

Недостатки потенциометрических датчиков:

наличие скользящего контакта, который может стать причиной отказов из-за окисления контактной дорожки, перетирания витков или отгибание ползунка;

погрешность в работе за счет нагрузки;

сравнительно небольшой коэффициент преобразования;

высокий порог чувствительности;

подверженность электроэррозии под действием импульсных разрядов.

Статическая характеристика потенциометрических датчиков

Статическая характеристика нереверсивного потенциометрического датчика

Рассмотрим на примере потенциометрического датчика с непрерывной намоткой. К зажимам потенциометра прикладывается переменное или постоянное напряжение U. Входной величиной является перемещение X, выходной − напряжение Uвых. Для режима холостого хода статическая характеристика датчика линейна т.к. справедливо соотношение : Uвых=(U/R)r,

где R- сопротивление обмотки; r- сопротивление части обмотки.

Учитывая, что r/R=x/l, где l — общая длина намотки, получим Uвых=(U/l)x=Kx [В/м],

где К — коэффициент преобразования (передачи) датчика.

Очевидно, что такой датчик не будет реагировать на изменение знака входного сигнала (датчик нереверсивный). Существуют схемы чувствительные к изменению знаку. Статическая характеристика такого датчика имеет вид представленный на рисунке.

Реверсивная схема потенциометрического датчика

Статическая характеристика реверсивного потенциометрического датчика

Полученные идеальные характеристики могут существенно отличатся от реальных за счет наличия различного рода погрешностей:

Выходное напряжение меняется дискретно от витка к витку, т.е. возникает эта зона, когда при малом входная величина Uвых не меняется.

Величина скачка напряжения определяется по формуле: DU=U/W, где W- число витков.

Порог чувствительности определяется диаметром намоточного провода: Dx=l/W.

Читайте также:  Датчик абс прицепа тонар

Зона нечувствительности потенциометрического датчика

2.Неравномерность статической характеристики из-за непостоянства диаметра провода, удельного сопротивления и шага намотки.

3.Погрешность от люфта, возникающего между осью вращения движка и направляющей втулкой (для уменьшения используют поджимные пружины).

При малых мощностях элемента приводящего в движение щетку потенциометрического датчика может возникать за счет трения зона застоя.

Необходимо тщательно регулировать нажим щетки.

5.Погрешность от влияния нагрузки.

В зависимости от характера нагрузки возникает погрешность, как в статическом, так и в динамическом режимах. При активной нагрузке изменяется статическая характеристика. Величина выходного напряжения будет определяться в соответствии с выражением: Uвых=(UrRн)/(RRн+Rr-r2)

Т.е. Uвых=f(r) зависит от Rн. При Rн>>R можно показать, что Uвых=(U/R)r;

при Rн приблизительно равном R зависимость нелинейна, и максимальная погрешность датчика будет при отклонении движка на (2/3))l. Обычно выбирают Rн/R=10…100. Величина ошибки при x=(2/3)l может быть определена из выражения : E=4/27 η , где η =Rн/R — коэффициент нагрузки.

Потенциометрический датчик под нагрузкой

Динамические характеристики потенциометрических датчиков

Для вывода передаточной функции удобнее за выходную величину взять ток нагрузки, его можно определить пользуясь теоремой об эквивалентном генераторе. Iн=Uвых0/(Rвн+Zн)

1.Нагрузка чисто активная Zн=Rн т.к. Uвых0=K1x Iн=K1x/(Rвн+Rн)

где K1 − коэффициент передачи датчика на холостом ходу.

Применяя преобразование Лапласа, получим передаточную функцию W(p)=Iн(p)/X(p)=K1/(Rвн+Rн)=K

Таким образом, мы получили безынерционное звено, а значит датчик имеет все, соответствующие этому звену частотные и временные характеристики.

2. Нагрузка индуктивная с наличием активной составляющей .

Применяя преобразование Лапласа получим Uвыхx(p)=Iн(p)[(Rвн+pL)+Rн]

Путем преобразований можно прийти к передаточной функции вида W(p)=K/(Tp+1) – апериодическое звено 1-го порядка,

Собственные шумы потенциометрического датчика

Как было показано, при движении щетки от витка к витку напряжение на выходе меняется скачком. Погрешность, создаваемая ступенчатостью имеет вид пилообразного напряжения, наложенного на выходное напряжение передаточной функции ,т.е. представляет собой шум. При наличии вибрации щетки при движении также создается шум (помеха). Частотный спектр вибрационного шума лежит в области звуковых частот.

Для устранения вибрации токосъемники выполняют из нескольких проволочек различной длины сложенных вместе. Тогда собственная частота каждой проволочки будет различна, это препятствует появлению технического резонанса. Уровень тепловых шумов- низок, их учитывают в особо чувствительных системах.

Функциональные потенциометрические датчики

Необходимо отметить, что в автоматике часто для получения нелинейных зависимостей используются функциональные передаточной функции. Их построение производится тремя способами:

изменением диаметра проволоки вдоль намотки;

применением каркаса определенной конфигурации;

шунтированием участков линейных потенциометров сопротивлениями различной величины.

Например, чтобы получить квадратичную зависимость по 3-му способу, нужно чтобы ширина каркаса изменялась по линейному закону, как это показано на рисунке.

Функциональный потенциометрический датчик

Обычные потенциометрические датчики имеют ограниченный диапазон работы. Его величина задана геометрическими размерами каркаса и числом витков обмотки. Их увеличивать беспредельно нельзя. Поэтому нашли применение многооборотные потенциометрические датчики, у которых резистивный элемент свит по винтовой линии с несколькими витками, их ось должна повернуться несколько раз, чтобы движок переместился с одного конца обмотки на другой, т.е. электрический диапазон таких датчиков кратен 3600.

Основным достоинством многооборотных потенциометров является высокая разрешающая способность и точность, что достигается благодаря большой длине резистивного элемента при малых общих габаритах.

Фотопотенциометр − представляет собой бесконтактный аналог обычного потенциометра с резистивным слоем, механический контакт в нем заменен фотопроводящим, что, конечно, повышает надежность и срок службы. Сигналом с фотопотенциометра управляет световой зонд, выполняющий роль движка. Он формируется специальным оптическим устройством и может смещаться в результате внешнего механического воздействия вдоль фотопроводящего слоя. В месте засветки фотослоя возникает избыточная по сравнению с темновой фотопроводимость и создается электрический контакт.

Фотопотенциометры делятся по назначению на линейные и функциональные.

Функциональные фотопотенциометры позволяют пространственное перемещение источника света преобразовать в электрический сигнал заданного функционального вида за счет профилированного резистивного слоя (гиперболические, экспоненциальные, логарифмические).

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Adblock
detector