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;

с резистивным слоем.

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.

Преимущества потенциометрических датчиков:

малые габариты и вес;

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.

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.

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).

4. Погрешность от трения.

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;

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)

Рассмотрим два случая:

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.

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

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;

изменением шага 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

Термины в характеристиках потенциометров

Потенциометры являются регулируемыми делителясм напряжения, выполненнысм по типу переменного резистора и предназначены для регулирования напряжения при неизменной величине тока.

В характеристиках потенциометров использутся следующие термины:

Допускаемое отклонение от функциональной зависимости потенциометра:
Максимально допускаемая разность между фактическим и расчетным коэффициентом деления, выраженная в процентах.

Допускаемое отклонение сопротивления:
Максимально допускаемая разность между полным и номинальным сопротивлением, выраженная в процентах по отношению к номинальному сопротивлению.

Износоустойчивость потенциометра:
Способность потенциометра обеспечивать минимально допускаемое число циклов перемещения его подвижной системы при сохранении параметров в установленных пределах.

Коэффициент деления потенциометра:
Отношение установленного сопротивления потенциометра к полному сопротивлению при данном угле поворота оси.

Номинальное сопротивление потенциометра:
Электрическое сопротивление, значение которого маркировано на потенциометре или указано в нормативной документации потенциометра.

Подвижной контакт:
Контакт, который перемещается по резистивному элементу потенциометра.

Полное сопротивление потенциометра:
Электрическое сопротивление между крайними выводами потенциометра, измеренное на постоянном токе при таком положении оси, когда получается максимальное сопротивление.

Прецизионный потенциометр:
Ступенчатый делитель напряжения, коэффициент деления которого с большой степенью точности является заданной функцией угла поворота оси потенциометра.

Проволочный потенциометр:
Потенциометр, резистивный элемент которого выполнен из проволоки.

Рабочий угол потенциометра:
Угол поворота оси потенциометра, в пределах которого воспроизводится заданная функциональная зависимость.

Резистивный элемент потенциометра:
Токопроводящий элемент потенциометра, определяющий его электрическое сопротивление.

Установленное сопротивление потенциометра:
Электрическое сопротивление, измеренное между одним из выводов резистивного элемента потенциометра и выводом подвижного контакта потенциометра.

Функциональная зависимость потенциометра:
Зависимость коэффициента деления потенциометра от угла поворота оси потенциометра.

Цикл перемещения подвижной системы потенциометра:
Перемещение подвижной системы потенциометра в пределах любого угла на рабочей части резистивного элемента от положения, соответствующего началу этого угла, до положения, соответствующего концу этого угла, и обратно.

Электрическая разрешающая способность потенциометра:
Отношение приращения сопротивления потенциометра при перемещении подвижного контакта с витка на виток к полному сопротивлению потенциометра, выраженное в процентах.

Компания «РЕОМ» осуществляет
аттестацию испытательного оборудования,

применяемого при оценке соответствия оборонной продукции и проводит следующие виды аттестаций климатических испытательных камер: первичная аттестация, периодическая аттестация, повторная аттестация.

ExpoElectronica 2020. 23-я международная выставка электронных компонентов, модулей и комплектующих

Минпромторг РФ представил стратегию развития микроэлектроники до 2030 года.

Изменения в ФЗ «Об обеспечении единства измерений»

Международная выставка Electronica 2018 прошла с 13 по 16 ноября в Мюнхене (Германия)

Конференция «Испытания ЭКБ. Возможности и проблемы»

Источник

Разрешающая способность переменных резисторов

Разрешающая способность показывает, при каком наименьшем изменении угла поворота или перемещении подвижной системы может быть различимо изменение сопротивления резистора. Ее характеризуют минимально возможным изменением сопротивления резистора при весьма малом перемещении подвижного контакта. Количественно разрешающую способность выражают отношением скачка сопротивления или напряжения при перемещении (повороте) подвижного контакта к общему сопротивлению или к общему напряжению и рассчитывают, как правило, в процентах или в тысячных долях напряжения, подводимого к резистору.

У непроволочных резисторов разрешающая способность очень высокая и ограничивается дефектами резистивного элемента и контактной щетки, а также значением переходного сопротивления между проводящим слоем и подвижным контактом.

Разрешающая способность переменных проволочных резисторов зависит от числа витков проводящего элемента и определяется тем перемещением подвижного контакта, при котором происходит изменение установленного сопротивления. Поэтому часто разрешающую способность выражают в угловых единицах. Это тот угол, на который должен переместиться подвижный контакт, чтобы перейти с витка на виток (угловой градус обмотки).

Угловая разрешающая способность при равномерном шаге намотки ∆y=α/n, где α – угол поворота подвижной системы в пределах угла намотки резистивного элемента; n – число витков.

Рабочий электрический угол, в отличии от механического (от упора до упора), представляет собой угол поворота подвижной системы, в пределах которого происходит изменение сопротивления (напряжения) и обеспечивается получение заданно характеристики. Связано это с тем, что часть витков на концах обмотки оказывается вне зоны активного участка, поэтому и существует разница между рабочими электрическими и механическими углами.

При перемещении подвижного контакта с витка на виток наименьшее приращение выходного напряжения:

∆Uвых равно Uвх/n,

где Uвх – рабочее или входное напряжение, подводимое к резистору.

Тогда так называемая электрическая разрешающая способность:

∆=Uвых/Uвх·100=Uвх/nUвх·100=(I/n)·100%.

Отсюда видно, что разрешающая способность обратно пропорциональна числу витков обмотки. Чем больше витков содержит резистивный элемент, тем выше разрешающая способность, меньше скачки напряжения и выше точность воспроизведения функциональной характеристики.

Получаемая расчетным путем разрешающая способность переменных резисторов подтверждается экспериментально при разработке и впоследствии гарантируется конструкцией и технологией изготовления. Разрешающая способность переменных резисторов общего назначения находится в пределах 0,1-3%, а прецизионных – до тысячных долей процента.

Для переменных резисторов с выключателем введено понятие «угол срабатывания выключателя» – угол поворота подвижной системы от упора (в положении «выключено») до положения, при котором происходит срабатывания выключателя.

Источник

Энциклопедия электроники

Резистор переменный регулировочный (реостаты, potentiometers, rheostats) – элемент, сопротивление которого меняется в зависимости от положения регулировочного органа.

Условно графическое обозначение (УГО)

Внешний вид переменных резисторов определяется согласно ГОСТ 2.728-74 «ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Резисторы, конденсаторы». Размеры прямоугольника такие же как и у постоянного резистора.

Классификация

Классификация по материалам

По материалу резистивного элемента переменные резисторы делятся на:

Классификация по траектории перемещения контактного узла

В зависимости от траектории перемещения контактного узла потенциометры делятся на:

В зависимости от угла поворота поворотные потенциометры делятся на:

Траектория перемещения управляющего органа может не совпадать с траекторией контактного узла. Например, при применении передачи типа винт-гайка.

Конструкция и принцип действия

Конструкция переменного непроволочного резистора показана на рисунке. На изоляционное основание 1 нанесен проводящий слой 2. Сверху нанесен защитный слой 3. По защитному слою перемещается контактный узел 4. Концы проводящего слоя снабжены токосъемными площадками 5.

В некоторых потенциометрах в начальном положении устанавливают концевой выключатель. Такие потенциометры оснащаются двумя дополнительными выводами.

Изменение сопротивления может осуществляться не только с помощью ручного перемещения контактного узла, но и с помощью внешних сигналов. К таким потенциометрам относятся цифровые потенциометры. Они представляют собой микросхему. Внутри размещена резистивная матрица, изменение сопротивления осуществляется коммутацией транзисторных ключей. Управление может осуществляться дискретными сигналами (больше, меньше), по параллельной или последовательной шине.

Основные параметры переменных резисторов

Параметры переменных резисторов можно разделить на две группы: параметры общие с постоянными резисторами и специальные параметры, характерные только для переменных резисторов.

Параметры общие с постоянными резисторами:

Специальные параметры для переменных резисторов:

Функциональная характеристика

Функциональная характеристика (taper) – зависимость сопротивление переменного резистора от положения подвижного контакта. Функциональная характеристика переменного резистора бывает:

Переменные резисторы с нелинейной характеристикой как правило применяются в аудиоаппаратуре для регулировки уровня громкости, тембра и т.д. Наибольшее распространение получили следующие нелинейные характеристики:

Разрешающая способность

Минимальное сопротивление

Износоустойчивость

Маркировка переменных резисторов

Для идентификации переменных резисторов используется текстовая маркировка. Как правило, маркировка содержит: серия, номинальное сопротивление, допуск и дата изготовления. В стандартах отсутствуют требования к маркировке переменных резисторов, поэтому можно встретить различные обозначения.

Серии переменных резисторов

С введением ГОСТ 13453-68 стала применяться буквенно-цифровая система сокращенных обозначений в зависимости от группы и свойств резисторов. Буквы обозначают группу изделий:

Число обозначает разновидность резистора в зависимости от технологии изготовления и материала:

После первой цифры через дефис ставится вторая цифра (цифры), которые обозначают регистрационный номер конкретного типа резистора. Например: СП3-3, СП5-22.

С 1980 года обозначение резисторов осуществляется согласно ОСТ 11.074.000-78. Обозначение резистора состоит из трех элементов:

Применение

Существует два типа включения в цепь переменных резисторов:

Схему включения потенциометром используются для регулирования напряжения, а реостатная схема для регулирования силы тока.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Разрешающая способность потенциометра определяется точностью, с которой можно фиксировать положение подвижного контакта. Так как большинство потенциометров представляют собой намотанные сопротивления, то зависимость изменения сопротивления от положения контакта является, строго говоря, ступенчатой, а не непрерывной кривой. Число ступенек этой линии, а следовательно, и разрешающая способность, определяются общим числом витков провода, используемого для обмотки потенциометра. [2]

Разрешающая способность потенциометра определяет верхний предел точности, который может быть достигнут. Например, если разрешающая способность составляет 0 01 %, наибольшая возможная точность, которая может быть достигнута таким потенциометром, равна 0 05 %, но обычно она будет хуже. Потенциометр, имеющий практически нулевую разрешающую способность, является бесступенчатым потенциометром, в котором обмотка состоит из одной проволоки с высоким сопротивлением. По этой проволоке, образующей свой собственный сердечник, перемещается щетка. Так как сопротивление такого устройства ограничено удельным сопротивлением проволоки, то потенциометры могут быть получены с номинальным сопротивлением порядка 1500 ом и с точностью 0 03 % в конструкциях, имеющих вращение в пределах в 30 оборотов. [3]

Разрешающей способностью потенциометра является минимальное изменение выходного сопротивления, выраженное в процентах от полного сопротивления потенциометра. Разрешающая способность определяет верхний предел точности, который может быть достигнут. [4]

Разрешающей способностью потенциометра является минимальное изменение выходного сопротивления ( получаемое вращением вала), выраженное в процентах от полного сопротивления потенциометра. Она зависит от числа витков проволоки на единице длины обмотки и от диаметра дуги, по которой движется щетка. [5]

Потенциометры, используемые в следящих системах и в счетно-решающих устройствах, как правило, имеют диаметры от 25 до 125 мм и выполняются с проволочной обмоткой. Когда важны разрешающая способность потенциометра и его работа при высокой температуре, в потенциометрах используют проводящую пластмассу или проводящие пленки, наложенные на стекло. Изготовляются потенциометры с линейным и угловым перемещением. [10]

Функциональные многооборотные потенциометры наматывают на цилиндрический изоляционный каркас, наружная поверхность которого имеет винтовую канавку. В эту канавку, имеющую вид резьбы, укладывают определенное количество витков проволоки необходимого диаметра. Подвижной контакт потенциометра, вращаясь вокруг каркаса, может скользить только вдоль витков обмотки, не перескакивая с одного витка на другой. Этим методом может быть обеспечена практически любая разрешающая способность потенциометра путем увеличения количества витков обмотки. Недостатком многооборотных потенциометров является сравнительно малая величина номинала сопротивления. [12]

Функциональные многооборотные потенциометры наматывают на цилиндрический изоляционный каркас, наружная поверхность которого имеет винтовую канавку. В эту канавку, имеющую вид резьбы, укладывают определенное количество витков проволоки необходимого диаметра. Подвижной контакт потенциометра, вращаясь вокруг каркаса, может скользить только вдоль витков обмотки, не перескакивая с одного витка на другой. Этим методом может быть обеспечена практически любая разрешающая способность потенциометра путем увеличения количества витков обмотки. Недостатком многооборотных потенциометров является сравнительно малая величина номинала сопротивления. [13]

Источник