Потенциометрические датчики положения и перемещения

Датчики положения и перемещения часто реализуются на основе линейных и поворотных потенциометров. Принцип действия основан на выражении:

Где ρ - удельное сопротивление проводника (Ом∙м);

l – длина проводника (м);

А- площадь сечения проводника (м²).

Из уровнения видно что сопротивление проволочного резистора зависит от длины провода, то есть, при перемещении объекта будет связано с изменением положения ползунка потенциометра и получится устройство конструктивного положения объекта, то есть датчик перемещения.

Потенциометрические датчики относятся к активным устройствам, так как для определения величины сопротивления через них проходит электрический ток, то есть нуждаются в дополнительном источнике возбуждения.

Виды потенциометров:

а) линейный;

б) круговой;

в) многооборотный.

Рисунок – Принципиальная схема потенциометрических датчиков

Потенциометр -резистор постоянного сопротивления R_П по которому перемещается скользящий электрический контакт и механически соединен с деталью, перемещение которой он должен передавать. Скользящий контакт электрического потенциометра изолируется от контролируемой детали.

Линейный потенциометр – резистор однородной конструкции.

В зависимости от формы резистора и от траектории перемещения скользящего контакта различают:

1) потенциометр линейного перемещения (рис. а)

где

2) потенциометр углового перемещения (рис. б, в)

где

На практике процедуру изменения сопротивления заменяют процедурой определения падения напряжения на этом сопротивлении, которое для линейного потенциометра всегда пропорционально величине перемещения.

Выходной сигнал пропорционален напряжению возбуждения, которое если не является стабилизирующим, может быть источником существующих погрешностей, поскольку сопротивление потенциометра не входит в данное уравнение. Точность таких датчиков практически не зависит от сопротивления потенциометра.

Резистор для потенциометров может быть образованной, намотанной проволокой или проводящей полоской. Проволока обладает: 1) малым температурным коэффициентом сопротивления; 2) малой термо ЭДС; 3) стабильностью кристального строения; 4) коррозионной стойкостью.

Проволока изготовлена из сплавов: никель-хром, никель-медь, серебро-свинец и для изоляции вскрыта эмалью или окисленной поверхностью.

Проволока полоски изготовлена на пластиковой основе и покрыта порошком углерода или металла с размерами зерен 10^-2мм. Зернистое строение ограничивает ее разрешающую способность, но порошковые потенциометры имеют лучшую разрешающую способность по сравнению с проволочными, так как зернистая структура полос порождает ошибку разрушения порядка 0,1 мкм.

В намотанном потенциометре подвижный контакт может перемыкать один или два витка резистора, что приводит к неравномерной степени шагов выходного напряжения или перемещение разрешающей способности.

Для улучшения разрешающей способности увеличивают количество витков на единицу стержня, а также уменьшают диаметр проволоки. Это приводит к износу из-за трения и увеличивает риск обрыва проволоки.

Недостатки потенциометров:

1) Значительные механические нагрузки;

2) Необходимость обеспечения механического контакта с объектом;

3) Низкое быстродействие;

4) Трение и напряжение возбуждения приводит к нагреву потенциометра;

5) Низкая устойчивость к факторам окружающей среды.