2.3. Контактные резистивные преобразователи

Контактными называются измерительные преобразователи, в которых измеряемое механическое перемещение преобразуется в замкнутое или разомкнутое состояние контактов, управляющих электрической цепью. При этом естественной входной величиной является пространственное перемещение, выходной величиной — ток в цепи, а характеристика имеет релейный характер.

Так как сопротивление контактного датчика меняется скачком и может принимать одно из двух значений, этот датчик является дискретным. Так как под действием входной величины меняется сопротивление датчика, он является параметрическим.

Простейший однопредельный контактный преобразователь (рис. 8, а) имеет одну пару контактов 1 и 2, замыкание которых произойдет при перемещении вверх штока 5. При этом активное сопротивление между контактами упадет от бесконечности до очень малого значения контактного сопротивления. Конструктивно шток устанавливается в направляющие 4 и прижимается пружиной 6 к контролируемому объекту 3. Погрешность срабатывания контактных преобразователей находится в пределах 1...2 мкм. Попытки еще уменьшить погрешность успеха не имели.

Во избежание образования дуги или искры, разрушающих контакты, мощность тока в цепи не должна превышать 100 мВт. Это значит, что если звено цепи — приемник сигнала от датчика — потребляет мощность 50... 100 мВт, то можно снимать сигнал непосредственно с датчика. В противном случае следует использовать усилитель на реле, транзисторах или тиристорах. Датчики этого типа широко применяются как конечные выключатели, датчики контроля попадания размера в поле допуска и т.д.

2.4. Реостатные и потенциометрические преобразователи

Реостатным преобразователем называют реостат, движок которого перемещается щупом вслед за перемещением контролируемой точки объекта, т. е. преобразователи этого типа являются регу-

а б

Рис. 8. Контактный (а) и реостатный (б) датчики

лируемыми омическими сопротивлениями. Естественной входной величиной датчиков этого типа является перемещение движка.

При последовательной схеме включения (см. рис. 6, а) датчик называется реостатным, перемещение движка реостата преобразуется в изменение активного выходного сопротивления рео­стата или тока, являющихся естественными выходными величинами. При схеме делителя напряжения (схеме потенциометра) (см. рис. 6, г) датчик называется потенциометрическим первичным преобразователем, его естественной выходной величиной является выходное напряжение.

Так как выходной величиной реостата служит сопротивление, датчик является параметрическим; сопротивление меняется плавно при изменении входной величины (положения движка), датчик является аналоговым. Сопротивление реостата может зависеть от перемещения движка как линейно (чаще всего), так и по более сложному закону.

Основным требованием, предъявляемым к этим датчикам, является обеспечение определенной однозначной зависимости между величиной сопротивления и перемещением движка.

Основными элементами реостатного датчика (рис. 8, б) являются: каркас 3 из диэлектрика (дерево, текстолит, пластмасса)

с нанесенным на него сопротивлением в виде обмотки 2 из проволоки, слоя полупроводника или пленки металла; подвижная токосъемная щетка /, скользящая непосредственно по поверхности сопротивления или по ряду соединенных с ним контактов.

На рис. 9 приведена конструкция потенциометрического датчика для измерения угловых перемещений, состоящего из каркаса 3 с обмоткой 1, по которой ходит движок 2 с подвижным контактом 4.

Материалы проволоки, используемые для намотки реостатных дат­чиков, указаны в табл. 1.

Рис. 9. Потенциометрический датчик угловых перемещений: 1 — обмотка; 2 — движок; 3 — каркас; 4 — подвижный контакт

На практике чаще других используются константан, нихром и манганин, обладающие низкой стоимостью, высоким удельным сопротивлением, обеспечивающим высокую точность измерения, и широким температурным диапазоном. Кроме того, эти материалы стойки к износу и коррозии, что обеспечивает хороший контакт с движком.

Таблица 1

Материал	Удельное сопротивление, Ом • мм2/м	Максимальная рабочая температура, °С
Константан	0,48	500
Нихром	1,1... 1,2	1050
Манганин	0,42	300
Платина	0,09... 0,105	500
Золото	0,022	500

Щетки выполняют в виде проволок, лент или роликов из бронзы, серебра, платиноиридиевого сплава и других упругих материалов. Провод реостата должен быть покрыт эмалью или слоем окислов, изолирующих витки друг от друга. Вдоль траектории движка изоляция счищается, а сам провод полируется. Активное сопротивление реостата составляет десятки и сотни ом при погрешности порядка 1 %. Индуктивное и емкостное со­противления реостата малы, и ими можно пренебречь при частотах до 10 кГц. Сопротивление реостата меняется скачкообразно при переходе движка с одного витка на другой, соседний. Чтобы уменьшить погрешность квантования, увеличить разрешающую способность и сделать датчик практически аналоговым, число витков выбирают обычно не меньше 100. Для реос­татных первичных преобразователей пригодны все ранее рассмотренные виды измерительных цепей, из которых типичной является цепь потенциометрического включения (см. рис. 6, г), когда U_H - Ex/I.

Достоинствами реостатных датчиков являются:

простота конструкции;

высокий уровень выходного сигнала (напряжение — до нескольких десятков вольт, ток — до нескольких десятков миллиампер);

возможность работы как на постоянном, так и на переменном токе.

Недостатками этих преобразователей являются: невысокая надежность и ограниченная долговечность вследствие износа скользящего контакта и истирания обмотки;

сравнительно большое усилие, необходимое для перемещения ползунка;

опасность искрообразования на контакте обмотки с ползунком;

относительно большие габаритные размеры. Реостатные датчики применяются для измерения больших перемещений (десятки миллиметров) с точностью до 0,1 мм. В автоматических системах движок реостата может быть механически связан с суппортом, клапаном или другим подвижным эле­ментом, положение которого требуется измерять и передавать в виде электрического сигнала. При перемещении элемента перемещается и движок, вызывая изменение тока и напряжения в цепи. Чем сильнее движок прижимается к обмотке, тем надежнее контакт, но больше усилие, требуемое для перемещения движка. Это вызывает определенные трудности при конструировании измерительного прибора, так как усилие, развиваемое чувствительными элементами (мембранами, поплавками и т.п.) часто невелико.