2.1.1 Преобразователи давления контактного сопротивления
Преобразователи основаны на изменении под действием давления Р сопротивления R между проводящими элементами, разделенными слоями полупроводящего материала. ИП может быть выполнен в виде столбика из ряда слоев электропроводящей бумаги, электропроводящей резины или металлических пластин, на которые путем напыления нанесен высокоомный резистивный слой.
R = f (Р) – функция преобразования.
На рис. 2.2 показана конструкция преобразователя давления контактного сопротивления. Преобразователь состоит из электродов 1, электропроводящей пластины 2, слоя клея 3 и изолятора 4.
Рис. 2.2. Конструкция преобразователя, применяемого
в биоэлектрическом протезе
Достоинства: простота конструкции, высокая надежность и достаточная выходная мощность. Недостатки: большая погрешность от гистерезиса и линейности, до 10 % [5].
2.2 Реостатные преобразователи длины и угла
Реостатным преобразователем называют реостат, движок которого перемещается под действием измеряемой неэлектрической величины Х. Входной величиной является перемещение движка, которое может быть линейным или угловым, а выходной величиной – активное сопротивле- ние R.
R = f (Х, α) – функция преобразования реостатного преобразователя.
Преобразователь представляет собой каркас, на котором намотан в один слой провод с большим удельным сопротивлением, и подвижный контакт с линейным (рис. 2.3, а) или угловым (рис. 2.3, б) перемещением движка, скользящего по виткам провода.
Выходной ток Iн и напряжение Uн зависят от положения движка потенциометра. Эта зависимость в общем нелинейна, что определяется прежде всего отношением полного сопротивления R потенциометра к сопротивлению нагрузки Rн. Величина относительного изменения сопротивления потенциометра К = r/R при равномерной его намотке совпадает с относительным его перемещением ℓ/L движка потенциометра (где L – общая длина сопротивления R), которая равна нулю при r = 0 и единице при r = R. Однако при относительно большом сопротивлении нагрузки Rн ›› R статическая характеристика потенциометра Uн = f (ℓ) принимает линейный вид:
Uн ≈ U · r/R ≈ К1 · U · ℓ, (4)
где К1 = 1/L = 1/R = const.
Если Rн в 10 – 20 раз больше R, то нелинейность статической характеристики не превышает 1 – 2 % предела измерений.
Рис. 2.3. Реостатные преобразователи:
а) с линейным перемещением; б) с угловым перемещением
Форма каркаса может быть любая: пластина, цилиндр, кольцо и т. д. Выбирая форму каркаса, можно получить определенную функциональную зависимость между перемещением и выходным сопротивлением. Микропровод позволяет выполнять миниатюрные преобразователи, имеющие габариты 5 х 5 мм. Провод реостата должен быть покрыт либо эмалью, либо слоем окислов, изолирующих соседние витки друг от друга. Движок (щетка) выполняется либо из двух – трех платина – иридиевых проволочек, либо в виде пластинчатых щеток из серебра. Контактная поверхность намотанного провода полируется, ширина контактной поверхности движка должна быть равна двум – трем диаметрам провода. Каркас реостатного преобразователя покрывается изоляционным лаком.
Достоинства: простота конструкции, дешевизна, миниатюрность. Недостатки: нестабильность питающего напряжения, неточность изготовления, температурная погрешность.
В ряде случаев реостатные преобразователи выполняются в виде проволоки, по которой перемещается щетка (движок). Такие преобразователи, обычно применяемые в автоматических потенциометрах, называются реохордами [12].