1.2. Метод сопротивления

В методах сопротивления используется зависимость электрического сопротивления резисторов от различных неэлектрических величин. Электрическое сопротивление R резистора зависит от многих факторов, в частности, от давления р, температуры окружающей среды , а также от деформации и длины х резистора, т. е.

(2.1)

Если в выражении (2.1) поддерживать неизменными все параметры , кроме одного, то получим зависимости R(х), R(р), R( ), R ( ), . . . , которые могут быть использованы для преобразования величин в изменение электрического сопротивления R, а, следовательно, для измерения этих величин.

Метод сопротивления имеет широкое применение в приборостроении и измерительной технике.

Рассмотрим сначала метод, основанный на изменении омического сопротивления проволочного реостата при перемещении скользящего контакта под действием механических сил (рис. 2.1).

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ(вариант изложения 1.).

При перемещении подвижного контакта величина сопротивления будет изменяться. Если х—координата контакта, то

(2.2)

где – сопротивление на единицу длины реостата;

R₀ — постоянная часть сопротивления, соответствующая х=0.

Элемент, в котором неэлектрическая величина преобразовывается в электрическое сопротивление, называется реостатным преобразователем. Коэффициент , связывающий механическую величину —

перемещение и электрическую — сопротивление, называется коэффициентом электромеханической связи реостатного преобразователя. Очевидно, чем больше , тем большей чувствительностью обладает преобразователь. Но следует иметь в виду, что слишком большое увеличение не всегда целесообразно, так как эффективная работа преобразователя определяется не только величиной сопротивления, но и протекающим по сопротивлению током.

На рис. 2.2 приведена схема часто применяемого в автоматике реостатного преобразователя, в котором сопротивление изменяется не непрерывно, а ступенями.

Реостатные преобразователи нередко выполняются профилированными, что позволяет реализовать любую сложную зависимость между входной и выходной величинами.

Реостатный преобразователь обычно используется в мостовых схемах, где включается в одно или два взаимно изменяющихся плеча, в балансных схемах в качестве переменного элемента, а также в схемах делителей тока и напряжения.

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ(вариант изложения 2.).

Рассмотрим характеристики и различные схемы включения потенциометрических преобразователей.

1.Общие сведения.

Потенциометрический преобразователь представляет собой переменный резистор, у которого при перемещении подвижной системы меняются электрическое сопротивление между подвижным контактом (ползунком) и выводами резистивного элемента. (см. рис. 5.1)

рис. 5.1. Схема включения потенциометра.

При данном способе включения выходное напряжение описывается следующим выражением

U_вых=U_x=U₀(R_x/R₀) (5.1)

Если сопротивление потенциометра R меняется по линейному закону, то имеем

Если R меняется по более сложному закону, то

(5.2)

(5.3)

где некоторая функция перемещения ползунка потенциометра.

Следовательно, с помощью потенциометрического преобразователя, сопротивление которого распределено по какому либо закону, можно преобразовать механическую величину в электрическую по требуемой функциональной зависимости (5.3).

Зависимость сопротивления от перемещения подвижной системы может быть линейной либо нелинейной. В качестве потенциометрических преобразователей могут использоваться переменные резисторы имеющие износоустойчивость порядка 10⁴ циклов.

Переменные резисторы могут быть проволочными и непроволочными. Непроволочные подразделяются на композиционные, керметные, пластиковые, металлоокисные и металлизированные.

Композиционные резисторы могут быть пленочные и объёмные. Их резистивный элемент выполняется на основе проводящего компонента (графит, сажа).

Резистивный элемент керметных резисторов представляет собой композиционный слой из диэлектрика и металла.

Резистивный элемент пластиковых резисторов выполнен на основе проводящих пластмасс.

Металлоокисные и металлизированные резисторы имеют резистивный элемент в виде микрокомпозиционного слоя из окислов металлов или сплавов металлов.

В проволочных потенциометрических преобразователях в качестве резистивного элемента используется проволока с высоким удельным сопротивлением ρ.

Достоинства проволочных потенциометрических преобразователей:

• точность

• стабильность при воздействии внешних факторов

• малая величина ТКС

• большая мощность рассеяния Р_Р

• устойчивость к электрическим перегрузкам

• незначительный уровень собственный шумов

• высокая износоустойчивость (более 10⁴ циклов)