1.2. Потенциометрические датчики (проволочные потенциометры)

Эти датчики используются в автоматике для преобразования перемещений в электрическое напряжение и представляют из себя реостаты с ползунком, включаемые по схемам, соответствующим потенциометрическому методу измерений. В электроавтоматике используются нереверсивная (рис. 1.2) и реверсивная (рис.1.3) схемы включения потенциометров.

а) б)

Рис.1.2. Нереверсивная схема включения

Представленная на рис. 1.2 схема является нереверсивной, так как при любом положении ползунка знак U_вых и его фаза не меняются. Статическая характеристика такой схемы U_вых = f(x_вх) (рис. 1.2, б) в общем виде является нелинейной и становится линейной только при условии, что R_н>>r₀, где r₀ – сопротивление самого потенциометра. При несоблюдении этого условия будет сказываться шунтирующее действие нагрузки R_н, что и сказывается на характере нелинейности статической характеристики схемы. Так как эта кривая всегда имеет плавный вид, то поэтому потенциометрические устройства и относятся к категории датчиков. При активной нагрузке потенциометр практически безынерционен, т.е.:

U_вых = k · x_вх . (1.1)

Переходные процессы в данной схеме будут иметь место только при значительной емкости или индуктивности нагрузки.

Рис. 1.3. Реверсивная схема включения потенциометра

На рис. 1.3 показана реверсивная схема со вторым (постоянным) контактом с витками потенциометра. Эта схема дает линейную статическую характеристику, малозависящую от величины нагрузки, и позволяет обеспечить более высокий к.п.д. Достоинства такой схемы заключаются в конструктивной простоте, в небольших габаритах и весе датчика, а также в возможности питания схемы как постоянным, так и переменным током. В случае питания переменным током перемещению пропорциональна величина огибающей U_вых, а изменение знака перемещения, то есть знака отклонения положения ползунка относительно его нулевого положения сопровождается изменением фазы U_вых на 180˚ (рис. 3.1).

Построим статическую характеристику U_вых = f(x_вх) для данной схемы. Полагаем, что потенциометр является линейным, то есть его витки имеют одинаковую длину. При x_вх = (x_вх)_max = L / 2 и при условии R_н>>r₀ получим:

U_вых = (U / L) ∙ x_вх . (1.2)

Эта зависимость представляет из себя прямую, проведенную из начала координат под углом β = arctg (U / L).

Полученное выражение для статической характеристики дает точные результаты уже при R_н > (8…10)r₀.

В процессе эксплуатации датчиков возможен нагрев их контактных поверхностей. Желательно, чтобы температура не превышала 200 ˚С, так как при больших температурах начинается интенсивное окисление конструкционных материалов.

В датчиках желательно использовать проволоку меньшего диаметра. Это необходимо как для снижения уровня “шумов” в САУ, так и для уменьшения размеров датчика.