2. Реостатные преобразователи

1. Общие сведения

Потенциометрические датчики (приборы первичной информации) широко применяются преимущественно для измерений медленно ме­няющихся давлений, линейных и угловых перемещений и скоростей, уровней и ряда других неэлектрических величин.

Главной особенностью потенциометрических датчиков являет­ся большой выходной сигнал (от б до 15 вольт), что позволяет использовать их в система измерений без усилителя-преобразова­теля.

Основными элементами конструкции потенциометрических дат­чиков являются: чувствительный элемент (упругая гофрированная мембрана, манометрическая или анероидная коробка, сильфон, витая полая трубка, трехстепенной или двухстепенной гироскоп, поплавок и т.п.); передаточный механизм (дезаксиальный кривошипный шатунный, пространственные поводковые, тангенсный, синусный) и реостатный преобразователь неэлектрической величины в электрическую.

Большинство используемых типов реостатных преобразовате­лей являются ступенчатыми (дискретными) преобразователями, поскольку непрерывному изменению измеряемой неэлектрической величины соответствует ступенчатое изменение сопротивления. Погрешность дискретности (витковая погрешность) измерения для реостатных преобразователей с равномерной намоткой умень­шается с увеличением числа витков , так как . При проектировании реостатных преобразователей число витков вы­бирается таким образом, чтобы << , где - основная до­пускаемая погрешность всего потенциометрического датчика. Обыч­но ≥100 - 200.

В большинстве датчиков используются чувствительные эле­менты и передаточные механизмы с линейными характеристиками; сочетание их с реостатным преобразователем, имеющим линейно ра­спределенное сопротивление вдоль каркаса, создает предпосылку к получению линейной характеристики датчика в целом.

В ряде случаев ставится задача получить линейную зависи­мость между выходным напряжением датчика измеряемой не­электрической величины, несмотря на то, что звенья промежуточ­ного преобразования в датчике характеризуются нелинейной функци­ей преобразования. В этом случае используются функциональные реостатные преобразователи с нелинейный распределением сопротив­ления вдоль каркаса. Нелинейность распределения сопротивления вдоль каркаса достигается, например, за счет изменения высоты каркаса, за счет шунтирования части линейного сопротивления по­стоянным сопротивлением, за счет применения намотки с переменным шагом, за счет намотки отдельных участков каркаса проводами с разными удельными сопротивлениями и др.

Для получения линейной зависимости между регистрируемым напряжением и неэлектрической измеряемой величиной необхо­дим правильный выбор электрической измерительной цепи реостат­ного преобразователя.

2. Электрические цепи реостатных преобразователей

Рис.1. Схемы измерения сопротивления и напряжения.

а б

Рис.2. Схема включения реостатного преобразователя.

Рис.3. Потенциометрическая схема включения реостатных преобразователей.

Рис. 3. Схема для расчета напряжения холостого хода.

В цепи на рис. 2,а приведен наиболее часто встречающийся метод включения реостатного преобразователя делителем напряже­ния. Напряжение на нагрузке в этой цепи выражается сле­дующей формулой:

, (2)

где - отклонение движка, соответствующее текущему значению измеряемой неэлектрической величины;

- рабочая длина реостатного преобразователя;

- номинальное сопротивление реостатного преобразователя;

- напряжение питания реостатного преобразователя.

- коэффициент нагрузки реостатного преобразователя.

Наличие в знаменателе выражения (2) члена приводит к нелинейной зависимости выходного напряжения от перемещения движка . Однако, при бесконечно большом сопротивлении нагруз­ки становится равным нулю, и связь между и оказы­вается линейной.

. (3)

Практически чаще всего применяется регистратор с конечным значением сопротивления . Поэтому при измерениях может воз­никнуть погрешность от нелинейности , которую для этого случая можно определить, воспользовавшись зависимостью

100%

Введение в цепь добавочного сопротивления , включенного последовательно с сопротивлением реостатного преобразователя (puc.2,б), уменьшает погрешность от нелинейности, но вместе с тем при заданном значении напряжения питания уменьшает выход­ное напряжение .