3.1.1 Конструкция потенциометрических датчиков перемещения

Классический потенциометрический датчик содержит три основных конструктивных элемента – каркас, обмотку и подвижный контакт (щетку) (рис.33).

Рис.33

Конструкция потенциометрического датчика перемещения.

Основные требования к каркасу потенциометра:

- прочность;

- стабильность размеров;

- теплопроводность.

Для неответственных потенциометров каркасы изготавливают из пластмассы или металла. Для ответственных потенциометров, работающих в жестких условиях, от которых требуется высокая точность и от надежности которых зависит работоспособность всей системы, каркасы изготавливаются из керамики или металла. Каркасы должны быть конструктивно удобны для выполнения операций намотки, обеспечивать требуемые рабочие перемещения, удобно монтироваться в конструкцию датчика. Во многих случаях потенциометрические датчики проектируются не как отдельные законченные изделия, а встраиваются в конструкцию прибора или устройства, перемещения элементов которого они измеряют. Такой подход позволяет проектировать более компактные приборы и устройства.

В конструкции каркаса следует учитывать, что при намотке провода возникают большие сжимающие усилия, поэтому каркас должен обладать необходимой прочностью.

Для предотвращения повреждения изоляции обмоточных проводов при намотке кромки каркаса должны иметь скругления радиусом не менее 5 - 10 диаметров обмоточного провода. Наиболее рациональный профиль каркаса на участке намотки – круглый, в этом случае радиус изгиба провода при намотке максимальный.

В конструкции каркаса следует предусмотреть элементы, обеспечивающие расчетное положение и закрепление каркаса при сборке датчика, а в необходимых случаях – регулировку положения каркаса при сборке.

На каркасе следует предусмотреть способ закрепления начала и конца обмоточного провода и присоединение их к внешней электрической цепи. В необходимых случаях предусматривается дополнительный вывод от середины обмотки (в частности для организации двухтактной статической характеристики).

Основные требования к обмоточному проводу:

- стабильное и высокое удельное сопротивление;

- температурная стабильность удельного сопротивления;

- устойчивость против влияния коррозии;

- устойчивость к механическому истиранию при скольжении щетки по обмоточному проводу;

- стабильность свойств по длине провода.

Такие высокие требования обусловлены тем, что в конструкции потенциометрического датчика должен быть обеспечен надежный механический и электрический контакт обмоточного провода и подвижной щетки, т.к. от этого зависит надежность и ресурс работы датчика.

Для неответственных потенциометров (сбои и отказы которых не могут привести к существенным отказам и нарушениям в работе системы) для снижения стоимости применяются обмоточные провода из высокоомных сплавов – нихрома, манганина или константана.

Для ответственных потенциометров (в основном в авиационной и ракетной технике) применяются обмоточные провода из сплавов на основе золота или платины.

Провода для обмоток потенциометров имеют лаковую изоляцию. После размещения и закрепления обмотки на каркасе потенциометра в том месте, где с обмоткой должна контактировать щетка потенциометра, слой изоляции счищается, и металл обмоточного провода оказывается подвержен воздействию окружающей атмосферы.

Основные требования к щеткам потенциометрического датчика:

- обеспечение надежного и стабильного контакта с обмоточным проводом;

- высокая коррозионная стойкость;

- устойчивость к механическому истиранию при скольжении щетки по обмоточному проводу;

- обеспечение надежного контакта с обмоточным проводом при действии вибрации, перегрузок и ударов.

Контактные щетки являются одним из самых ответственных элементов конструкции всего потенциометрического датчика. Для обеспечения надежного контакта щетки с обмоткой необходимо обеспечить заданную силу контактного нажатия, которое должно сохраняться в течение всего срока эксплуатации датчика. В конструкцию щетки вводится пружинящий элемент, выполненный из углеродистой стали, бронзы, нейзильбера и других материалов. Надежный контакт щетки с обмоткой потенциометра обеспечивается применением в конструкции щетки высококачественных материалов с требуемыми свойствами. Для неответственных потенциометров применяются контактные щетки из серебра и его сплавов. В ответственных потенциометрах щетки изготавливают из сплавов благородных металлов – золота и платины. Учитывая высокую стоимость таких материалов, из них изготавливают только ту часть конструкции щетки, которая непосредственно соприкасается с обмоткой.

В конструкции щетки могут быть применены меры, повышающие надежность работы датчика, например двойные или тройные щетки. В некоторых случаях для повышения устойчивости датчика к действию вибраций параметры двойных или тройных щеток выбираются с таким расчетом, чтобы каждая из щеток имела свою резонансную частоту, не совпадающую с другими щетками. Примеры исполнения щеток потенциометрических датчиков показаны на рис 35.