Потенциометрические датчики
Потенциометрические
датчики не утратили своего значения до
сего времени в силу своей простоты и
высокой линейности. Датчики этого типа
представляют собой сопротивление,
изменяющееся под действием измеряемой
величины - перемещения или угла поворота.
В проволочных потенциометрических
датчиках сопротивление образуется
плотной однослойной обмоткой из
калиброванной проволоки, которая
изготавливается из нихрома или иного
материала с высоким удельным сопротивлением.
По обмотке перемещается скользящий или
катящийся элемент (движок). Через
резистор, образованный обмоткой,
протекает стабильный ток
силой 1 мА или 10 мА, и он создает падение
напряжения на той части сопротивления
резистора, которая находится между
движком и общей точкой. Объект, положение
или угол поворота которого требуется
измерить, жестко связан с этим движком.
В линейных датчиках это напряжение
пропорционально измеряемой величине
и является выходным сигналом датчика.
Резистор может быть выполнен не только
из калиброванной проволоки, но из
проводящего пластика. Устройство
потенциометрических датчиков,
преобразующих плоскопараллельное
перемещение или угол поворота в изменение
постоянного напряжения, показано на
рис. 71. На рис. 71 а представлен датчик с
однополярным выходным сигналом. Выходное
напряжение датчика, представленного
на рис. 71 б, изменяет полярность в
зависимости от положения движка
относительно середины резистора.
Диапазон перемещений, преобразуемых потенциометрическими датчиками, довольно широк и составляет от 10 мм до 2.0 м. Потенциометрические датчики угла поворота имеют диапазон входных углов: однооборотные, показанные на рис. 71 в, - до 355°, многооборотные - до 7200°. Многооборотные датчики имеют не круглый, а плоский резистор, как у датчиков перемещения. В этих датчиках преобразование угла поворота в перемещение выполняется винтовой парой.
Проволочные датчики уступают датчикам с резистором, выполненным из проводящего пластика, в отношении линейности - из-за влияния сопротивления витков намотки, и в отношении устойчивости к износу пары движок - резистор. Все потенциометрические датчики чувствительны к вибрациям, тряске, ударам, из-за чего может пропадать контакт движка с резистором.
Проволочным потенциометрическим датчикам легко придается нелинейная функция преобразования заданного вида. С этой целью обмотка наматывается на каркас, толщина которого изменяется в соответствии с желаемой функцией.
Наилучшие показатели потенциометрических датчиков, достигнутые, в частности, фирмой "Мегатрон", следующие:
- для проволочных датчиков линейного перемещения и угла поворота предел допускаемой погрешности от нелинейности составляет от 0.15% до 5%,
- для датчиков, резистор которых выполнен из проводящего пластика, предел допускаемой погрешности от нелинейности от 0.01% до 0.5%, разрешающая способность датчиков перемещений не хуже 10 мкм, ресурс - 50 млн движений оси.
Широкую номенклатуру потенциометрических датчиков линейных и угловых перемещений выпускает фирма "Burster" (Германия). Пределы измерения линейных перемещений (0 ¸ 100) мм при длине корпуса датчика 253 мм, нелинейность датчика не превышает 0.1%, полное сопротивление 5 кОм. Диапазон измерения угловых перемещений (0 ¸ 350)°, погрешность не превышает 0,5%, масса 90 г.