3.3.1 Преобразователи линейных перемещений

Конструкция потенциометрического преобразователя линейных перемещений показана на рисунке 3.7. Датчик состоит из каркаса 1, на который в один слой намотана обмотка 2 из тонкого провода. По виткам обмотки скользит движок (щетка) 3, который механически связан с объектом, перемещение которого надо измерить.

Рисунок 3.3 – Конструктивная схема потенциометрического преобразователя линейных перемещений

Каркас потенциометрического датчика изготавливают плоским или в виде цилиндра. Материалом может быть изолятор (текстолит, гетинакс, пластмасса, керамика) или металл, покрытый слоем изоляции. Металлические каркасы, благодаря лучшей теплопроводности, позволяют получить большую мощность электрического сигнала на выходе датчика. Движок изготавливается в виде проволок из бронзы, платиноиридиевого сплава и других упругих материалов. Либо в виде ролика, который устанавливают с небольшим перекосом, для обеспечения небольшого скользящего трения и зачистки контактной дорожки.

Особое место среди потенциометрических преобразователей линейных перемещений занимают маятниковые жидкостные переключатели. Эти элементы применяют в авиационных, корабельных и ракетных приборах для измерения отклонения от горизонтальной плоскости. Переключатель представляет собой стеклянный баллон 1, в который вварены платиновые электроды 3, 4, 5. Баллон заполнен токопроводящей жидкостью 2. Имеющийся в баллоне пузырёк воздуха 6 перемещается относительно контактов 3 и 4 в зависимости от наклона баллона. При этом соответственно изменяется поверхность контактов, через которую проходит ток и электрическая проводимость токопроводящего слоя. В отличие от обычных потенциометров, питание жидкостного переключателя производится только переменным током .

1 – валик; 2 – корпус; 3 – спиральный каркас с намотанной проволокой;

4 – токосъемная щетка; 5– крышка.

Рисунок 3.4 – Маятниковый жидкостный переключатель

3.3.2 Преобразователи угловых перемещений

Датчики угловых перемещений (конструкция показана на рисунке 3.9) находят широкое применение при измерении угловых скоростей, размеров и углов.

Рисунок 3.5 - Конструкция углового датчика (в диапазоне 180): 1 - вращающийся вал - цель; 2 - контактная щетка; 3, 4 - элементы механического крепления щеток; 5 - резистивный слой; 6 - печатная плата; 7 - 9 - терминалы устройства

Выходное напряжение датчика угловых перемещений пропорционально углу поворота неподвижной части первичного измерителя, соединенного с осью движка.

Р азличают два вида датчиков углового перемещения

инкрементальные датчики датчики абсолютного положения

Инкрементальные датчики выдают информацию относительно положения и угла объекта в виде электрических импульсов, которые соответствуют положению вала. Когда вал неподвижен, передача импульсов прекращается. Основной рабочий параметр такого устройства – количество импульсов на вращение.

У датчиков абсолютного положения на выход поступает информация об абсолютном угловом положении вала. Их преимущество в том, что эти датчики непосредственно выдают информацию о текущем значении угла и его не требуется вычислять. В частности, такие преобразователи устанавливаются в гиромагнитные компасы.

1 – ротор; 2, 3 – внутренний и наружный корпусы; 4,5 – потенциометры;

6 – магнитная стрелка; 7,8 – датчики моментов.

Рисунок 3.6 – Конструктивная схема гиромагнитного компаса

4 ИСТОЧНИКИ ПОГРЕШНОСТЕЙ, ОГРАНИЧИВАЮЩИХ ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ НА ОСНОВЕ РЕЗИСТИВНОГО ЭФФЕКТА И ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТРА

4.1 Источники погрешности на основе резистивного эффекта

Точность изготовления резистора зависит от погрешности K_ф (_Кф), от темпрературной погрешности (_Rt), погрешности воспроизведения удельного сопротивления резистивной пленки (_s), от погрешности старения (_ст) и от погрешности сопротивления на переходных контактах (_Rпк):

_R = _Кф + _s + _Rt + _Rст + _Rп (22 )

Погрешность Кф определяет точность геометрических размеров резистора:

_Кф = _R - _s - _Rt - _Rст - _Rпк (23)

Погрешность Кф зависит от погрешности геометрических размеров:

(24 )

Погрешность воспроизведения удельного сопротивления зависит от условий нанесения пленки. В условиях стандартной технологии и серийного производства, _s= 5%.

Температурная погрешность зависит от ТКR:

_Rt = _R (T_max - 20C) (25)

Погрешность старения зависит от материала пленки, защиты и условий эксплуатации:

_Rст = 3%

Погрешность переходных контактов зависит от геометрических размеров контактных площадок и площади перекрытия их и резистивной пленки.

_Rпк = 1%

Относительное изменение сопротивления резистора вследствие наличия двух контактов составит

₍₂₆₎

Принимая во внимание указанные систематические отклонения сопротивления резистора от заданного, найдем расчетное значение допустимой относительной погрешности:

₍₂₇₎

Полученное значение _Rрасч может быть положено в основу дальнейшего расчета резистора с учетом случайных отклонений сопротивления, возникающих в процессе изготовления. Исходя из формулы выразим относительную технологическую погреш­ность (среднеквадратичное отклонение при. нормальном законе статистического распределения) следующим образом:

(28 )

Где , , - относительные и абсолютные СКО соответствующих величин.

Полагая, что абсолютные среднеквадратичные отклонения гео­метрических размеров длины и ширины равны, т. е. l~ b, и учитывая равенство l=bk_ф, преобразуем формулу к виду

(29)

Таблица 1 – подборка ошибок номинала резистора из спецификации на типовой резистор

В таблице 1 разброс резисторов может суммироваться.