Резистивні перетворювачі струму та напруги.

• додаткові опори;

• шунти;

• подільники напруги.

Цей матеріал вивчався у курсі “Основи метрології та електричних вимірювань”.

Реостатні перетворювачі переміщень (потенціометричні датчики).

Це змінні електричні опори, вихідна напруга яких залежить від положення струмозйомних контактів. Вони служать для вимірювання та перетворення лінійних та кутових переміщень в електричний сигнал а також для відтворення простих функціональних залежностей в автоматиці та обчислювальній техніці .

Розрізняють:

1. п еретворювачі безперервної намотки;

2. л амельні перетворювачі.

Ламельний потенціометр Перетворювачі безперервної намотки

Перетворювач Перетворювач

лінійного переміщення кутового переміщення

Лінійний перетворювач безперервної намотки.

Для режиму холостого ходу статична характеристика перетворювача лінійна, так як статична характеристика ненавантаженого перетворювача:

, (1)

де: r – опір частини обмотки, який приходится на довжину переміщення Х движка потенціометра , R – повний опір потенціометра.

Враховуючі, що r/R = x/L, маємо:

, (2)

де: k – коефіцієнт перетворення.

Лінійні перетворювачі кутового переміщення.

Д ля режиму х.х:

U_вих0 = k , (3)

де:  - кут повороту движка від нульового положення.

Вирази (2) і (3) показують, що статична характеристика лінійних потенціометрів для режиму х.х. – пряма, яка проходить через початок ситеми координат.

Такі перетворювачі не реагують на знак вхідного сигналу, тобто це однотактні перетворювачі.

Двотактні перетворювачі (реагують на знак вхідного сигналу).

Ідеальні статичні характеристики мають вигляд:

В схемах (в) і (г) вхідний сигнал відпрацьовується двома повзунами, які відхиляються від нейтралі в різні сторони на величину х. При цьому потенціал точки  збільшується на величину , а точка  одержує зворотний за знаком приріст, рівний по абсолютній величині приросту потенціала точки . Різниця збільшується вдвічі у порівнянні з схемами (а) і (б), де потенціал однієї з точок весь час незмінний.

Похибки лінійних резистивних перетворювачів.

1. З она нечутливості. Вихідна напруга змінюється ступенево по мірі переходу щітки з витка на виток. При цьому виникає зона нечутливості.

Величина скачка напруги: ,

де W – число витків.

Поріг чутливості: ,

де L – діаметр проводу.

2. Нерівномірність статичної характеристики.

Виникає із-за непостійності:

• діаметра дроту по його довжині;

• питомого опору;

• кроку намотки.

При цьому U та х можуть бути різними. Ця похибка може бути зменшена дотриманням технології виробництва перетворювачів.

3. П охибка від люфта. Люфт виникає між віссю обертання повзуна та направляючою втулкою. Це приводить до порушення струмозйому. Від цього статична характеристика неоднозначна.

При здійсненні реверсу вхідного вала вихідний залишається нерухомим до того часу, поки люфт не буде вибраний.

Для зменшення люфта застосовуються піджимні пружини.

4. Похибка від тертя. Зменшують ретельним регулюванням нажиму щітки.

5. Похибка від навантаження. Розрізняють похибки в статиці та динаміці.

Похибки в статиці.

Розглянемо 2 схеми:

Для аналогу справедливо:

(4)

Видно, що статична характеристика U_вих = f(x) або U_вих = f(r) - залежить від опору навантаження R_н.

Проаналізуємо цю залежність. Розглянемо 2 випадки:

1. R_н >> R_{потенціометра}.

Приведемо функцію U_вих = f(r) до виду:

Так як R_н >> R, то величинами можна знехтувати в порівняннідо R, тоді:

Для усунення похибки від навантаження необхідно, щоб R потенціометра було б значно менше R_н. Практично, вибирають співвідношення R_н/R в межах 10…100.

2. R_н співставно з R потенціометра.

При цьому похибка перетворювача згідно з (4) буде:

абсолютна похибка

Так як R²r  Rr², то відносна похибка буде:

(5)

Максимальна похибка (_max) перетворювача буде при відхиленні повзуна на 2/3 загальної довжини L. Для зменшення цієї похибки слід працювати на дільниці зміни вихідної величини x < 2/3L.

При збільшенні опору навантаження похибка зменшується. Це видно з статичних характеристик:

Вихідна напруга перетворювача при підключенні R_н падає. Це відбувається за рахунок шунтування частини потенціометра навантаженням R_н.

Статичні характеристики схем (а), (б), (в), (г) при підключенні навантаження приймають вид: