Материалы проводов, используемых для потеициометрических датчиков

Материал провода	Удельное сопро­тивление при t=20 С, Ои*мм2/м	Температурный коэффициент сопротивления а, 1/C	Допустимая тем­пература нагрева, С
Константан Манганин Нихром Вольфрам Платиноиридиевый сплав	0.49 0,42 1.08 0,056 0,23		500 960 110 3400 1780

Полировка контактной поверхности обмотки (дорожки движения) производится вдоль витков наждачной или полировочной бумагой, шлифоваль­ным кругом с алмазной пылью, а проводов с эмалевой изоля­цией — фетровым кругом. Ширина дорожки составляет обычно:

При мм движок потенциометрического датчика выполняется в виде пластинчатых щеток из серебра, серебра с палладием или (реже) фосфористой бронзы. Контактное усилие при этом принимается равным 0,05—0,1 Н, что обеспечивает силу трения не более Н. Для точных датчиков при d<0,\ мм

движок делается из сплавов платины с иридием, бериллием или серебром в виде двух—пяти тонких параллельных проволок. Кон­тактное усилие при этом принимается равным Н, т. е. иногда оно достигает Н (20 мг) на отдельный контакт. Столь малые контактные усилия необходимы для высокоточных потенциометрических датчиков, используемых, например, в ответ­ственных космических объектах.

На рис. 4.3 приведена конструкция потенциометрического дат­чика для измерения угловых перемещений. Так же как и датчик линейных перемещений, он состоит из каркаса / с обмоткой 2, по которой скользит движок 3. Для съема сигнала с перемеща­ющегося движка служит добавочная щетка 4, скользящая по токосъемному кольцу 5. Выходное напряжение датчика угловых перемещений пропорционально углу поворота подвижной части первичного измерителя, соединенного с осью движка.

В некоторых автоматических приборах в качестве потенцио­метрического датчика используют так называемый реохорд (рис. 4.4). Он представляет собой натянутую проволоку, по которой скользит ползунок. Сопротивление реохорда пропорционально пе­ремещению ползунка. Часто реохорд используют не в потенциометрической схеме, а включают в плечо мостовой схемы. В этом случае перемещение движка преобразуется в изменение сопротив­ления

§ 4.3. Характеристики линейного потенциометрического датчика

О сновной характеристикой потенциометрического дат­чика является зависимость выходного напряжения U_Bыx от пере­мещения х. При равномерной намотке эта зависимость линейная только на холостом ходу, т. е. при отсутствии сопротивления на­грузки, подключенной к выходным зажимам датчика. В реальных условиях к этим зажимам подключаются электрические приборы, входное сопротивление которых является сопротивлением нагруз­ки для датчика (рис. 4.5).

Под нагрузкой обычно пони­мается ток нагрузки. Когда гово­рят, что «нагрузка отсутствует»,

то подразумевают, что именно ток нагрузки равен нулю. Сопротив­ление же нагрузки при этом, естественно, равно бесконечности. Следовательно, в режиме холостого хода (т. е. при отсутствии на­грузки) сопротивление нагрузки бесконечно велико.

Для анализа влияния сопротивления нагрузки R„ на основную характеристику датчика, полное сопротивление обмотки которого R, введем понятие коэффициента нагрузки ^и Выходное напряжение датчика

(4.2)

По этому уравнению построим зависимость , где

U — напряжение питания датчика, для различных значений (рис. 4.6). С уменьшением сопротивления нагрузки характеристи­ка датчика становится нелинейной и возрастает ошибка преобра­зования. Относительная погрешность для нагруженного датчика может быть найдена сопоставлением выражении (4.1) и (4.2):

Отношение перемещения движка х к длине намотки обозначаем через Если датчик не нагружен, т. е. сопротивление нагрузки и то выходное напряжение линейно возрастает при изменении а от 0 до 1; Графически эта за-

висимость изображается прямой линией. При наличии сопротив­ления нагрузки R_н, соизмеримого с сопротивлением обмотки R, эта зависимость отличается от линейной, поскольку часть тока, проходящего через датчик, ответвляется в нагрузку. Ток, посту­пающий от источника питания,

На рис. 4.7 построены кривые /, 2, характеризующие относи­тельную погрешность датчика при ; 0,5 соответственно. При больших абсолютная величина максимальной погрешности при а=2/3.

Важной характеристикой качества потенциометрического дат­чика является плавность изменения выходного напряжения. При перемещении движка по обмотке потенциометра происходит скач­кообразное изменение сопротивления, поскольку движок как бы перескакивает с одного витка на другой. Это приводит к тому, что зависимость выходного напряжения от перемещения имеет ступенчатый вид (рис. 4.8). Число ступеней пропорционально, а их высота обратно пропорциональна числу витков обмотки. Ре­альная выходная характеристика имеет отклонения от идеальной (плавной, бесступенчатой) как вверх, так и вниз. Следовательно, погрешность, вызванная ступенчатостью, может быть как положительной, так и отрицательной и составляет половину напряжения 1/_в, приходящегося на один виток намотки. Если обозначить через w общее число витков потенциометра, то и погрешность

с тупенчатости . Для количественной оценки погрешности, обусловленной ступенчатостью, вводят понятие электриче­ской разрешающей способности потенциометра б_Р. Разрешающая способность определяет максимально возможную точность работы потенциометрического датчика. Улучшить ее можно увеличивая число витков w. Для этого можно либо удлинить намотанную часть потенциомет­ра / (при заданном диаметре провода), либо уменьшить сечение провода. Умень­шение диаметра провода приводит к тех­нологическим трудностям изготовления обмотки, но, самое главное, снижает на­дежность потенциометра, поскольку ухуд­шается механическая прочность обмотки и она быстрее истирается.

Увеличение длины обмотки, естествен­но, приводит к увеличению размеров все­го потенциометра. Для устранения этого недостатка были разрабо­таны многооборотные потенциометры.

Для улучшения разрешающей способности можно также при­менять движки с несколькими токосъемными контактами. На рис. 4.9 показан движок с двумя контактами 1 и 2, которые касаются обмотки 3 в двух диаметрально противоположных точках. Нали­чие двух параллельных контактов повышает и надежность потен­циометра.

Принципиально отсутствует погрешность, обусловленная сту­пенчатостью у датчиков типа реохорда, где движок скользит вдоль натянутой проволоки. Эти датчики имеют малое сопротивление и выходное напряжение, т. е. низкую чувствительность, поэтому в потенциометрических схемах включения они не нашли практиче­ского применения. Чувствительность датчика может быть опреде­лена как первая производная выходного напряжения по переме­щению движка. Для ненагруженного потенциометра чувствитель­ность потенциометра пропорциональна напряжению питания дат­чика и обратно пропорциональна длине намотки.