Реостатные и потенциометрические преобразователи

Реостатным преобразователем называют реостат, движок кото­рого перемещается щупом вслед за перемещением контролируе­мой точки объекта, т. е. преобразователи этого типа являются регулируемыми омическими сопротивлениями. Естественной входной величиной датчиков этого типа является перемещение движка.

При последовательной схеме включения дат­чик называется реостатным, перемещение движка реостата пре­образуется в изменение активного выходного сопротивления рео­стата или тока, являющихся естественными выходными величи­нами. При схеме делителя напряжения (схеме потенциометра) датчик называется потенциометрическим первич­ным преобразователем, его естественной выходной величиной яв­ляется выходное напряжение.

Так как выходной величиной реостата служит сопротивление, датчик является параметрическим; сопротивление меняется плав­но при изменении входной величины (положения движка), дат­чик является аналоговым. Сопротивление реостата может зависеть от перемещения движка как линейно (чаще всего), так и по более сложному закону.

Основным требованием, предъявляемым к этим датчикам, яв­ляется обеспечение определенной однозначной зависимости между величиной сопротивления и перемещением движка.

Основными элементами реостатного датчика (рис. 3.2, 6) яв­ляются: каркас 3 из диэлектрика (дерево, текстолит, пластмасса) нанесенным на него сопротивле­нием в виде обмотки 2 из проволо­ки, слоя полупроводника или плен­ки металла; подвижная токосъемная щетка 1, скользящая непосредст­венно по поверхности сопротивле­ния или по ряду соединенных с ним контактов.

Рис. 3.2. Контактный (а) и реостатный (6) датчики

На рис. 3.3 приведена конструк­ция потенциометрического датчика для измерения угловых перемеще­ний, состоящего из каркаса 3 с об­моткой /, по которой ходит движок 2 с подвижным контактом 4.

Рис. 3.3. Потенциометрический датчик угловых перемещений:

1 — обмотка; 2 — движок; 3 — каркас; 4 — подвижный контакт

Материалы проволоки, использу­емые для намотки реостатных дат­чиков, указаны в табл. 3.1.

На практике чаще других используются константан, нихром и манганин, обладающие низкой стоимостью, высоким удельным сопротивлением, обеспечивающим высокую точность измерения, и широким температурным диапазоном. Кроме того, эти матери­алы стойки к износу и коррозии, что обеспечивает хороший кон­такт с движком.

Таблица 3.1

Щетки выполняют в виде проволок, лент или роликов из бронзы, серебра, платиноиридиевого сплава и других упругих материалов. Провод реостата должен быть покрыт эмалью или слоем окислов, изолирующих витки друг от друга. Вдоль траек­тории движка изоляция счищается, а сам провод полируется. Активное сопротивление реостата составляет десятки и сотни Ом при погрешности порядка 1 %. Индуктивное и емкостное сопротивления реостата малы, и ими можно пренебречь при час­тотах до 10 кГц. Сопротивление реостата меняется скачкообраз­но при переходе движка с одного витка на другой, соседний. чтобы уменьшить погрешность квантования, увеличить разрешающую способность и сделать датчик практически аналоговым, число витков выбирают обычно не меньше 100. Для реос­татных первичных преобразователей пригодны все виды измерительных цепей, из которых типичной является цепь потенциометрического включения,когда U_H = Ех/1.

Достоинствами реостатных датчиков являются:

- простота конструкции;

- высокий уровень выходного сигнала (напряжение — до несколь­ких десятков вольт, ток — до нескольких десятков миллиампер);

- возможность работы как на постоянном, так и на переменном токе.

Недостатками этих преобразователей являются:

- невысокая надежность и ограниченная долговечность вследствие износа скользящего контакта и истирания обмотки;

- сравнительно большое усилие, необходимое для перемещения ползунка;

- опасность искрообразования на контакте обмотки с ползун­ком;

- относительно большие габаритные размеры.

Реостатные датчики применяются для измерения больших пе­ремещений (десятки миллиметров) с точностью до 0,1 мм. В автоматических системах движок реостата может быть механичес­ки связан с суппортом, клапаном или другим подвижным эле­ментом, положение которого требуется измерять и передавать в виде электрического сигнала. При перемещении элемента пере­мещается и движок, вызывая изменение тока и напряжения в цепи. Чем сильнее движок прижимается к обмотке, тем надеж­нее контакт, но больше усилие, требуемое для перемещения движка. Это вызывает определенные трудности при констру­ировании измерительного прибора, так как усилие, развиваемое чувствительными элементами (мембранами, поплавками и т.п.} часто невелико.