Potentiometric sensor

Ang potentiometer sensor ay isang variable na risistor kung saan inilalapat ang isang supply boltahe, ang halaga ng input nito ay ang linear o angular na displacement ng kasalukuyang kumukuha ng contact, at ang output value ay ang boltahe na kinuha ng contact na ito, na nagbabago sa magnitude bilang posisyon nito. mga pagbabago.

Ang mga potentiometric sensor ay idinisenyo upang i-convert ang mga linear o angular na displacement sa isang de-koryenteng signal, gayundin upang muling buuin ang pinakasimpleng functional na dependencies sa awtomatiko at awtomatikong mga device ng tuluy-tuloy na uri.

Diagram ng koneksyon ng potentiometric sensor

Sa pamamagitan ng paglaban, ang mga potentiometric sensor ay nahahati sa

• lamellas na may patuloy na pagtutol;

• wire coil na may tuluy-tuloy na paikot-ikot;

• na may isang resistive layer.

Ang mga lamellar potentiometric sensor ay ginamit upang magsagawa ng medyo magaspang na mga sukat dahil sa ilang mga bahid ng disenyo.

Sa ganitong mga sensor, ang mga pare-parehong resistors, na napili sa isang espesyal na paraan, ay ibinebenta sa lamellae.

Ang lamella ay isang istraktura na may mga alternating conductive at non-conductive na elemento kung saan dumudulas ang contact ng kolektor.Kapag ang kasalukuyang kolektor ay inilipat mula sa isang conducting element patungo sa isa pa, ang kabuuang paglaban ng mga resistors na konektado dito ay nagbabago sa pamamagitan ng isang halaga na tumutugma sa nominal na halaga ng isang pagtutol. Ang pagbabago sa paglaban ay maaaring mangyari sa isang malawak na hanay. Ang error sa pagsukat ay tinutukoy ng laki ng mga contact pad.

Lamellar potentiometer sensor

Ang mga wire potentiometer sensor ay idinisenyo para sa mas tumpak na mga sukat. Bilang isang patakaran, ang kanilang mga disenyo ay isang frame na gawa sa getinax, textolite o keramika, kung saan ang isang manipis na kawad ay nasugatan sa isang layer, lumiliko sa isang pagliko, sa nalinis na ibabaw kung saan ang isang kasalukuyang kolektor ay dumudulas.

Tinutukoy ang diameter ng wire klase ng katumpakan potentiometer sensor (mataas ay 0.03-0.1mm, mababa ay 0.1-0.4mm). Mga materyales sa kawad: manganin, fechral, ​​mga haluang metal batay sa marangal na mga metal. Ang slip ring ay gawa sa isang mas malambot na materyal upang maiwasan ang kawad mula sa chafing.

Ang mga bentahe ng mga sensor ng potentiometer:

• pagiging simple ng disenyo;

• maliit na sukat at timbang;

• mataas na antas ng linearity ng mga static na katangian;

• katatagan ng mga katangian;

• posibilidad ng operasyon sa alternating current at direct current.

Mga disadvantages ng potentiometer sensors:

• ang pagkakaroon ng isang sliding contact, na maaaring magdulot ng pinsala dahil sa oksihenasyon ng contact trace, pagkuskos ng mga liko o baluktot ng slider;

• error sa pagpapatakbo dahil sa pagkarga;

• medyo maliit na kadahilanan ng conversion;

• mataas na sensitivity threshold;

• ang pagkakaroon ng ingay;

• pagkamaramdamin sa electrical erosion sa ilalim ng impluwensya ng mga impulse discharges.

Static na katangian ng mga potentiometric sensor

Static na katangian ng isang hindi maibabalik na potentiometric sensor

Isaalang-alang natin bilang isang halimbawa ang isang potentiometer sensor na may tuluy-tuloy na coil. Ang isang AC o DC boltahe U ay inilalapat sa mga terminal ng potentiometer. Ang halaga ng input ay ang displacement X, ang halaga ng output ay ang boltahe na Uout. Para sa idle mode, linear ang static na katangian ng sensor dahil totoo ang kaugnayan: Uout = (U / R) r,

kung saan ang R ay ang coil resistance; r ay ang paglaban ng isang bahagi ng coil.

Dahil sa r / R = x / l, kung saan ang l ay ang kabuuang haba ng coil, nakukuha namin ang Uout = (U / l) x = Kx [V / m],

kung saan ang K ay ang conversion (transmission) coefficient ng sensor.

Malinaw, ang naturang sensor ay hindi tutugon sa isang pagbabago sa tanda ng input signal (ang sensor ay hindi maibabalik). May mga scheme na sensitibo sa mga pagbabago sa mga lagda. Ang static na katangian ng naturang sensor ay may form na ipinapakita sa figure.

Reversible circuit ng potentiometer sensor

Static na katangian ng isang reversible potentiometric sensor

Ang mga nagresultang perpektong katangian ay maaaring mag-iba nang malaki mula sa mga tunay dahil sa pagkakaroon ng iba't ibang uri ng mga pagkakamali:

1. Dead zone.

Ang output boltahe ay nag-iiba discretely mula sa turn sa turn, i.e. nangyayari ang zone na ito kapag, para sa isang maliit na halaga ng input, hindi nagbabago ang Uout.

Ang magnitude ng jump boltahe ay tinutukoy ng formula: DU = U / W, kung saan ang W ay ang bilang ng mga liko.

Ang sensitivity threshold ay tinutukoy ng diameter ng coil wire: Dx = l / W.

Potentiometric sensor para sa patay na banda

2. Irregularity ng mga static na katangian dahil sa pagkakaiba-iba ng wire diameter, resistance at winding pitch.

3. Isang error mula sa backlash na naganap sa pagitan ng axis ng pag-ikot ng motor at ng manggas ng gabay (ang mga compression spring ay ginagamit upang bawasan ito).

4.Error dahil sa alitan.

Sa mababang kapangyarihan ng elementong nagtutulak sa brush ng potentiometer sensor, maaaring magkaroon ng stagnation zone dahil sa friction.

Dapat na maingat na ayusin ang presyon ng brush.

5. Error dahil sa impluwensya ng pagkarga.

Depende sa likas na katangian ng pag-load, ang isang error ay nangyayari, parehong sa static at dynamic na mode. Sa isang aktibong pagkarga, nagbabago ang static na katangian. Ang halaga ng boltahe ng output ay matutukoy ayon sa expression: Uout = (UrRn) / (RRn + Rr-r2)

Ang mga ito. Ang Uout = f (r) ay depende sa Rn. Sa Rn >> R maipapakita na Uout = (U / R) r;

kapag ang Rn ay humigit-kumulang katumbas ng R, ang dependence ay non-linear at ang pinakamataas na error ng sensor ay kapag ang slider ay lumihis mula sa (2/3))l. Karaniwang piliin ang Rн / R = 10 … 100. Ang magnitude ng error sa x = (2/3) l ay maaaring matukoy ng expression: E = 4/27η, kung saan η= Rн / R — load factor.

Potentiometric sensor sa ilalim ng pagkarga

a — Katumbas na circuit ng potentiometric sensor na may load, b — Impluwensya ng load sa static na katangian ng potentiometric sensor.

Mga dinamikong katangian ng mga potentiometric sensor

Pag-andar ng paghahatid

Upang makuha ang function ng paglipat, mas maginhawang kunin ang kasalukuyang load bilang halaga ng output; maaari itong matukoy gamit ang katumbas na generator theorem. B = Uout0 / (Rvn + Zn)

Isaalang-alang ang dalawang kaso:

1. Ang load ay puro aktibo Zn = Rn dahil Uout0 = K1x In = K1x / (Rin + Rn)

kung saan ang K1 ay ang idle speed ng sensor.

Sa paglalapat ng pagbabagong Laplace, nakuha namin ang function ng paglipat W (p) = Sa (p) / X (p) = K1 / (Rin + Rn) = K

Sa ganitong paraan, nakakuha kami ng isang inertialess na koneksyon, na nangangahulugan na ang sensor ay may lahat ng dalas at oras na katangian na naaayon sa koneksyon na ito.

Katumbas na circuit

2. Inductive load na may aktibong bahagi.

U = RvnIn + L (dIn / dt) + RnIn

Sa paglalapat ng pagbabagong Laplace, nakukuha namin ang Uoutx (p) = Sa (p) [(Rvn + pL) + Rn]

Sa pamamagitan ng mga pagbabagong-anyo, maaaring makarating ang isa sa isang function ng paglipat ng form W (p) = K / (Tp + 1) — isang aperiodic na koneksyon ng 1st order,

kung saan K = K1 / (Rvn + Rn)

T = L / (Rvn + Rn);

Panloob na ingay ng sensor ng potentiometer

Tulad ng ipinapakita, habang ang brush ay gumagalaw mula sa turn hanggang turn, ang output boltahe ay biglang nagbabago. Ang error na nilikha sa pamamagitan ng stepping ay sa anyo ng isang sawtooth boltahe superimposed sa output boltahe ng transfer function, i.e. ay ingay. Kung ang brush ay nag-vibrate, ang paggalaw ay lumilikha din ng ingay (interference). Ang frequency spectrum ng vibrational noise ay nasa hanay ng dalas ng audio.

Upang maalis ang mga panginginig ng boses, ang mga pantograph ay gawa sa ilang mga wire na may iba't ibang haba na pinagsama-sama. Kung gayon ang natural na dalas ng bawat kawad ay magkakaiba, pinipigilan nito ang hitsura ng teknikal na resonance. Ang antas ng thermal noise ay mababa, isinasaalang-alang sila sa mga partikular na sensitibong sistema.

Mga functional na potentiometric sensor

Dapat tandaan na sa automation ang mga functional transfer function ay kadalasang ginagamit upang makakuha ng mga nonlinear na dependency. Binubuo ang mga ito sa tatlong paraan:

• pagbabago ng diameter ng wire kasama ang coil;

• pagbabago ng pitch ng coil;

• ang paggamit ng isang frame na may isang tiyak na pagsasaayos;

• sa pamamagitan ng pagmamaniobra sa mga seksyon ng mga linear na potentiometer na may mga resistensya ng iba't ibang laki.

Halimbawa, upang makakuha ng isang parisukat na pag-asa ayon sa ikatlong paraan, kinakailangan na baguhin ang lapad ng frame nang linearly, tulad ng ipinapakita sa figure.

Functional na potentiometer sensor

Multi-turn potentiometer

Ang mga conventional potentiometer sensor ay may limitadong operating range. Ang halaga nito ay tinutukoy ng mga geometric na sukat ng frame at ang bilang ng mga pagliko ng coil. Hindi sila maaaring tumaas nang walang katiyakan. Samakatuwid, ang mga sensor ng multi-turn potentiometer ay nakahanap ng aplikasyon, kung saan ang isang resistive na elemento ay pinaikot sa isang spiral line na may ilang mga liko, ang kanilang axis ay dapat na paikutin nang maraming beses upang ang motor ay gumagalaw mula sa isang dulo ng coil patungo sa isa pa, i.e. ang electrical range ng naturang mga sensor ay isang multiple ng 3600.

Ang pangunahing bentahe ng multi-turn potentiometers ay ang kanilang mataas na resolution at katumpakan, na nakamit dahil sa malaking haba ng resistive elemento na may maliit na pangkalahatang sukat.

Mga photopotentiometer

Photopotentiometer - ay isang non-contact analogue ng isang conventional potentiometer na may resistive layer, ang mekanikal na contact sa loob nito ay pinalitan ng isang photoconductive, na, siyempre, ay nagdaragdag ng pagiging maaasahan at buhay ng serbisyo. Ang signal mula sa photopotentiometer ay kinokontrol ng isang light probe na nagsisilbing slider. Ito ay nabuo sa pamamagitan ng isang espesyal na optical device at maaaring ilipat bilang isang resulta ng panlabas na mekanikal na pagkilos kasama ang photoconductive layer. Sa punto kung saan ang photolayer ay nakalantad, ang labis (kumpara sa madilim) na photoconductivity ay nangyayari at ang isang electrical contact ay ginawa.

Ang mga photopotentiometer ay nahahati ayon sa layunin sa linear at functional.

Ang mga functional na photopotentiometer ay nagbibigay-daan sa spatial na paggalaw ng pinagmumulan ng liwanag na ma-convert sa isang de-koryenteng signal na may ibinigay na functional form dahil sa profiled resistive layer (hyperbolic, exponential, logarithmic).