Резистивные преобразователи.

1. Название темы: Резистивные преобразователи. Параметрические.

2. Условное деление: - преобразователи с большой степенью изменения R;

- преобразователи с малой степенью изменения R;

3. Реостатные, потенциометрические(проволочные и непроволочные)

- конструкция и основные элементы

- разрешающая способность и шум; (электронный, молекулярный, контактный (вариация давления), контактная ЭДС, Термо ЭДС, вибрационный.

- чувствительность и линейность (нелинейность)

анометр. [G17] выражение и график

Характеристики резестивных датчиков:

Каркас: керамика, оксидов алюминий, полистирол ЭД6 …

Требования: P,R – const; Vвых, Rизол

Термо ЭДС – min

Постоянство d=d(l)=const; 2

Провод: Волочение, восстановление при отжиге. Эмаль, оксидирование.

Медно-никелевый константан, Никель хромистые, Никель-хром, железо-нихром;

Ag-колодиевый.

Контактная дорожка.

Щетка.

Преобразуют измеряемые параметры (перемещение, деформация, температура, скорость потока

и т.п.) в изменения, приращение активного сопротивления . Все они требуют затрат электрической энергии, обеспечивающей преобразование механических величин в электрический сигнал.

Существует много вариантов таких преобразователей, работающих на одинаковом принципе, но значительно различающиеся по конструкции.

a) контактный проволочный резистивные преобразователь R=R(x);

б) бесконтактный проволочный ненаклеенный ;

в) бесконтактный проволочный наклеенный ;

г)Нить термоанемометра ;

д) термосопротивление ;

е) угольный столб R=R(p);

ж) полупроводниковые

Условное деление

К преобразователям с большой степенью изменения R: (а)

Реостатные, потенциометрические(проволочные и пленочные), датчики перемещения и угла.

Основные характеристики: разрешающая способность, шум.

Достоинства: Простота, возможность работы на постоянном (Uо=const) и переменном токе ( ). Высокая удельная мощность выходного сигнала и возможность без предварительного усиления и согласования “работать” на реальную нагрузку.

Недостатки: Наличие механического контакта между частями (трение; возможный “дребезг”; разрыв контакта; износ, т.е. ограниченный ресурс; нестабильность переходного R и т.п.)

Разрешающая способность и шум.

1- щетка, медхолапка

2- сочетание витков

- разрешающая способность в случае, когда щетка не может одновременно касаться 2-х витков. При переключении сразу переходит с витка на виток.

В действительности щетка в процессе движения обязательно закорачивает смежные витки. Поэтому замыкания 2-х первых и 2-х последних не дает изменения выходного напряжения. Общее число “ступенек” будет (2-W-2) импульсов разрешения.

Амплитуда - меньшего импульса при закорачивании x витка с (х+1):

Амплитуда -меньшего импульса:

Это рассмотрение идеализирует процесс, т.к. предполагает определенную геометрию щетки, способной перестроить не более 2-х витков. Малый радиус щетки в сочетании с относительно мягкими сплавами способствует быстрому развитию уплощений и может повредить дорожку на обмотке.

Чрезмерно большой радиус щетки при самом небольшом износе может закоротить три и более витков, что понижает точность.

Рекомендуют десятикратное отношение радиуса щетки к радиусу провода.

Шум – любой постоянный резистор является генератором шума за счет случайных движений электронов и теплового движения молекул. Частотный спектр – равномерный, амплитуда зависит от R и - это так называемый шум Джонсона и обычно мал.

В переменных резисторах генерируется дополнительный шум при движении щетки дорожке. Контактный шум – из-за вариации контактного давления – это самая сложная и существенная составляющая, имеет тенденцию к росту во времени из-за износа, загрязнения и окисления.

Генерирование малых напряжений от трения между разнородными металлами щетки и дорожки. Его можно уменьшить до 300 мкВ соответствующим подбором материала.

Термо ЭДС при работе на постоянном токе при высокой .

Вибрационный или скоростной шум, вызванный вибрацией щеток можно достигать при временном разрыве контакта. Его надо устранять любыми способами. Для каждого сочетания конструкций щетки и дорожки существует рациональная скорость движения, которую нельзя превышать.(контактное давление, многощеточные узлы)

Чувствительность линейность.

- определяется рассеиваемой мощностью и допустимым перегревом обмотки. Зависит от сечения и R провода, условий охлаждения, тепловых характеристик каркаса и его размеров и формы. Так как конструктивные особенности м.д. самые разные и трудно их проигнорировать, необходимо следить за таким обобщенным показателем , как плотность тока.

Для которых в, рад. на воздухе при каркасе из анодированного алюминия. Для каркасов из изоляционного материала . Для которого д. угла в жидкостной среде

Собственная линейность ненагруженного потенциала определяется числом витков . Для уменьшения нелинейности необходимо увеличить W, но при этом необходимо уменьшить . Это приводит к увеличению числа закорачиваемых витков при смещении щетки.

Т.е. с уменьшением улучшается разрешающая способность, но с точки зрения линейности с какого-то момента времени улучшение не происходит.

Схемная нелинейность:

, где

крутизна

; Нелинейность

Если, например, необходимо чтобы , то

Дополнительно для линеаризации можно обеспечить профилирование каркаса: включить , щетка которого определенным образом связана с основной щеткой.

Мощность в нагрузке:

- допустимая мощность определяется рядом факторов: - сечения и R провода потенциометра, условий охлаждения, материала и теплопроводных свойств каркаса - т.е. конструктивными особенностями и свойствами окружающей среды. Обобщенной характеристикой является плотность тока .

- для алюминиевого каркаса и воздушной среды;

- для жидкостной среды.

Видно, чтобы необходимо

К преобразователям с малой степенью изменения R: (б,в,г,д,е,ж)

Основные характеристики: чувствительность.

Тензорезистивные преобразователи, которые в общем случае могут быть с жидкостным рабочим телом, с металлическим или полупроводниковым ЧЭ.

Конструкция.

Каркас: круглого или прямоугольного поперечного сечения.

Требования:

1.Постоянство электрических параметров:

; контактного усилия; контактного сопротивления в процессе работы; и при наличии ускорений; R при t=var; ; при повышенной , в присутствии пыли и влажности; малость потенциалов от ТермоЭДС.

2.Постоянство механических параметров:

- диаметра провода и шага намотки во времени и при изменении ;

- диаметра и формы каркаса во времени и при изменении ;

- постоянство и точность взаимного расположения каркаса и щетки;

- геометрических размеров преобразователя в эксплуатационных условиях (ускорения, давления)

Провод: реостатная проволока для точных преобразований подвергается волочению, отжигу в восстановительной атмосфере, чтобы избежать поверхностного окисления:

;

Защита – эмаль, оксидирование, которые должны быть прочные и эластичные, чтобы выдерживать намотку по граням с малым радиусом.

Должно легко паяться; омеднение и серебрение концов.

1. Медно-никелевые сплавы (константан, феррит, адванс…) - имеют низкий ; высокая прочность, но ТермоЭДС высока;

2. Никель-хромистые сплавы (нихром V) – высокая ; довольно низкий ; R сильно зависит состояния отжига; изготавливают с тонкой оксидной пленкой; высокая прочность и предельные

3. Никель-хром-железо (нихром) - дешевле 2. , но являются ферромагнитными; имеют более высокие ;

4. Серебряно-палладиевые – имеют более высокую коррозионную стойкость, меньшее контактное R

Виток - к витку или с шагом

Контактная дорожка – механической обработкой.

Каркас: Керамические, анодированный алюминий (допускают высокую плотность тока), феноловые смолы, эпоксидные смолы. Требуется очень чистая обработка поверхности.

Щетки: