Реостатные и потенциометрические датчики

Выполняется в виде переменного градуированного сопротивления, подвижный контакт которого связан с преобразуемым элементом. Датчики представляют собой проволочный реостат, ползунок которого перемещается под воздействием контролируемого или регулируемого параметра.

Составные части датчика: каркас в виде плоской или цилиндрической пластины; обмотка из проводов с большим удельным сопротивлением и малым температурным коэффициентом сопротивления, например, из константана, манганина, нихрома (при малых контактных давлениях используется серебро, платина, золото); ползунок.

Непрерывному изменению входного параметра датчика соответствует ступенчатое (дискретное) изменение сопротивления, равное значению одного витка обмотки. Это приводит к погрешности измерения, которую можно уменьшить за счет уменьшения диаметра проволоки. При создании датчика стремятся к тому, чтобы было как можно больше витков датчика на единицу входного параметра, что приводит к уменьшению дискретности выходной характеристики.

Потенциометрический датчик представляет собой реостат, включенный по схеме делителя напряжения. В режиме холостого хода выходное напряжение датчика U_вых равно

, (24)

где I – ток датчика; R_х – сопротивление введенной части датчика; U_вх – входное напряжение питания датчика; R_п – полное сопротивление датчика.

Если намотка датчика выполнена равномерно и сопротивление проволоки на единицу длины постоянно, то справедливо выражение

, (25)

где x – перемещение ползунка датчика, соответствующее R_x; - длина обмотки датчика, соответствующая R_п.

Вместо ползунка для таких датчиков может быть использована щетка из серебра или сплавов на основе благородных металлов, которая скользит по проводу, прижимаясь к нему с некоторым усилием, контактным давлением.

Рисунок 35 – Схемы включения потенциометрических датчиков

Статическая характеристика такого датчика линейна и располагается в области первого квадранта, а датчик называется однотактным и определяет только величину перемещения без учета знака этого перемещения. Для определения знака перемещения датчик выполняют двухтактным. На рисунке 1 приведены схемы включения потенциометрических датчиков как делителей напряжения. Они могут быть нагружены и ненагружены.

Соотношение 25 справедливо для ненагруженного датчика (рисунок 25а). На рисунке 25б приведена нагруженная схема, для которой U_вых равно:

, (26)

где - соотношение сопротивления нагрузки и полного сопротивления датчика.

Выходная характеристика становится нелинейной. На рисунке 1в приведена двухтактная ненагруженная схема, в которой

. (27)

В отличие от однотактных схем эта схема обеспечивает получение знакопеременного напряжения на выходе, но масштаб напряжения уменьшается вдвое.

При нагруженной двухтактной схеме (рисунок 1г):

. (28)

На рисунке 1д приведена реостатная схема, используемая обычно в устройствах ввода и отработки следящих систем, когда напряжение, подаваемое на вход реостата, превышает его номинальное рабочее напряжение.

Величину масштабного сопротивления R_м определяют по формуле:

, (29)

где R_и и U_и – измеряемое сопротивление и напряжение; U₀ – калиброванное напряжение.

Потенциометрические датчики в устройствах автоматики применяют, в основном, для измерения угла поворота различных приборов и механизмов. С выходных клемм таких датчиков снимают напряжение постоянного или переменного тока, пропорционального углу поворота ползунка или щетки потенциометра. К датчикам угла поворота относятся прецизионные потенциометры типа ПЛ1, ПЛ2, ПП, ПД, ПК. Потенциометрические датчики угла поворота, применяемые как датчики крена летательных апппаратов – ДК-3, ГДК-52, дополнительно используют гироскопический эффект.