Sensor potensiometri

Sensor potensiometer adalah resistor variabel yang tegangan suplai diterapkan, nilai inputnya adalah perpindahan linier atau sudut dari kontak pengumpul arus, dan nilai output adalah tegangan yang diambil oleh kontak ini, yang besarnya berubah sesuai posisinya. perubahan.

Sensor potensiometrik dirancang untuk mengubah perpindahan linier atau sudut menjadi sinyal listrik, serta mereproduksi ketergantungan fungsional paling sederhana dalam perangkat otomatis dan otomatis dari tipe kontinu.

Diagram koneksi sensor potensiometri

Dengan resistensi, sensor potensiometrik dibagi menjadi

• lamela dengan resistensi konstan;

• gulungan kawat dengan belitan terus menerus;

• dengan lapisan resistif.

Sensor potensiometri pipih digunakan untuk melakukan pengukuran yang relatif kasar karena cacat desain tertentu.

Dalam sensor seperti itu, resistor konstan, yang dipilih secara nominal dengan cara khusus, disolder ke lamellae.

Lamela adalah struktur dengan elemen konduktif dan non-konduktif bolak-balik tempat kontak kolektor meluncur.Ketika pengumpul arus dipindahkan dari satu elemen penghantar ke elemen lainnya, resistansi total resistor yang terhubung dengannya berubah dengan jumlah yang sesuai dengan nilai nominal satu resistansi. Perubahan resistansi dapat terjadi dalam rentang yang luas. Kesalahan pengukuran ditentukan oleh ukuran bantalan kontak.

Sensor potensiometer pipih

Sensor potensiometer kabel dirancang untuk pengukuran yang lebih akurat. Sebagai aturan, desain mereka adalah bingkai yang terbuat dari getinax, textolite atau keramik, di mana kawat tipis dililitkan dalam satu lapisan, berputar secara bergantian, pada permukaan yang dibersihkan di mana pengumpul arus meluncur.

Diameter kawat menentukan kelas akurasi sensor potensiometer (tinggi 0,03-0,1mm, rendah 0,1-0,4mm). Bahan kawat: manganin, fechral, ​​​​paduan berdasarkan logam mulia. Slip ring terbuat dari bahan yang lebih lembut untuk mencegah kawat lecet.

Keuntungan dari sensor potensiometer:

• kesederhanaan desain;

• ukuran dan berat kecil;

• tingkat linearitas tinggi dari karakteristik statis;

• stabilitas karakteristik;

• kemungkinan operasi pada arus bolak-balik dan arus searah.

Kerugian dari sensor potensiometer:

• adanya kontak geser, yang dapat menyebabkan kerusakan akibat oksidasi jejak kontak, gesekan belokan atau pembengkokan slider;

• kesalahan dalam operasi karena memuat;

• faktor konversi yang relatif kecil;

• ambang sensitivitas tinggi;

• adanya kebisingan;

• kerentanan terhadap erosi listrik di bawah pengaruh pelepasan impuls.

Karakteristik statis dari sensor potensiometri

Karakteristik statis dari sensor potensiometri ireversibel

Mari kita perhatikan sebagai contoh sensor potensiometer dengan koil kontinu. Tegangan AC atau DC U diterapkan ke terminal potensiometer Nilai input adalah perpindahan X, nilai output adalah tegangan Uout. Untuk mode siaga, karakteristik statis sensor adalah linier karena hubungannya benar: Uout = (U/R)r,

di mana R adalah resistansi kumparan; r adalah resistansi sebagian kumparan.

Mengingat r / R = x / l, di mana l adalah panjang total kumparan, kita dapatkan Uout = (U / l) x = Kx [V / m],

di mana K adalah koefisien konversi (transmisi) dari sensor.

Jelas, sensor seperti itu tidak akan merespons perubahan tanda sinyal input (sensor tidak dapat diubah). Ada skema yang sensitif terhadap perubahan tanda tangan. Karakteristik statis dari sensor semacam itu memiliki bentuk yang ditunjukkan pada gambar.

Sirkuit bolak-balik dari sensor potensiometer

Karakteristik statis dari sensor potensiometri reversibel

Karakteristik ideal yang dihasilkan dapat berbeda secara signifikan dari yang asli karena adanya berbagai jenis kesalahan:

1. Zona mati.

Tegangan keluaran bervariasi secara terpisah dari belokan ke belokan, mis. zona ini terjadi ketika, untuk nilai input kecil, Uout tidak berubah.

Besarnya lompatan tegangan ditentukan dengan rumus: DU = U / W, dimana W adalah jumlah lilitan.

Ambang batas sensitivitas ditentukan oleh diameter kawat kumparan: Dx = l / W.

Sensor potensiometrik untuk pita mati

2. Ketidakteraturan karakteristik statis karena variabilitas diameter kawat, resistansi dan pitch belitan.

3. Kesalahan dari serangan balik yang terjadi antara sumbu putaran motor dan lengan pemandu (pegas kompresi digunakan untuk menguranginya).

4.Kesalahan karena gesekan.

Pada daya rendah elemen yang menggerakkan sikat sensor potensiometer, zona stagnasi dapat terjadi karena gesekan.

Tekanan sikat harus disesuaikan dengan hati-hati.

5. Kesalahan karena pengaruh beban.

Bergantung pada sifat beban, terjadi kesalahan, baik dalam mode statis maupun dinamis. Dengan beban aktif, karakteristik statis berubah. Nilai tegangan keluaran akan ditentukan menurut ekspresi: Uout = (UrRn) / (RRn + Rr-r2)

Ini. Uout = f(r) bergantung pada Rn. Dengan Rn >> R dapat ditunjukkan bahwa Uout = (U/R) r;

ketika Rn kira-kira sama dengan R, ketergantungannya non-linier dan kesalahan maksimum sensor adalah ketika penggeser menyimpang dari (2/3))l. Biasanya pilih Rн / R = 10 … 100. Besarnya kesalahan pada x = (2/3) l dapat ditentukan dengan ekspresi: E = 4/27η, dimana η= Rн / R — faktor beban.

Sensor potensiometri di bawah beban

a — Rangkaian ekivalen sensor potensiometri dengan beban, b — Pengaruh beban pada karakteristik statis sensor potensiometri.

Karakteristik dinamis dari sensor potensiometri

Fungsi transmisi

Untuk menurunkan fungsi transfer, akan lebih mudah mengambil arus beban sebagai nilai keluaran; dapat ditentukan dengan menggunakan teorema generator ekuivalen. B = Uout0 / (Rvn + Zn)

Pertimbangkan dua kasus:

1. Beban murni aktif Zn = Rn karena Uout0 = K1x In = K1x / (Rin + Rn)

di mana K1 adalah kecepatan idle sensor.

Menerapkan transformasi Laplace, kita mendapatkan fungsi transfer W (p) = In (p) / X (p) = K1 / (Rin + Rn) = K

Dengan cara ini, kami memperoleh koneksi inertialess, yang berarti sensor memiliki semua karakteristik frekuensi dan waktu yang sesuai dengan koneksi ini.

Sirkuit setara

2. Beban induktif dengan komponen aktif.

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

Menerapkan transformasi Laplace, kita memperoleh Uoutx (p) = In (p) [(Rvn + pL) + Rn]

Melalui transformasi, seseorang dapat sampai pada fungsi transfer dalam bentuk W (p) = K / (Tp + 1) — koneksi aperiodik orde pertama,

dimana K = K1 / (Rvn + Rn)

T = L / (Rvn + Rn);

Kebisingan internal dari sensor potensiometer

Seperti yang ditunjukkan, saat sikat bergerak dari belokan ke belokan, tegangan keluaran berubah secara tiba-tiba. Kesalahan yang dibuat oleh injakan berupa tegangan gigi gergaji yang ditumpangkan pada tegangan keluaran fungsi transfer, yaitu. adalah kebisingan. Jika kuas bergetar, gerakannya juga menimbulkan noise (gangguan). Spektrum frekuensi kebisingan getaran berada dalam rentang frekuensi audio.

Untuk menghilangkan getaran, pantograf dibuat dari beberapa kabel dengan panjang berbeda yang dilipat menjadi satu. Kemudian frekuensi alami setiap kabel akan berbeda, hal ini mencegah munculnya resonansi teknis. Tingkat kebisingan termal rendah, mereka diperhitungkan dalam sistem yang sangat sensitif.

Sensor potensiometri fungsional

Perlu dicatat bahwa dalam otomasi, fungsi transfer fungsional sering digunakan untuk memperoleh dependensi nonlinier, yang dibangun dalam tiga cara:

• mengubah diameter kawat di sepanjang koil;

• perubahan nada koil;

• penggunaan bingkai dengan konfigurasi tertentu;

• dengan menggerakkan bagian potensiometer linier dengan resistansi dengan ukuran berbeda.

Misalnya, untuk mendapatkan ketergantungan kuadrat menurut metode ketiga, lebar bingkai perlu diubah secara linier, seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Sensor potensiometer fungsional

Potensiometer multi-putaran

Sensor potensiometer konvensional memiliki jangkauan operasi terbatas. Nilainya ditentukan oleh dimensi geometris rangka dan jumlah putaran kumparan. Mereka tidak dapat meningkat tanpa batas. Oleh karena itu, sensor potensiometer multi-putaran telah menemukan aplikasinya, di mana elemen resistif dipelintir dalam garis spiral dengan beberapa putaran, sumbunya harus diputar beberapa kali agar motor bergerak dari satu ujung kumparan ke ujung lainnya, mis. jangkauan listrik dari sensor tersebut adalah kelipatan 3600.

Keuntungan utama dari potensiometer multi-putaran adalah resolusi dan akurasinya yang tinggi, yang dicapai karena panjang elemen resistif yang besar dengan dimensi keseluruhan yang kecil.

Fotopotensiometer

Fotopotensiometer — adalah analog non-kontak dari potensiometer konvensional dengan lapisan resistif, kontak mekanis di dalamnya diganti dengan kontak fotokonduktif, yang, tentu saja, meningkatkan keandalan dan masa pakai. Sinyal dari fotopotensiometer dikendalikan oleh probe cahaya yang berfungsi sebagai penggeser. Itu dibentuk oleh perangkat optik khusus dan dapat dipindahkan sebagai akibat dari aksi mekanis eksternal di sepanjang lapisan fotokonduktif. Pada titik di mana lapisan foto terpapar, terjadi fotokonduktivitas berlebih (dibandingkan dengan gelap) dan terjadi kontak listrik.

Fotopotensiometer dibagi berdasarkan tujuan menjadi linier dan fungsional.

Fotopotensiometer fungsional memungkinkan pergerakan spasial sumber cahaya diubah menjadi sinyal listrik dengan bentuk fungsional tertentu karena lapisan resistif yang diprofilkan (hiperbolik, eksponensial, logaritmik).