Экспериментальное изучение реостатных преобразователей

название объясняется тем, что в простейшем случае такие датчики включаются по схеме (рис. 2.1), соответствующей известному потенциометрическому методу измерений.

Конструкция потенциометрических датчиков

Потенциометр представляет собой переменный резистор, электрическое сопротивление которого зависит от положения подвижного контакта. По способу выполнения переменного резистора потенциометры делятся на потенциометры непрерывной намотки и ламельные.

В потенциометрах непрерывной намотки переменным сопротивлением служит намотанная на каркас в один ряд тонкая проволока по зачищенной поверхности которой скользит подвижный контакт. Сопротивление потенциометров находится в пределах от нескольких десятков Ом до нескольких десятков кОм.

В ламельных потенциометрах подвижный контакт скользит по контактным ламелям, к которым припаяны постоянные проволочные сопротивления. Они изменяют сопротивление в широких пределах и применяются, когда необходимо получить переменное сопротивление в несколько сотен или тысяч кОм.

Преобладающее распространение получили потенциометры непрерывной намотки благодаря своей простоте и более плавному изменению сопротивления.

Каркас потенциометра выполняют пластмассовым, керамическим или алюминиевым с оксидированной поверхностью. Обычно они имеют форму стержня, кольца или изогнутой по дуге пластинки. Для обмотки потенциометра применяется эмалированная проволока из материала с большим удельным сопротивлением малым температурным коэффициентом сопротивления (константан, манганин, специальные сплавы платины и пр.). Диаметр проволоки выбирают в зависимости от требуемого сопротивления и числа витков, начиная от 0,04-0,05 мм и выше. Проволоку наматывают на каркас, затем обмотку пропитывают лаком. На рабочей поверхности зачищается дорожка, по которой перемещается подвижный контакт. Материал его должен быть несколько мягче, чем материал обмоточного провода, во избежание перетирания витков при длительной работе потенциометров.

Допустимую плотность тока выбирают в зависимости от материала проволоки и условий охлаждения потенциометра. При непрерывной работе потенциометра с манганиновой или константановой обмоткой перегрев не должен превышать 40-50 ºС, что возможно при плотности тока около 10 А/мм² на каркасе из пластмассы и 25-30 А/мм² на металлическом каркасе. При использовании благородных металлов допустимый перегрев 70-80 ºС, что возможно при плотности тока около 40-50 А/мм² на металлическом каркасе.

При больших токовых нагрузках потенциометр помещают внутрь камеры, заполненной жидкостью (лигроином, маслом и др.), что улучшает условия охлаждения и дает возможность увеличить плотность тока до 80-100 А/мм². При работе потенциометров в жидкости их износ уменьшается, и поэтому применение таких потенциометров рационально в тех случаях, когда по условиям работы подвижный контакт совершает незатухающие или слабо затухающие колебания.

Определение статической характеристики потенциометрического датчика

Найдем уравнение статической характеристики датчика U_вых=f(x), включенного по схемы, приведенной на рис. 2.1, пологая, что потенциометр является линейным, т.е., все его витки имеют одинаковую длину и напряжение U_o, подводимое к датчику, распределяется равномерно по его длине потенциометра. Поэтому при разомкнутой выходной цепи (сопротивление ), т.е. в режиме холостого хода, потенциал подвижного контакта пропорционален перемещению X:

,                                                        (2.1)

где  - длина потенциометра, мм; Х – перемещение подвижного контакта, мм.

При включенной нагрузке () напряжение, снимаемое с подвижного контакта