Потенциометрические датчики назначение. Принцип действия

Конструкции датчиков
Конструктивно потенциометрический датчик (рис. 4.2) состоит из каркаса 1, на который намотана в один слой обмотка 2 из тонкого провода. По виткам обмотки скользит движок (щетка) 3, который механически связан с объектом, перемещение которого надо изме­рить. Обмотка выполнена из изолированного провода, а дорожка, по которой скользит движок, предварительно очищена от изоляции.
К аркас выполнен обычно плоским или в виде цилиндра. Материалом карка­са может быть изолятор (текстолит, гетинакс, пластмасса, керамика) или металл, покрытый слоем изоляции. Металличе­ские каркасы благодаря лучшей тепло­проводности позволяют получить боль­шую мощность электрического сигнала на выходе датчика. В качестве материала для такого каркаса может быть нанесен слой оксидированного алюминия толщиной около 10 мкм. При рас­сматривании в лупу с двадцатикратным увеличением слой не дол­жен иметь трещин или неровностей. Напряжение пробоя такого слоя не менее 500 В.
Для обмотки потенциометрического датчика чаще всего приме­няют провод из манганина, константана и других проводниковых материалов, имеющих малый температурный коэффициент сопро­тивления. При больших усилиях прижатия движка используется провод диаметром 0,1—0,3 мм, при малых усилиях прижатия — про­вод из сплавов, в состав которых входят платина, серебро, иридий, рубидий, осмий и др. Диаметр провода d таких точных датчиков вы­бирается в пределах 0,03—0,01 мм. Характеристики некоторых про­водниковых материалов, используемых для потенциометрических датчиков, приведены в табл. 4.1.


Таблица 4.1. Материалы проводов, используемых для потенциометрических датчиков

Материал провода	Удельное сопротивле­ние при t = 20 °С, Ом•мм^2/м	Температурный ко­эффициент сопро­тивления α, 1/°С	Допустимая темпера­тура нагрева, °С
Константан	0,49	(3÷4) • 10^-6	500
Манганин	0,42	6 ÷10^-6	960
Нихром	1,08	(15÷20) • 10^-6	110
Вольфрам	0,056	464÷10^-6	3400
Платиноиридиевый сплав	0,23	-111÷10^-6	1780

Провод наматывается на каркас с некоторым натяжением. При этом необходимо, во-первых, чтобы при понижении температуры провод не распускался из-за разных температурных коэффициентов линейного расширения материалов провода и каркаса; во-вторых, чтобы при нагреве корпуса провод при растяжении не достигал пре­дела упругости. Толщину каркаса не рекомендуется брать менее 4d, а радиус закругления на углах каркаса — менее 2d. После намотки провода на каркас для укрепления витков и предохранения их от смещения всю поверхность покрывают тонким равномерным слоем бескислотного лака. Полировка контактной поверхности обмотки (дорожки движения) производится вдоль витков абразивной шкуркой на бумажной основе, шлифовальным алмазным кругом с мик­ропорошком, а проводов с эмалевой изоляцией — фетровым кру­гом. Ширина дорожки составляет обычно (2÷3)d.

При d=0,1÷0,3 мм движок потенциометрического датчика вы­полняется в виде пластинчатых щеток из серебра, серебра с палла­дием или (реже) фосфористой бронзы. Контактное усилие при этом принимается равным 0,05—0,1 Н, что обеспечивает силу тре­ния не более 3 • 10^-2 Н. Для точных датчиков при d< 0,1 мм дви­жок делается из сплавов платины с иридием, бериллием или сереб­ром в виде двух—пяти тонких параллельных проволок. Контактное усилие при этом принимается равным 10^-3—10^-2 Н, т. е. иногда оно достигает 2 • 10^-4 Н (20 мг) на отдельный контакт. Столь малые контактные усилия необходимы для высокоточных потенциометрических датчиков, используемых, например, в ответственных косми­ческих объектах.

На рис. 4.3 приведена конструкция потенциометрического дат­чика для измерения угловых перемещений. Так же как и датчик ли­нейных перемещений, он состоит из каркаса 1 с обмоткой 2, по ко­торой скользит движок 3. Для съема сигнала с перемещающегося движка служит добавочная щетка 4, скользящая по токосъемному кольцу 5. Выходное напряжение датчика угловых перемещений про­порционально углу поворота подвижной части первичного измери­теля, соединенного с осью движка.

В некоторых автоматических приборах в качестве потенциомет­рического датчика используют так называемый реохорд (рис. 4.4). Он представляет собой натянутую проволоку, по которой скользит ползунок. Сопротивление реохорда пропорционально перемещению ползунка. Часто реохорд используют не в потенциометрической схе­ме, а включают в плечо мостовой схемы. В этом случае перемеще­ние движка преобразуется в изменение сопротивления R.