Материалы проводов, используемых для потеициометрических датчиков

Материал провода	Удельное сопротивление при t=20 С, Ои*мм^2/м	Температурный коэффициент сопротивления а, 1/C	Допустимая температура нагрева, С
Константан Манганин Нихром Вольфрам Платиноиридиевый сплав	0.49 0,42 1.08 0,056 0,23		500 960 110 3400 1780

Полировка контактной поверхности обмотки (дорожки движения) производится вдоль витков наждачной или полировочной бумагой, шлифовальным кругом с алмазной пылью, а проводов с эмалевой изоляцией — фетровым кругом. Ширина дорожки составляет обычно:

При 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 Н. Для точных датчиков при d<0,\ мм

движок делается из сплавов платины с иридием, бериллием или серебром в виде двух—пяти тонких параллельных проволок. Контактное усилие при этом принимается равным Н, т. е. иногда оно достигает 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 / 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

§ 4.3. Характеристики линейного потенциометрического датчика

О сновной характеристикой потенциометрического датчика является зависимость выходного напряжения U_Bыx от перемещения х. При равномерной намотке эта зависимость линейная только на холостом ходу, т. е. при отсутствии сопротивления нагрузки, подключенной к выходным зажимам датчика. В реальных условиях к этим зажимам подключаются электрические приборы, входное сопротивление которых является сопротивлением нагрузки для датчика (рис. 4.5).

Под нагрузкой обычно понимается ток нагрузки. Когда говорят, что «нагрузка отсутствует»,

то подразумевают, что именно ток нагрузки равен нулю. Сопротивление же нагрузки при этом, естественно, равно бесконечности. Следовательно, в режиме холостого хода (т. е. при отсутствии нагрузки) сопротивление нагрузки бесконечно велико.

Для анализа влияния сопротивления нагрузки R„ на основную характеристику датчика, полное сопротивление обмотки которого R, введем понятие коэффициента нагрузки ^и Выходное напряжение датчика

(4.2)

По этому уравнению построим зависимость , где

U — напряжение питания датчика, для различных значений (рис. 4.6). С уменьшением сопротивления нагрузки характеристика датчика становится нелинейной и возрастает ошибка преобразования. Относительная погрешность для нагруженного датчика может быть найдена сопоставлением выражении (4.1) и (4.2):

Отношение перемещения движка х к длине намотки обозначаем через Если датчик не нагружен, т. е. сопротивление нагрузки и то выходное напряжение линейно возрастает при изменении а от 0 до 1; Графически эта за-

висимость изображается прямой линией. При наличии сопротивления нагрузки R_н, соизмеримого с сопротивлением обмотки R, эта зависимость отличается от линейной, поскольку часть тока, проходящего через датчик, ответвляется в нагрузку. Ток, поступающий от источника питания,

На рис. 4.7 построены кривые /, 2, характеризующие относительную погрешность датчика при ; 0,5 соответственно. При больших абсолютная величина максимальной погрешности при а=2/3.

Важной характеристикой качества потенциометрического датчика является плавность изменения выходного напряжения. При перемещении движка по обмотке потенциометра происходит скачкообразное изменение сопротивления, поскольку движок как бы перескакивает с одного витка на другой. Это приводит к тому, что зависимость выходного напряжения от перемещения имеет ступенчатый вид (рис. 4.8). Число ступеней пропорционально, а их высота обратно пропорциональна числу витков обмотки. Реальная выходная характеристика имеет отклонения от идеальной (плавной, бесступенчатой) как вверх, так и вниз. Следовательно, погрешность, вызванная ступенчатостью, может быть как положительной, так и отрицательной и составляет половину напряжения 1/_в, приходящегося на один виток намотки. Если обозначить через w общее число витков потенциометра, то и погрешность

с тупенчатости . Для количественной оценки погрешности, обусловленной ступенчатостью, вводят понятие электрической разрешающей способности потенциометра б_Р. Разрешающая способность определяет максимально возможную точность работы потенциометрического датчика. Улучшить ее можно увеличивая число витков w. Для этого можно либо удлинить намотанную часть потенциометра / (при заданном диаметре провода), либо уменьшить сечение провода. Уменьшение диаметра провода приводит к технологическим трудностям изготовления обмотки, но, самое главное, снижает надежность потенциометра, поскольку ухудшается механическая прочность обмотки и она быстрее истирается.

Увеличение длины обмотки, естественно, приводит к увеличению размеров всего потенциометра. Для устранения этого недостатка были разработаны многооборотные потенциометры.

Для улучшения разрешающей способности можно также применять движки с несколькими токосъемными контактами. На рис. 4.9 показан движок с двумя контактами 1 и 2, которые касаются обмотки 3 в двух диаметрально противоположных точках. Наличие двух параллельных контактов повышает и надежность потенциометра.

Принципиально отсутствует погрешность, обусловленная ступенчатостью у датчиков типа реохорда, где движок скользит вдоль натянутой проволоки. Эти датчики имеют малое сопротивление и выходное напряжение, т. е. низкую чувствительность, поэтому в потенциометрических схемах включения они не нашли практического применения. Чувствительность датчика может быть определена как первая производная выходного напряжения по перемещению движка. Для ненагруженного потенциометра чувствительность потенциометра пропорциональна напряжению питания датчика и обратно пропорциональна длине намотки.