7.2.1.2 Потенциометрические датчики переключений

В качестве датчиков перемещений широко используются потенциометрические датчики. Они просты, дешевы, малогабаритные. Простейшая схема использования потенциометрического датчика имеет вид (рис.7.5.).

Рис. 7.5.

Здесь Х - перемещение

Потенциометрические датчики перемещения позволяют сравнительно легко позволяют реализовать функциональную зависимость R(x) любого вида. Для этого выполняется фигурный каркас соответствующего профиля. Кроме того, потенциометрические датчики и на постоянном, и на переменном токе.

К недостаткам потенциометрических датчиков можно отнести возможность отказа из-за наличия скользящего контакта (окисление контактных дорожек, перетирание, отгибание ползунка), сравнительно не большую чувствительность.

Разрешающая способность датчиков определяется диаметром провода: от 0,03 до 0,1 мм в прецизионных датчиках и до 0,4 мм в более грубых датчиках.

7.2.1.3. Тензометрические датчики перемещений

Действие тензодатчиков перемещений (ТДП) основано на изменении электрического сопротивления проводников и полупроводников при упругих деформациях растяжения и сжатия.

Чувствительные элементы датчиков выполняются из металлической проволоки, фольги полупроводников их стержней круглого и плоского сечений. Конструктивно тензодатчики выполняются наклеиваемыми и не наклеиваемыми (рис. 7.6.)

Рис. 7.6.

Полупроводниковые тензодатчики (тензолиты) изготавливаются в виде лент или проводов из полупроводников (рис 7.7.)

Рис. 7.7.

Отрезок тезолита наклеивается на бумагу или лакированную поверхность детали.

В качестве измерительной схемы в тензодатчиках чаще всего применяется мостовая схема из тензорезисторов (рис.7.8.).

Рис. 7.8.

Обычно тензорезисторы R₁ и R₄ имеют один знак тензочувствительности, а R₂ и R₃ – противоположный.

Тензочувствительность датчиков существенно зависит от температуры. Для снижения влияния температуры на тензодатчики применяют различные схемы термостабилизации.

7.2.1.4 Емкостные датчики перемещений

Действие емкостного датчика перемещения (ЕДП) основано на преобразовании входной величины х в изменение емкости конденсатора. Как известно для плоского конденсатора C = S/, где  – диэлектрическая проницаемость, S – площадь пластин плоского конденсатора,  - зазор между пластинами.

Перемещение х может воздействовать на один из указанных параметров S, , .

ЕДП входят в состав следующих следящих систем переменного тока высокой точности, работающих на повышенной (400 Гц) частоте.

По виду измерительной схемы ЕДП подразделяются на параметрические и дифференциальные (рис. 7.9.).

если R << X_c, то U_вых = ERwC(x) = U_вых(х)

Рис. 7.9.

В измерительных схемах происходит преобразование входной неэлектрической величины (угловое или линейное перемещение) в электрическую величину (ток, напряжение).

7.2.1.5 Индуктивные и трансформаторные датчики перемещений

В основу действия индуктивных датчиков перемещения (ИДП) положена способность электрической катушки, размещенной на магнитопроводе с зазором, изменять свою индуктивность при перемещении якоря магнитопровода, т.е. при изменении величины заряда в магнитопроводе. Простейший ИДП представлен на (рис. 7.10.)

Рис. 7.10.

Это дроссельный ИДП. Он состоит из ярма 1 с размещенной на нем обмоткой 2 и якоря 3, удерживаемого пружинами. К якорю прикладывается усилие, которое его перемещает, при этом датчиком измеряется перемещение х якоря, а также величина заряда q

В общем виде индуктивность катушки в электромагнитной системе определяется уравнением

где Z_m – магнитное сопротивление дросселя, w – число витков катушки.

Магнитное сопротивление дросселя определяется выражением

где R_ж – активное сопротивление сердечника, R_б – магнитное сопротивление воздушного зазора, х_m – реактивное сопротивление магнитного сопротивления.

Обычно (R_ж + R_б) х_m, а R_б >> R_ж. Поэтому

где S – сечение сердечника, ₀ – магнитная проницаемость воздушного зазора.

Ток, протекающий в электрической цепи, равен

где R = R_k + R_g – активное сопротивление цепи. Обычно R_k активное сопротивление катушки. wL  R, тогда

На рис.7.11.представлена статическая характеристика ИДП I = f()  I = f₂(x)

Рис. 7.11.

Здесь I_u – ток в идеальном датчике, I_p – ток в реальном датчике

К недостаткам однотактного ИДП следует отнести

- небольшой диапазон измеряемых перемещений;

- нелинейность статической характеристики;

- сильное влияние температуры и других параметров окружающей среды на точность измерения.

К индуктивным датчикам перемещений относятся и трансформаторные датчики переме-щений. В таких датчиках входное напряжение изменяет коэффициент индуктивной связи между двумя обмотками, одна из которых является питающей, а другая – измерительной (рис.7.12.)

Рис. 7.12.

Можно записать, что

если , то Z₁, U₁  U_вых

При изменении х происходит перераспределение напряжений U₁ и U₂ и в конечном итоге напряжения U_вых.

Области применения трансформаторных датчиков те же, что и у ИДП, но они несколько предпочтительнее из-за отсутствия гальванической связи между цепями питания и выхода.