Реостатные преобразователи

Глава 1

Измерения геометрических размеров, перемещений. скоростей.

В легкой промышленности для контроля за ходом технологического процесса, контроля качества полуфабриката, норм расхода применяют датчики линейных и угловых перемещений, скоростей, ускорений (усадка, вытяжка материалов – большие перемещения, толщина материала или их покрытия – малые перемещения, порядка мм, мкм).Первичные преобразователи и датчики на указанные диапазоны, преобразующие перемещение в электрические сигналы и рассмотрены ниже.

§1. Реостатные преобразователи.

Реостатный преобразователь – прецизионный реостат, движок которого перемещается под действием измерительной величины. Входной величиной преобразователя является линейное или угловое перемещение движка;  выходной – изменение его сопротивления.

Устройство преобразования показано на рис.1

рис.1

Он состоит из каркаса 1, на котором намотан провод 2, изготовленный из материала с высоким удельным сопротивлением, и тока съемного двиэка 3, укрепленного на оси 4. 5 – выводы. Каркас с намоткой может иметь и переменное сечение (штриховая линия), тогда функция преобразования R=f(x) (х - перемещение) является нелинейной, или каркас может быть кольцевой, тогда R=f(α) (α– угловое перемещение).

Рекомендуемые материалы

При перемещении движка вдоль каркаса на величину шага обмотки  ∆x=λ сопротивление изменяется на ∆R=(dR/dx)λ, где dR/dx – производная требуемой функции преобразования R=f(x) по перемещению движка. При перемещении движка с одного витка на другой сопротивление изменяется на величину, равную сопротивлению одного витка.

Потенциометрическая схема включения преобразователя показана на рис.2

рис.2

Если сопротивление нагрузки R_H велико (R_H>>R_P), что током в нем можно пренебречь по сравнению с током в R_P, то рассмотренный преобразователь работает в режиме холостого хода и напряжение на нагрузке

U_H=UR/R_P

пропорционально сопротивлению R.

Если преобразователь имеет пропорциональную функцию преобразования  R=(R_P/ℓ)x, то напряжение U_H пропорционально перемещению движка

U_H=(U/ℓ)x,     (ℓ - перемещение)

Для анализа цепи с нагрузкой R_H соизмеримой с R_P можно воспользоваться теоремой об активном двухполюснике. Тогда

U_H =,

где β=R/R_P – относительное изменение сопротивления преобразователя; α=R_P/R_H – коэффициент нагрузки. Зависимость UH от β для различных α приведена на рис.3.          

рис.3

Для холостого хода U_H=U_X – прямая линия. Тогда погрешность  ∆U=U_H-U_X. Для уменьшения погрешности следует увеличить R_H.

С изменением температуры изменяется сопротивления преобразователя по формуле

R_t=R_o(1+αt),

где α – температурный коэффициент сопротивления;

R_o – сопротивление при t=0^оС.

В режиме холостого хода температура не вызовет погрешность, а при R_H≈R_P– скажется температура.

Реостатному проволочному преобразователю присуща погрешность дискретными, т.е. скачкообразными изменениями сопротивления на ∆R при переходе движка с одного витка на другой. Тогда максимальное значение приведенной погрешности

γ_R=±∆R/2R_P.

Бесплатная лекция: "2.16 Основные задачи, связанные с плоскостью" также доступна.

Если ∆R равны по всему диапазону, то

R_P=n∆R

γ_R=±1/2n

где n – число витков в обмотке.

В практике применения корпус реостата крепится неподвижно, а движок – к измеряемой перемещение величине.

Длина перемещения x равна длине реостата ℓ и может иметь несколько десятков сантиметров.