Контактные датчики

Контактным датчиком называется датчик, в котором механическое перемещение преобразуется в замкнутое или разомкнутое состояние контактов, управляющих одной или несколькими электрическими цепями. При замыкании контактов активное сопротивление между ними изменяется от бесконечности до небольшого значения, а при размыкании контактов оно изменяется в обратном направлении, т.е. от небольшого значения до бесконечности.

Направление Контакты

движения

щупа К управляемой цепи

направление

движения

ленты

а)

Б)

А) – контакты разомкнуты;

Б) – контакты замкнуты.

На рисунке изображен простейший контактный датчик, контакты которого замыкаются или размыкаются при перемещении щупа, осуществляющего контроль толщины прокатываемой ленты. Особенностью измерения с помощью контактных датчиков является дискретность измерения (измерение происходит в отдельные моменты времени, а не непрерывно), так как контакты замыкаются и размыкаются при определенном положении щупа. Контакты являются самой важной частью датчика. Чем меньше мощность, разрываемая контактами, тем меньше происходит обгорание контактов и тем выше точность работы датчика. В качестве материала для контактов применяют серебро, вольфрам, золото, платину, сплавы платины с иридием. Контактные датчики позволяют сигнализировать перемещение с точностью до 1 – 2 мкм.

К достоинствам этих датчиков относятся простота конструкции и сравнительно высокая точность, а к недостаткам – обгорание контактов и необходимость подрегулировки контактов.

Реостатные и потенциометрические датчики.

Служат для преобразования углового или линейного перемещения в электрический сигнал. Обычно они представляют собой проволочный реостат, ползунок которого перемещается под воздействием контролируемого или регулируемого параметра. Конструктивно реостатные и потенциометрические датчики состоят из каркаса, намотанной на него проволоки и ползунка. Каркас датчиков изготовляется из текстолита, пластмассы и алюминиевых сплавов, покрытых изоляционным лаком. Такие каркасы более теплоустойчивы, что дает возможность повысить мощность тока в обмотке и повысить чувствительность преобразователя. Каркасы могут выполняться в виде цилиндрической или плоской пластины, в виде кольца или сегмента.

3

L 2

На каркас намотана в один ряд тонкая проволока. По виткам проволоки 4 скользит щетка 3, называемая движком потенциометра, которая механически связана с объектом, перемещение которого нужно измерить. От конца намотки и от движка сделаны электрические выводы 1, 2, 3, с помощью которых датчик включается в схему.

При перемещении движка потенциометра от вывода 1 к выводу 2 щетка переходит от одного витка намотки на другой. При этом длина проволоки между движком и выводом 1 увеличивается, а между движком и выводом 2 уменьшается. За счет этого сопротивление между выводами 3 и 1 увеличивается от 0 до R, а между выводами 2 и 3 – уменьшается от R до 0, где R – сопротивление проволоки, намотанной на каркас. По изменению этих сопротивлений можно определить перемещение L. Потенциометр включается по схеме делителя напряжения.

R-R_x

U L

R_x x U_вых

Выходное напряжение потенциометра в режиме холостого хода, когда нагрузка не подключена, определяется по следующей формуле:

,

где U – напряжение питания датчика;

I – ток, который протекает по датчику;

R_X – сопротивление питания датчика;

R – полное сопротивление датчика.

,

где x – перемещение ползунка датчика;

L – длина обмотки датчика.

Подставив в формулу для U_вых, получим:

,

где K = U/L – коэффициент передачи.

Отсюда следует, что статическая характеристика потенциометра представляет собой линейную зависимость между выходным напряжением датчика U_вых и перемещением ползунка x.

U_вых

U_вых = f(x)

x

Рассмотренный датчик является однотактным, так как дает возможность измерять перемещение ползунка x только одного знака. В технике также применяется двухтактный или реверсивный датчик, реагирующий на знак перемещения. Для построения указанного датчика необходимо сделать отвод от средней точки обмотки датчика.

U_вых

L/2

U_вых +x

-x -x x

L/2 U_вых

-U_вых

Для уменьшения скачков и зон нечувствительности при намотке используется тонкий провод диаметром 0,03-0,05 мм с малым температурным коэффициентом сопротивления (нихром, константан, манганин).

К достоинствам потенциометрических датчиков можно отнести: конструктивную простоту, малую массу и небольшие габариты, возможность питания переменным и постоянным током, простоту регулировки и высокую стабильность.