Резисторные датчики

Резисторные датчики работают в цепях постоянного и переменного тока и делятся на:

1) потенциометрические (реостатные), служащие в основном для измерения перемещений;

2) угольные — для измерения перемещений и давлений;

3) тензометрические — для измерения деформаций и вибраций твердых тел;

4) термосопротивления — для измерения температуры, скорости потока газа, разреженности газа и т. п.

В потенциометрических датчиках, которые могут быть двух типов — однотактные (рис. 2-2,а) и двухтактные(рис. 2-2,б), измеряемое перемещение

Рис. 2-2. Потенциометрические датчики и их характеристики

преобразуется в перемещение движка потенциометра, выходное напряжение которого характеризует измеряемую величину. В автоматике применяют линейные потенциометры, с линейной зависимостью выходного напряжения от перемещения, и профилированные, с нелинейной зависимостью, что необходимо в некоторых случаях (коррекция нелинейности тракта измерения и др.).

При работе датчика на конечную нагрузку возникают нежелательные явления: искажение его статической характеристики, возрастающее с уменьшением сопротивления нагрузки, появление инерционности при реактивной нагрузке. Простейший способ ликвидации влияния нагрузки на статическую характеристику датчика состоит в выборе , где R_H, R — соответственно сопротивление нагрузки и сопротивление датчика. На практике это обычно достигается при подаче выходного напряжения датчика на сетку электронного усилителя.

Для указанных датчиков применяют проволочные потенциометры, поскольку непроволочные (пленочные и др.) имеют малую точность и надежность. Однако такие датчики имеют ступенчатую статическую характеристику (рис. 2-2,в), обусловленную тем, что при перемещении подвижной контакт последовательно переходит с одного витка на другой. Разрешающая способность датчика в этом случае равна

где l, w — длина и число витков потенциометра.

При питании датчиков переменным током частота ; питающего напряжения выбирается из условия

, (2-1)

где ω_m — максимальная частота изменения входной переменной х.

Серийно изготавливаемые однооборотные потенциометрические датчики делятся по конструктивным погрешностям, обусловленными технологией производства, на три класса (табл. 2-1).

Таблица 2-1

Достоинствами потенциометрических датчиков являются малый вес и габариты, простота конструкции, возможность работы в цепях постоянного и переменного тока. Недостатки: низкая надежность из-за трущегося контакта, ограниченная разрешающая способность, влияние нагрузки на характеристики.

Угольные датчики наиболее широко применяются в регуляторах напряжения и тока, в частности в генераторах установленных на железнодорожных вагонах. Их действе основано на изменении контактного сопротивления угольных пластин при изменении давления на них. Угольные датчики конструктивно выполняют в виде столбиков набранных из 10÷15 шайб диаметром 5÷10 мм и толщине) 1÷2 мм каждая. Угольный столбик заключается в специальную обойму (рис. 2-3,а). Типичный вид статической характеристики такого датчика показан на рис. 2-3,б. На рис. 2-3,в показана схема регулятора напряжения генератора, которая работает следующим образом.

Рис. 2-3. Угольный датчик и схема его включения

Напряжение U_г на шинах генератора изменяется под действием изменений сопротивления R_н нагрузки, носящих случайный характер (подключение потребителей электроэнергии). Изменения U_г вызывают изменение тока соленоида и приводят к перемещению сердечника соленоида, связанного с рычагом. Последний другим своим концом воздействует на угольный столбик, что приводит к регулированию тока I_в возбуждения генератора. Схема настраивается первоначально, таким образом, с помощью регулировки пружины Пр, связанной с рычагом, чтобы при номинальной нагрузке напряжение U_г было номинальным.

Термосопротивления. Их действие основано на изменении сопротивления проводника или полупроводника при изменении его температуры.

Различают два применения термосопротивления (ТС):

— термометры сопротивления,

— ТС, нагреваемые током.

В последнем случае изменение температуры ТС определяется условиями теплоотдачи: скоростью потока обдува (в анемометрах), разреженностью (в вакуумметрах), влажностью окружающей среды и т. п.

В настоящее время наиболее широко применяют термисторы (непроволочные ТС), изготовленные на основе оксидов, сульфидов и карбидов металлов. Сопротивление таких термисторов зависит от температуры по закону

где Т — температура (по Кельвину), В — постоянная. Достоинством термисторов является большой ТКС (температурный коэффициент сопротивления), достигающий изменения сопротивления на 3% от R₀ на 1°С, возможность получения высокоомных датчиков.