Метрология Реостатные датчики

Реостатным преобразователем называют реостат, движок которого перемещается под действием измеряемой физической (неэлектрической) величины. На рис. 3.1 приведены разновидности щеток реостатного датчика, на рис. 3.2 показано реостатное включение и его характеристика. Естественной входной величиной реостатных преобразователей является перемещение движка, а выходной величиной – изменение сопротивления цепи при реостатном включении (рис. 3.1), или изменение выходного напряжения при потенциометрической схеме включения (рис. 3.2). Реостатный преобразователь конструктивно состоит из каркаса, выполненного из изоляционного материала, обмотки и щетки. Формы каркасов разнообразны: пластины, цилиндра, кольца и т. д. Материал каркаса должен обладать достаточной механической прочностью, жесткостью, влагостойкостью и теплостойкостью, чтобы не деформироваться при изменении температуры и влажности. Изоляционные материалы неметаллических каркасов – гетинакс, текстолит, эбонит, радиокерамика, а металлических – алюминий или алюминиевые сплавы с последующим их анодированием и лакировкой. Материал обмоточного провода должен обладать высоким удельным сопротивлением, малым температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), прочностью, коррозийной устойчивостью и износоустойчивостью.

Для намотки применяется проволока из константана, манганина, фехраля, платины, платино-иридиевого сплава, сплава серебра с палладием, сплавов платины с серебром, рубидием и осмием. Диаметр провода от 0,03 мм до 0,3 мм. Провод реостатного преобразователя должен быть изолирован эмалью, либо слоем окислов. Щетка перемещается по контактной дорожкой, где снята изоляции. Щетки обычно изготавливаются из двух-трех проволок небольшого диаметра (0,1 ¸ 2 мм), укрепленных на щеткодержателе. Такие щетки применяются в преобразователях, где необходимо обеспечить минимальное усилие для их перемещения. В преобразователях, где допускаются сравнительно большие усилия для перемещения, щетки изготавливаются либо из одной профилированной пластины, либо из нескольких пластин для обеспечения надежного контакта при вибрации. Проволочные щетки изготавливаются из сплава платины с бериллием или серебром, палладиево-иридиевого сплава. Пластинчатые щетки выполняются из серебра, сплава серебра с палладием или фосфористой бронзы. Щетка преобразователя должна перекрывать 2¸3 витка намотки, чтобы не было разрыва цепи. Контактное усилие перемещения щетки для проволочных щеток составляет 0,005 Н, а для пластинчатых (0,05 ¸ 1)Н. На рис. 3.1 приведены разновидности щеток реостатного датчика, на рис. 3.2 показано реостатное включение и его характеристика.

Рис. 3.1. Разновидности щеток реостатного датчика

Рис. 3.2. Реостатное включение датчика и его характеристика

На рис. 3.3 показано потенциометрическое включение датчика и его характеристика.

Рис. 3.3. Потенциометрическое включение датчика и его характеристика

При реостатном включении чувствительность определяется сопротивлением. Чем больше сопротивление, тем больше чувствительность. При потенциометрическом включении выходная величина определяется величиной питающего напряжения. Порог чувствительности определяется диаметром провода. У реостатных датчиков имеется погрешность от влияния нагрузки. На рис. 3.4 приведена статическая характеристика нагруженного реостатного датчика.

Рис. 3.4. Статическая характеристика нагруженного реостатного датчика

Рис. 3.5. Вариант включения делителя

Уменьшить погрешность нелинейности можно увеличением сопротивления нагрузки, либо ограничением перемещения движка, либо заменой части сопротивления переменного резистора постоянным сопротивлением, как показано на рис. 3.5.

Для получения желаемых характеристик, кроме схем (рис. 3.1 и рис. 3.2), применяются другие схемы включения линейных реостатных преобразователей, которые показанные на рис. 3.6,а,б,в.

Рис. 3.6. Схемы включения линейных реостатных преобразователей перемещения

Для уменьшения влияния сопротивления нагрузки на линейность выходной характеристики применяются схемы с операционными усилителями.