Site Loader

Содержание

Разрешающая способность — потенциометр — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Разрешающая способность — потенциометр

Cтраница 1


Разрешающая способность потенциометра определяется точностью, с которой можно фиксировать положение подвижного контакта. Так как большинство потенциометров представляют собой намотанные сопротивления, то зависимость изменения сопротивления от положения контакта является, строго говоря, ступенчатой, а не непрерывной кривой. Число ступенек этой линии, а следовательно, и разрешающая способность, определяются общим числом витков провода, используемого для обмотки потенциометра.  [2]

Разрешающая способность потенциометра определяет верхний предел точности, который может быть достигнут. Например, если разрешающая способность составляет 0 01 %, наибольшая возможная точность, которая может быть достигнута таким потенциометром, равна 0 05 %, но обычно она будет хуже. Потенциометр, имеющий практически нулевую разрешающую способность, является бесступенчатым потенциометром, в котором обмотка состоит из одной проволоки с высоким сопротивлением. По этой проволоке, образующей свой собственный сердечник, перемещается щетка. Так как сопротивление такого устройства ограничено удельным сопротивлением проволоки, то потенциометры могут быть получены с номинальным сопротивлением порядка 1500 ом и с точностью 0 03 % в конструкциях, имеющих вращение в пределах в 30 оборотов.  [3]

Разрешающей способностью потенциометра является минимальное изменение выходного сопротивления, выраженное в процентах от полного сопротивления потенциометра. Разрешающая способность определяет верхний предел точности, который может быть достигнут.  [4]

Разрешающей способностью потенциометра является минимальное изменение выходного сопротивления ( получаемое вращением вала), выраженное в процентах от полного сопротивления потенциометра. Она зависит от числа витков проволоки на единице длины обмотки и от диаметра дуги, по которой движется щетка.  [5]

Для количественной оценки погрешности, обусловленной ступенчатостью, вводят понятие электрической разрешающей способности потенциометра бр. Разрешающая способность определяет максимально возможную точность работы потенциометрического датчика.  [7]

В связи с развитием вычислительной техники и автоматических схем слежения и регулирования резко возросли требования к точности и разрешающей способности потенциометров.  [9]

Потенциометры, используемые в следящих системах и в счетно-решающих устройствах, как правило, имеют диаметры от 25 до 125 мм и выполняются с проволочной обмоткой. Когда важны разрешающая способность потенциометра и его работа при высокой температуре, в потенциометрах используют проводящую пластмассу или проводящие пленки, наложенные на стекло. Изготовляются потенциометры с линейным и угловым перемещением.  [10]

Установка позволяет также непрерывно записывать деформацию на бумажную ленту электронного потенциометра КСП-4. В качестве датчика используется многооборотный прецизионный потенциометр ППМЛ-М, вал которого связан с оськой соточного индикатора. Потенциометр ППМЛ-М работает как делитель постоянного напряжения, выход которого пропорционален перемещению ножки индикатора. Основная погрешность измерения определяется разрешающей способностью потенциометра ППМЛ-М и составила 3 — 5 мкм.  [11]

Функциональные многооборотные потенциометры наматывают на цилиндрический изоляционный каркас, наружная поверхность которого имеет винтовую канавку. В эту канавку, имеющую вид резьбы, укладывают определенное количество витков проволоки необходимого диаметра. Подвижной контакт потенциометра, вращаясь вокруг каркаса, может скользить только вдоль витков обмотки, не перескакивая с одного витка на другой. Этим методом может быть обеспечена практически любая

разрешающая способность потенциометра путем увеличения количества витков обмотки. Недостатком многооборотных потенциометров является сравнительно малая величина номинала сопротивления.  [12]

Функциональные многооборотные потенциометры наматывают на цилиндрический изоляционный каркас, наружная поверхность которого имеет винтовую канавку. В эту канавку, имеющую вид резьбы, укладывают определенное количество витков проволоки необходимого диаметра. Подвижной контакт потенциометра, вращаясь вокруг каркаса, может скользить только вдоль витков обмотки, не перескакивая с одного витка на другой. Этим методом может быть обеспечена практически любая

разрешающая способность потенциометра путем увеличения количества витков обмотки. Недостатком многооборотных потенциометров является сравнительно малая величина номинала сопротивления.  [13]

Страницы:      1

Потенциометрические датчики

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

Назначение. Принцип действия

Потенциометрические датчики предназначены для преобразования механического перемещения в электрический сигнал. Основной ча­стью датчика является реостат, сопротивление которого изменяется при перемещении движка, скользящего по проволоке (схема вклю­чения потенциометрического датчика показана на рис. 4.1, а). На­пряжение питания подается на всю обмотку реостата через непо­движные выводы этой обмотки. Выходное напряжение, пропорцио­нальное перемещению движка, снимается с одного из неподвижных выводов и с подвижного движка. Такая схема включения в электро­технике называется потенциометрической или схемой делителя на­пряжения.

Если сопротивление всей обмотки датчика обозначить через R, а сопротивление части этой обмотки, с которой снимается выход­ное напряжение, через Rвых, то потенциометрическая схема включе­ния датчика может быть представлена как последовательное соеди­нение резисторов с сопротивлением Rвых и (R Rвых) (рис. 4.1, б). Ток через обмотку датчика I= U/R, а приложенное напряжение рас­пределяется (делится) между последовательно соединенными рези­сторами:

U= I Rвых + I(R — Rвых). Если сопротивление обмотки равно­мерно распределить по длине I, а перемещение движка обозначить через х, то выходное напряжение датчика

Uвых = IRвых = Ux/I.

Таким образом, выходной сигнал датчика пропорционален пе­ремещению движка.

В автоматических системах движок может быть механически связан с каким-либо устройством (клапаном, рулем, антенной, ре­жущим инструментом и т. п.), положение которого надо измерить и передать в виде электрического сигнала. Усилие, под действием ко­торого перемещается движок, в этом случае весьма велико. Поэтому для обеспечения надежного контакта между движком и обмоткой следует иметь достаточно большую силу прижатия движка. В авто­матических приборах для измерения различных неэлектрических величин движок датчика соединяется с чувствительным элементом, преобразующим контролируемую величину в перемещение. Усилие, развиваемое чувствительными элементами (мембранами, биметал­лическими пластинами, поплавками и т. п.), невелико. Поэтому не­льзя сильно прижимать движок к обмотке.

Наличие скользящего контакта снижает надежность потенциометрического датчика и является его основным недостатком. Для питания датчика может быть использовано как напряжение посто­янного тока, так и напряжение переменного тока невысокой часто­ты. Входным сигналом датчика может быть не только линейное, но и угловое перемещение.

В зависимости от закона изменения сопротивления обмотки различают линейные и функциональные потенциометрические дат­чики.

Конструкции датчиков

Конструктивно потенциометрический датчик (рис. 4.2) состоит из каркаса 1, на который намотана в один слой обмотка 2 из тонкого провода. По виткам обмотки скользит движок (щетка) 3, который механически связан с объектом, перемещение которого надо изме­рить. Обмотка выполнена из изолированного провода, а дорожка, по которой скользит движок, предварительно очищена от изоляции.

Каркас выполнен обычно плоским или в виде цилиндра. Материалом карка­са может быть изолятор (текстолит, гетинакс, пластмасса, керамика) или металл, покрытый слоем изоляции. Металличе­ские каркасы благодаря лучшей тепло­проводности позволяют получить боль­шую мощность электрического сигнала на выходе датчика. В качестве материала для такого каркаса может быть нанесен слой оксидированного алюминия толщиной около 10 мкм. При рас­сматривании в лупу с двадцатикратным увеличением слой не дол­жен иметь трещин или неровностей. Напряжение пробоя такого слоя не менее 500 В.

Для обмотки потенциометрического датчика чаще всего приме­няют провод из манганина, константана и других проводниковых материалов, имеющих малый температурный коэффициент сопро­тивления. При больших усилиях прижатия движка используется провод диаметром 0,1—0,3 мм, при малых усилиях прижатия — про­вод из сплавов, в состав которых входят платина, серебро, иридий, рубидий, осмий и др. Диаметр провода d таких точных датчиков вы­бирается в пределах 0,03—0,01 мм. Характеристики некоторых про­водниковых материалов, используемых для потенциометрических датчиков, приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Материалы проводов, используемых для потенциометрических датчиков

Материал провода

Удельное сопротивле­ние при

t = 20 °С, Ом•мм2

Температурный ко­эффициент сопро­тивления α, 1/°С

Допустимая темпера­тура нагрева, °С

Константан

0,49

(3÷4) • 10-6

500

Манганин

0,42

6 ÷10-6

960

Нихром

1,08

(15÷20) • 10-6

110

Вольфрам

0,056

464÷10-6

3400

Платиноиридиевый сплав

0,23

-111÷10-6

1780

Провод наматывается на каркас с некоторым натяжением. При этом необходимо, во-первых, чтобы при понижении температуры провод не распускался из-за разных температурных коэффициентов линейного расширения материалов провода и каркаса; во-вторых, чтобы при нагреве корпуса провод при растяжении не достигал пре­дела упругости. Толщину каркаса не рекомендуется брать менее 4d, а радиус закругления на углах каркаса — менее 2d. После намотки провода на каркас для укрепления витков и предохранения их от смещения всю поверхность покрывают тонким равномерным слоем бескислотного лака. Полировка контактной поверхности обмотки (дорожки движения) производится вдоль витков абразивной шкуркой на бумажной основе, шлифовальным алмазным кругом с мик­ропорошком, а проводов с эмалевой изоляцией — фетровым кру­гом. Ширина дорожки составляет обычно (2÷3)d.

При d=0,1÷0,3 мм движок потенциометрического датчика вы­полняется в виде пластинчатых щеток из серебра, серебра с палла­дием или (реже) фосфористой бронзы. Контактное усилие при этом принимается равным 0,05—0,1 Н, что обеспечивает силу тре­ния не более 3 • 10-2 Н. Для точных датчиков при d< 0,1 мм дви­жок делается из сплавов платины с иридием, бериллием или сереб­ром в виде двух—пяти тонких параллельных проволок. Контактное усилие при этом принимается равным 10-3—10-2 Н, т. е. иногда оно достигает 2 • 10-4 Н (20 мг) на отдельный контакт. Столь малые контактные усилия необходимы для высокоточных потенциометрических датчиков, используемых, например, в ответственных косми­ческих объектах.

На рис. 4.3 приведена конструкция потенциометрического дат­чика для измерения угловых перемещений. Так же как и датчик ли­нейных перемещений, он состоит из каркаса 1 с обмоткой 2, по ко­торой скользит движок 3. Для съема сигнала с перемещающегося движка служит добавочная щетка 4, скользящая по токосъемному кольцу 5. Выходное напряжение датчика угловых перемещений про­порционально углу поворота подвижной части первичного измери­теля, соединенного с осью движка.

В некоторых автоматических приборах в качестве потенциомет­рического датчика используют так называемый реохорд (рис. 4.4). Он представляет собой натянутую проволоку, по которой скользит ползунок. Сопротивление реохорда пропорционально перемещению ползунка. Часто реохорд используют не в потенциометрической схе­ме, а включают в плечо мостовой схемы. В этом случае перемеще­ние движка преобразуется в изменение сопротивления R.

Характеристики линейного потенциометрического датчика

Основной характеристикой потенциометрического датчика является зависимость выходного напряжения Uвых от перемещения х. При равномерной намотке эта зависимость линейная только на холостом ходу, т. е. при отсутствии сопротивления нагрузки, подключенной к выходным зажимам датчика. В реальных условиях к этим зажимам подключаются электрические приборы, входное сопротивление ко­торых является сопротивлением нагрузки для датчика (рис. 4.5).

Под нагрузкой обычно понимается ток нагрузки. Когда говорят, что «нагрузка отсутствует», то подразумевают, что именно ток на­грузки равен нулю. Сопротивление же нагрузки при этом, естест­венно, равно бесконечности. Следовательно, в режиме холостого хода (т. е. при отсутствии нагрузки) сопротивление нагрузки беско­нечно велико.

Для анализа влияния сопротивления нагрузки RH на основную характеристику датчика, полное сопротивление обмотки которого R, введем понятие коэффициента нагрузки β = RH /R и α = х/1. Выход­ное напряжение датчика

По этому уравнению построим зависимость Uвых /U = f(α), где Uнапряжение питания датчика, для различных значений β (рис. 4.6). С уменьшением сопротивления на­грузки характеристика датчика ста­новится нелинейной и возрастает ошибка преобразования. Относите­льная погрешность для нагруженно­го датчика может быть найдена сопоставлением выражений (4.1) и (4.2):

Отношение перемещения движ­ка х к длине намотки l обозначаем через α= х/l. Если датчик не нагружен, т. е. сопротивление нагрузки RH =∞ и β = , то выходное напря­жение линейно возрастает при изменении α от 0 до 1; Uвых = αU. Гра­фически эта зависимость изображается прямой линией. При наличии сопротивления нагрузки RH, соизмеримого с сопротивлением обмот­ки R, эта зависимость отличается от линейной, поскольку часть тока, проходящего через датчик, ответвляется в нагрузку. Ток, поступаю­щий от источника питания,

Или, подставляя RH= βR, имеем

На рис. 4.7 построены кривые 1, 2, характеризующие относите­льную погрешность датчика при β =1; 0,5 соответственно. При больших β абсолютная величина максимальной погрешности δmах = (4/27) β при α= 2/3.

Важной характеристикой качества потенциометрического дат­чика является плавность изменения выходного напряжения. При перемещении движка по обмотке потенциометра происходит скачкообразное изменение сопротивления, поскольку движок как бы перескакивает с одного витка на другой. Это приводит к тому, что зависимость выходного напряжения от перемещения имеет ступен­чатый вид (рис. 4.8). Число ступеней пропорционально, а их высота обратно пропорциональна числу витков обмотки. Реальная выход­ная характеристика имеет отклонения от идеальной (плавной, бес­ступенчатой) как вверх, так и вниз. Следовательно, погрешность, вызванная ступенчатостью, может быть как положительной, так и отрицательной и составляет половину напряжения UB, приходящего­ся на один виток намотки. Если обозначить через ω общее число витков потенциометра, то UB = U/ ω и погрешность ступенчатости ∆≤ U/(2 ω). Для количественной оценки погрешности, обусловлен­ной ступенчатостью, вводят понятие электрической разрешающей способности потенциометра δр. Разрешающая способность опреде­ляет максимально возможную точность работы потенциометрического датчика. Улучшить ее можно, увеличивая число витков ω. Для этого можно либо удлинить намотанную часть потенциометра l (при заданном диаметре провода), либо уменьшить сечение провода. Уменьшение диаметра провода приводит к технологическим труд­ностям изготовления обмотки, но, самое главное, снижает надеж­ность потенциометра, поскольку ухудшается механическая проч­ность обмотки и она быстрее истирается.

Увеличение длины обмотки, естественно, приводит к увеличе­нию размеров всего потенциометра. Для устранения этого недостат­ка были разработаны многооборотные потенциометры.

Для улучшения разрешающей способности можно также при­менять движки с несколькими токосъемными контактами. На рис. 4.9 показан движок с двумя контактами 1 и 2, которые касают­ся обмотки 3 в двух диаметрально противоположных точках. Нали­чие двух параллельных контактов повышает и надежность потенци­ометра.

Принципиально отсутствует погрешность, обусловленная сту­пенчатостью у датчиков типа реохорда, где движок скользит вдоль натянутой проволоки. Эти датчики имеют малое сопротивление и выходное напряжение, т. е. низкую чувствительность, поэтому в потенциометрических схемах включения они не нашли практического приме­нения. Чувствительность датчика мо­жет быть определена как первая про­изводная выходного напряжения по перемещению движка. Для ненагруженного потенциометра чувствитель­ность потенциометра пропорциональ­на напряжению питания датчика и обратно пропорциональна длине намотки.

Реверсивные потенциометрические датчики

Выходное напряжение реверсивных датчиков изменяет знак (поляр­ность) при изменении знака входного сигнала. В системах автома­тического регулирования обычно требуются именно реверсивные (или двухтактные) датчики.

Схемы реверсивных потенциометрических датчиков показаны на рис. 4.10. В схеме на рис. 4.10, а используется потенциометр с не­подвижным выводом от средней точки намотки. Выходное напряже­ние снимается с движка и средней точки. При переходе движка че­рез среднюю точку выходное напряжение изменяет свой знак: при питании переменным током фаза изменяется на 180°, а постоянным током — полярность изменяется на противоположную. В следящих системах широко используется мостовая схема включения потен­циометрических датчиков, показанная на рис. 4.10, б. Потенциометр П1 связан с входной осью следящей системы и является задающим. Потенциометр П2 имеет механическую связь с исполнительным устройством. Выходное напряжение (или ток нагрузки) определяет­ся разницей в положении движков потенциометров П1 и П2, т. е. со­ответствует сигналу ошибки следящей системы. Знак сигнала ошиб­ки зависит от того, больше или меньше угол поворота исполнитель­ного вала по сравнению с углом поворота входного вала.

Выходное напряжение рассматриваемых реверсивных схем мо­жет быть определено на основании теоремы об эквивалентном гене­раторе. Исследуемую систему представим как цепь, состоящую из четырехполюсника, источника питания с напряжением Uo и сопро­тивления нагрузки RH. Тогда на основании известного из электро­техники метода можно утверждать, что схема ведет себя, как цепь, составленная из нагрузки RH и генератора с внутренним сопротивле­нием Rвых и электродвижущей силой Е, равной напряжению холо­стого хода Uх. Сопротивление Rвых равно выходному сопротивлению четырехполюсника, которое вычисляют при закороченном источнике питания и отключенной нагрузке. Напряжение Ux измеряется на выходе рассматриваемой схемы при отключенном сопротивлении нагрузки Ян. Для четырехполюсников по схемам рис. 4.10 выходное напряжение

Uвых=UxRH(Rвых+RH)

Например, для схемы, изображенной на рис. 4.10, а, имеем

Ux = UH = U0 α /2,

Rвых=R α (1 α /2)/2.

Подставляя выражения (4.4) и (4.5) в формулу (4.3), получаем

Uвых=U0 α β >/( α-0,5 α 2+2 β),

Где β= RH/R.

Аналогичные вычисления позволяют получить для схемы рис. 4.10, б при одинаковых потенциометрах П1 и П2 уравнение вы­ходного напряжения

где ∆α = ∆х/l — относительное рассогласование движков потенцио­метров П1 и П2; α = х/lотносительное перемещение движка зада­ющего потенциометра П1; β = RH/ R — отношение сопротивления нагрузки RH к полному сопротивлению потенциометра R.

На рис 4.11 и 4.12 показаны выходные характеристики ревер­сивных потенциометрических датчиков, построенные соответствен­но по уравнениям (4.6) и (4.7). Характеристики построены при раз­личных значениях коэффициента нагрузки р. Расчетные характери­стики при холостом ходе (β = ∞) представляют собой прямые линии, т. е. являются линейными. С уменьшением сопротивления нагрузки увеличивается отклонение характеристики от линейной. Чувствите­льность датчика со средней точкой (рис. 4.10, а), как следует из уравнения (4.6) и рис. 4.11, в области малых отклонений, а практи­чески не зависит от нагрузки и определяется равенством

Характеристики, изображенные на рис. 4.12, соответствуют мос­товой схеме (см. рис. 4.10, б) и построены на основании формулы (4.7) для случая, когда движок задающего потенциометра установлен посередине его намотки и, следовательно, α = 0,5, а относитель­ное рассогласование движков ∆α может изменяться в пределах от -0,5 до +0,5. Чувствительность мостовой схемы зависит не только от нагрузки, но и от положения движка задающего потенциометра:

Анализ этого уравнения показывает, что наименьшее значение чувствительности будет при α = 0,5. Этому случаю и соответствуют характеристики, показанные на рис. 4.12.

В маломощных следящих системах в качестве нагрузки мосто­вой схемы может быть включен якорь исполнительного электродви­гателя. При рассогласовании в положениях движков задающего и исполнительного потенциометров через якорь электродвигателя пойдет ток, значение которого будет соответствовать величине рас­согласования (∆α), а направление — знаку рассогласования. Элект­родвигатель перемещает исполнительную ось следящей системы до тех пор, пока не будет устранено рассогласование.

Дипломная работа датчики давления

метки: Датчик, Давление, Сопротивление, Потенциометр, Образ, Сигнал, Диаметр, Каркас

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Измерительно-вычислительные комплексы»

Курсовой проект

по дисциплине

Тема: «Датчик давления»

Выполнила: студентка гр. БПд-41

Улазов С.Н.

Руководитель проекта:

Тихоненков В.А.

Ульяновск 2014

1. ТЗ на разработку датчика давления

1.1 Назначение

Датчик предназначен для измерения давления (разрежения), развиваемых мощными энергетическими установками и агрегатами и выдачи сигнала, пропорционального давлению (разрежению) на вход системы автоматического регулирования.

1.2 Технические требования

датчик давление энергетический

  • Пределы измерения Рном избыточных давлений (разрежений) ±(0,1;
  • 0,015;
  • 0,025)
  • 105, Па;
  • частотный диапазон работы Дf = 10 Гц;
  • основная погрешность д = 1.5% ;
  • напряжение питания Uпит=5 В постоянного тока;
  • выходное напряжение Uвых=5 В постоянного тока.

1.3 Эксплуатационные требования

  • температура окружающей среды Tокр = ±50°C;
  • рабочий диапазон температур от -50°С до +200°С;
  • относительная влажность окружающей среды до 98% при температуре +40°С;
  • линейные ускорения во всех направлениях до 10g;
  • ударные нагрузки с амплитудой до 50g и длительностью до 0,005 с;
  • вибрации с частотой до 2 КГц и амплитудой до 5g — 0,3 мм;
  • перегрузки измеряемым параметром до 50% от номинального значения Рном.

1.4 Требования по надежности

  • Время непрерывной работы не менее 10 часов;
  • Технический ресурс не менее 10 000 часов;
  • Время хранения в складских условиях не менее 5 лет;
  • Вероятность безотказной работы не менее 0,95;

1.5 Конструктивные требования

  • Датчик должен иметь посадочное место M12×1;
  • Подача напряжения питания и съем сигнала должны осуществляться при помощи стандартного разъема РСГ;
  • Длина соединительного кабеля «датчик — вход системы регулирования» не должна превышать 50 метров;
  • Датчик должен иметь минимальные габаритные размеры и массу;
  • Обеспечение заданного предела измерения должно осуществляться в пределах одного конструктивного оформления датчика с максимально возможной унификацией деталей и размеров.

2. Выбор метода преобразования и конструкции УЭ

3 стр., 1421 слов

Ы методы и средства измерений давления

… Манометры применяют для измерения постоянных и переменных по направлению давлений. Постоянным давлением, Переменным давлением По принципу действия средства измерений давления подразделяются на следующие: Жидкостные, Деформационные, Грузопоршневые, Электрические Жидкостные средства измерений давления с гидростатическим уравновешиванием. …

Технические требования (ТТ) накладывают определенные ограничения по выбору метода измерения, конструкции отдельных измерительных преобразователей датчика и методам их расчета.

Одним из критериев выбора метода преобразования является анализ максимальных возможностей каждого типа преобразования по различным характеристикам. При этом строят диаграмму (например, круговую), по осям которой откладывают максимально возможные характеристики по каждому методу преобразования. Круговая диаграмма методов преобразования представлена на рис. 1.

Рис. 1. Круговая диаграмма методов преобразования

Оценку по диаграмме можно производить по двум направлениям:

  • по осям оценки прибора, когда оценку всех методов производят для каждого параметра, по которому производится анализ;
  • интегральная оценка по площади, перекрываемой каждым методом преобразования.

Из диаграммы видно, что наибольшими возможностями с точки зрения перекрытия максимальных требований, обладают тензорезисторные и емкостные датчики, выполненные на основе тонкопленочных технологий. Однако при необходимости получения более высокой точности измерения необходимо использовать струнные (частотные) датчики. Когда требование по чувствительности главное, необходимо переходить на индуктивный или потенциометрический метод. Наиболее дешевыми являются потенциометрические датчики.

2.1 Анализ методов преобразования по чувствительности

Анализ по чувствительности подразумевает как анализ по выбору метода измерения, так и конструкции УЭ. А так как выбор конструкции УЭ возможен только после выбора метода преобразования, то сейчас остановимся только на первом вопросе.

По методу измерения датчик наиболее просто может быть реализован на основе потенциометрического, индуктивного и тензорезисторного метода преобразования. Возможность реализации емкостным и струнным методами преобразования потребует дополнительных исследований по чувствительности, поэтому остановимся на первых трех методах измерения.

2.2 Анализ датчика по частотному диапазону измерения

Известно, что чем выше чувствительность датчика, тем меньше его динамический диапазон работы. Поэтому возможностью обеспечения заданного динамического диапазона обладают практически все методы преобразования. Из диаграммы видно, что самые жесткие условия по частотному диапазону у потенциометрических датчиков. В ТЗ задан диапазон частот от 0 до 10 Гц. По этому условию мы проходим даже по потенциометрическому методу, на нем и остановимся.

Таким образом, анализ только двух основных требований приводит к выводу о применении в разработке потенциометрического метода преобразования. Однако анализ, теперь уже потенциометрического метода преобразования, для обеспечения остальных требований необходимо продолжить и если выяснится, что выбранный метод преобразования не обеспечивает хотя бы одно из требований, необходимо будет провести повторный анализ по чувствительности, в части обеспечения каким-либо другим методом преобразования заданной чувствительности датчика.

2.3 Анализ датчика по диапазону измерения давления

Исходя из ТЗ, можно сделать заключение, что заданные пределы измерения лежат в низком диапазоне давлений. Следовательно, выбранный метод преобразования сможет обеспечить данное требование.

9 стр., 4303 слов

Технические методы диагностических исследований и лечебных воздействий

… в нем крови. В общеклинической практике наибольшее распространение получила методика измерения периферического капиллярного кровотока с помощью пальцевой фотоплетизмографии. При выполнении … полисегментарная, электроплетизмография и др.) и фотоэлектрическая плетизмография или фотоплетизмография. Метод фотоплетизмографии основан на регистрации оптической плотности исследуемой ткани (органа). …

2.4 Анализ работоспособности датчика в рабочем диапазоне температур.

Так как диапазон рабочих температур окружающей среды достаточно узок ±50°С, то анализ работоспособности датчика необходимо проводить для более широкого диапазона температур рабочей среды от +50°С до +200°С. Данный, сравнительно широкий диапазон температур не ограничивает применение потенциометрических датчиков.

2.5. Анализ точности измерения

Анализ точности измерения показывает, что для обеспечения требований технического задания, в данном датчике давления, можно использовать потенциометрический метод. Однако введение в тракт измерения дополнительных измерительных преобразователей приводит к появлению дополнительных погрешностей, которую могут значительно увеличить основную погрешность датчика, поэтому в процессе разработки датчика необходимо будет провести дополнительные исследования по обеспечению допустимой величины основной погрешности.

2.6 Анализ работоспособности датчика при воздействии вибраций

Требование работоспособности датчика при воздействии вибраций, предопределяет проектирование датчика с высокой собственной частотой, с последующим применением во вторичной аппаратуре фильтра высоких частот с частотой среза более 10 Гц, что совпадает с требованием по частотному измерению измеряемого параметра.

Другим конструктивным решением данного вопроса является применение либо демпфирующих устройств упругого элемента, либо дополнительных средств в виде амортизаторов при установке датчика на изделие. Однако применение второго метода обеспечения работоспособности при воздействии вибрации значительно усложняет конструкцию датчика и приводит к его удорожанию, а так как по частотному диапазону потенциометрический датчик проходит, то мы применим первый метод, то есть будем использовать фильтр низких частот на выходе.

2.7 Анализ работоспособности датчика при воздействии линейных ускорений

Наличие линейных ускорений в процессе эксплуатации требует наличия в конструкции датчика минимальных присоединенных масс, либо установки датчика при которой действие линейных ускорений было бы перпендикулярно измеряемому параметру. А так как согласно ТТ линейные ускорения воздействуют во всех направлениях, то единственным конструктивным вариантом минимизации их воздействия на УЭ остается минимизация присоединенных масс.

2.8 Анализ работоспособности датчика при воздействии перегрузки измеряемым параметром

В процессе эксплуатации, согласно ТТ, воздействие перегрузки измеряемым параметром доходит до 150 Рном.

Поэтому необходимо выбирать уровни напряжений в опасных сечениях воспринимающей давление мембраны с коэффициентом запаса, учитывающего перегрузку измеряемым параметром. Так же в конструкции датчика должны быть предусмотрены элементы, ограничивающие перемещение УЭ более 150% от номинального перемещения от номинального перемещения, что позволит разгрузить УЭ от нагрузок, превышающих 1,5 Рном.

Для исключения влияния боковой составляющей усилия необходимо ввести в конструкцию датчика элементы, исключающие (уменьшающие) возникновение напряжений в упругом элементе при воздействии боковой составляющей, но вносящих минимальные искажения деформации упругого элемента от воздействия измеряемого параметра.

2.9 Анализ работоспособности датчика при воздействии агрессивных сред и повышенной влажности

Наличие в процессе эксплуатации воздействия агрессивных сред и повышенной влажности предопределяет конструирование датчика в герметичном исполнении и выбор соответствующих материалов и покрытий корпусных элементов.

2.10 Анализ методов преобразования по стоимости, временной стабильности и массогабаритным показателям

Выбранный метод обладает высокой временной стабильностью. А, обладая сравнительно низкими стоимостью и массогабаритными показателями, данный метод является наиболее подходящим для разработки датчика давления с заданными ТТ.

3. Патентный поиск

В данной курсовой работе был выбран потенциометрический метод преобразования. Выбор конструкции осуществляется на основе патентного поиска. Патенты, изученные по теме курсового проекта, приведены в таблице 2.

Таблица 2

Патенты, изученные по теме курсового проекта

н/н

Название

патента

Авторы

Класс,

подкласс, группа

Номер

патента

Дата заявки

Дифференциальный датчик давления

А. П. Болонин,

Ю. Ф. Васин,

В. Е. Ипполитов, Ж. А. Сагалова ,

Т. Н. Шалиско

G01L 9/02

18.06.1966 г.

Устройство для измерения давления

А. Я. Звиргзд

G01L 9/02

29.04.1976 г.

Устройство для измерения давления

А. Я. Звиргзд

G01L 9/02

06.04.1983 г.

Датчик

давления

Г. М. Луфт,

В. В. Муляев

G01L 9/02

23.08.1971 г.

Датчик

давления

А. Я. Звиргзд

G01L 9/02

23.12.1986 г.

Датчик

давления

М. А. Тихан,

Ю. И. Заганяч

G01L 9/02

19.09.1988 г.

Датчик

давления

Смыслова

И. И. Смыслов

G01L 9/02

30.12.1987 г.

Измеритель давления

С. А. Беляков,

О. П. Бесчастнов,

А. И. Мартяшин,

С. Н. Медведева,

В. И. Чернецов

G01L 9/02

27.03.1989 г.

Датчик

давления

Е. А. Шелонин,

Л. К. Шеулова,

В. И. Фистуль,

В. Н. Кулезнев,

А. Г. Яковенко,

А. А. Гвелесиани,

Л. Б. Кандырин

G01L 9/02

24.05.1989 г.

Датчик

давления

О. С. Бачурина,

П. П. Степанов

G01L 9/02

22.02.1989 г.

Датчик

давления

П. В. Дренов

G01L 9/02

G01L 7/04

20.04.1970 г.

Устройство для измерения низких

давлений

Л. А. Гуськов,

М. Н. Ситников

G01L 9/02

31.03.1969 г.

Устройство для измерения атмосферного давления

Г. К. Попандопуло,

Н. М. Шендерович,

К. Н. Мануйлов,

М.А. Вировлянский, Б. Л. Биндер ,

М. А. Пригова

G01L 9/00

19.03.1970 г.

Датчик

давления

В. Н. Черняев,

Н. И. Газеев

G01L 9/00

11.11.1977 г.

Датчик

давления

В. П. Морозов,

А. П. Шкадаревич

G01L 9/00

23.02.1990 г.

Датчик

давления

С. Ю. Гервицкас,

К. М. Рагульскис, А. И. Штацас

G01L 9/02

27.06.1980 г.

Реле

давления

Д.Е. Чичеров,

В.И. Ковальский

G01L 9/02

30.10.1987 г.

Датчик

давления

Л. Г. Гзацак,

В. А. Константинов,

Е. В. Якубович

G01L 9/00

G01L 9/08

15.02.1989 г.

Устройство для измерения давления

В. Н. Черняев,

А. М. Васильев,

В. Г. Блохин,

В. А. Селезнев,

А. В. Мартынов,

М. Н. Левин,

В. П. Ефимов,

И. П. Квасневский

G01L 9/00

07.01.1987 г.

Устройство для измерения давления

М. Х. Машкевич

G01L 9/00

15.08.1979 г.

Датчик

давления

И. А. Дорф-Горский

Ю. Ф. Сидоров

G01L 7/06

G01L 19/06

24.01.1978 г.

Датчик

давления

Б. А. Акимов,

А. В. Албул,

А. В. Давыдов,

В. П. Злонянов,

Л. И. Рябова,

М. Б. Тамм

G01L 9/02

07.12.1989 г.

Датчик

давления

А. Б. Козлов,

Р. М. Чуданова,

И. С. Шейнин,

Г. С. Шифрин

G01L 9/02

G01L 7/02

30.01.1980 г.

Датчик

давления

С. П. Колосов,

В. А. Смирнов,

И. И. Никифоров

G01L 9/02

23.04.1975 г.

Потенциометрический

датчик

давления

А. И. Леонов

G01L 9/02

24.07.1972 г.

Устройство для измерения среднего индикаторного давления в цилиндре поршневого

двигателя

Ю. А. Магнитский, Н. В. Бельдий ,

А. И. Янклевич

G01L 23/08

20.06.1988 г.

Сигнализатор давления

А. К. Алейников,

В. Е. Зеленин,

А. И. Еременко

G01L 7/08

G01L 19/08

18.10.1978 г.

Электрокинематический датчик

давления

А. Д. Баймаков,

В. А. Чердынцев,

С. А. Саютин,

М. Н. Саютина

G01L 9/18

28.07.1979 г.

Датчик

давления

И. В. Селезнев,

В. Г. Щербина,

А. М. Куканов,

Г. В. Кузнецов

G01L 9/02

G01L 19/12

08.05.1980 г.

Тактильный датчик

Е. А. Карсаков,

А. И. Скоринкин, А. Ю. Бахтин ,

И. Х. Садыков

G01L 9/02

19.04.1979 г.

Датчик

давления

В. К. Черкашин

G01L 9/02

12.04.1989 г.

По результатам проведенного поиска были выбраны три аналога (таблица 3):

Таблица 3

Аналоги

Название изобретения

Страна, авторы

Номер патента

Краткое содержание патента или авторского свидетельства

Устройство для

измерения

давления

СССР, Звиргзд А. Я.

Авторское свидетельство 29.04.1976

Устройство для измерения давления, содержащее корпус, мембрану, закрепленную на периферии в корпусе и разделяющую его на две камеры, одна из которых снабжена отверстием для прохода контролируемой среды, а другая содержит реостат со щеткой, выполненного в виде стаканообразного подвижного контакта.

Датчик

давления

СССР,

Звиргзд А. Я.

Авторское свидетельство 23.12.1986

Датчик давления, содержащий корпус, внутри которого закреплена мембрана, разделяющая корпус на две камеры — подмембранную и надмембранную, входной штуцер, реостатный узел, размещенный в надмембранной камере, и плоскую диэлектрическую крышку с токовыводом, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, в нем реостатный узел выполнен в виде плоского резистивного элемента, прикрепленного к внутренней поверхности крышки, соединенного с токовыводом, и контактирующих с резистивным элементом, по всей его длине коммутационных элементов, размещенных со стороны мембраны.

Устройство для

измерения давления

СССР, Звиргзд А. Я.

Авторское свидетельство 30.07.1985

Устройство для измерения давления, отличающееся тем, что для повышения надежности работы и срока эксплуатации за счет исключения трудящихся элементов, в нем реостатный узел выполнен в виде идентичных резистивной и токопроводящей пружин с равномерно изменяющейся по длине характеристикой, установленных соответственно одна к другой между корпусом и мембраной, причем витки токопроводящей пружины расположены между витками резистивной пружины.

Так же был выбран прототип (таблица 4):

Таблица 4

Прототип

Название изобретения

Страна, авторы

Номер патента

Краткое содержание патента или авторского свидетельства

Датчик

давления

СССР, Луфт

Г. М.,

Муляев В. В.

Авторское свидетельство 23.08.1971

Датчик давления, содержащий мембранный манометрический узел, передаточный механизм и реостат с обмоткой и щеткой, отличающийся тем, что с целью увеличения точности, упрощения конструкции и повышения надежности, в нем щетка выполнена в виде пластины, жестко прикрепленной к ведомому рычагу передаточного механизма, и снабжена контактирующей с обмоткой реостата гранью, которая наклонена под углом к образующей обмотки реостата, при этом ось вращения щетки установлена параллельно продольной оси реостата, а ширина щетки равна длине обмотки реостата.

Копии описания изобретения к авторским свидетельствам, представляющим аналоги, а также описание прототипа прилагаются к данной курсовой работе в качестве приложения.

Для получения конструкции, подходящей для технического задания для данной курсовой работы, необходимо произвести некоторые технологические доработки.

4. Разработка структурной схемы датчика и функции преобразования

Выбрав конструкцию датчика, можно переходить к составлению его структурной схемы и функции преобразования.

Таким образом, конструкция датчика после проведения полного анализа будет выглядеть, как показано на рис. 2.

Рис. 2. Датчик давления

1 — потенциометр; 2 — щетка; 3 — вилка; 4 — щеткодержатель; 5 — ось поводка; 6 — поводок; 7 — возвратная пружина; 8 — качалка; 9 — шток; 10, 13 — основания; 11 — мембрана; 12 — штуцер;13 — корпус.

Выбрав конструкцию датчика, можно переходить к составлению его структурной схемы и передаточной функции.

Принцип работы датчика состоит в следующем.

Измеряемая среда через штуцер 12 поступает в камеру и давит на мембрану 11. Мембрана, изгибаясь, перемещает шток 9, который приводит в движение качалку 8 и связанную с ней поводок 6 вокруг оси 5. Щетка 2 скользит по потенциометру 1 вдоль ее витков и включает в электрическую цепь сопротивление пропорционально давлению среды. При уменьшении давления пружина 7 возвращает шток 9 и щетку 2 в исходное положение.

Такая конструкция датчика позволяет уменьшить трение, возникающее при движении щетки 2 по обмотке 1 потенциометра, и уменьшить необходимое для ее перемещения усилие, что, в свою очередь, позволяет использовать простой рычажный механизм.

Таким образом, структурная схема потенциометрического датчика давления может быть представлена в виде:

Рис. 1. Структурная схема потенциометрического датчика давления

УЭ — упругий элемент в виде мембраны;

  • ПМ — передаточный механизм;
  • ИЦ — измерительная цепь.

Функция преобразования

Для вывода функции преобразования необходимо описать функции преобразования каждого измерительного преобразователя, находящего в цепи преобразования.

Так как разрабатываемый датчик является прибором прямого преобразования, то его передаточная функция может быть представлена в виде:

  • где — чувствительность датчика;
  • чувствительность упругого элемента;
  • чувствительность передаточного механизма;
  • Sп — чувствительность противодействующей пружины;
  • чувствительность мостовой измерительной цепи;
  • измеряемое давление (информативный параметр).

Известно, что данная формула справедлива при линейной зависимости функций преобразования всех измерительных преобразователей.

4.1 Мембрана

Перемещение мембраны — это прогиб характерных точек УЭ в направлении, задаваемом направлением действия нагрузки (давления).

Давление действует на мембрану, она перемещается на :

  • где P — измеряемое давление;
  • R — внешний радиус мембраны;
  • h — толщина гофрирования;
  • безразмерный параметр жесткости;
  • Fэф — эффективная площадь мембраны;
  • E — модуль упругости материала мембраны.

Сила, развиваемая мембранной

Таким образом функция преобразования воспринимающей давление мембраны имеет вид

4.2 Передаточных механизм

Перемещение мембраны двигает шток, который в свою очередь поворачивает рычаг и связанную с ним щетку вокруг оси. Перемещение штока соответственно равно:

где — передаточный коэффициент рычажного механизма.

Тогда чувствительность передаточного механизма

4.3 Противодействующая пружина

Силу, приложенную к пружине, рассчитывают исходя из необходимого поджатия щетки.

Сила, приложенная к пружине

где л — изменение продольных размеров;

  • D — средний диаметр витка;
  • n — число витков;
  • d — диаметр проволки;
  • G — модуль упругости.

Таким образом чувствительность противодействующей пружины

В процессе работы часть давления, подаваемого на мембрану, идет на поджатие пружины. Поэтому усилие, передаваемое на потенциометр, будет определяться как разница между силой развиваемой мембраной и силой, идущей на поджатие пружины.

Тогда сила передаваемая на потенциометр определиться как

4.4 Потенциометр

Рис. 2. Схема реверсивного потенциометрического датчика

Функция преобразования потенциометра имеет вид:

:

%

4.5 Измерительная схема

Для обеспечения высокой чувствительности и получения заданного выходного сигнала (Uвых=Uпит) будем использовать мостовую схему с двумя потенциометрами, то есть мостовую схему с четырьмя рабочими плечами (рис. 3).

Рис. 3 Мостовая схема с двумя потенциометрами

(положение движка при измерении давления)

Так как разрабатывается датчик давления и разряжения, то будем использовать реверсивные потенциометры. Выходное напряжение реверсивных датчиков изменяет знак (полярность) при изменении знака входного сигнала. Выходное напряжение снимается с движка и средней точки. При переходе движка через среднюю точку выходное напряжение изменяет свой знак (при питании постоянным током полярность изменяется на противоположную).

Таким образом при увеличении давления происходит увеличение сопротивления первого и четвертого плеч и уменьшение сопротивления второго и третьего плеч.

При измерении разряжения давления происходит увеличение сопротивления второго и третьего плеч и уменьшение сопротивления первого и четвертого плеч.

Зависимость выходного сигнала от относительного изменения сопротивлений плеч мостовой схемы:

При воздействии измеряемого параметра сопротивления плеч будут изменяться:

Тогда

Тогда учитывая, что

Тогда

Примем коэффициент симметрии k=1, то есть и равными по абсолютной величине относительные изменения сопротивлений плеч, а так же учтем, что е1 и е4 имеют противоположные знаки относительно е2 и е3. Тогда

Относительная погрешность нелинейности измерительной цепи может быть определена по формуле:

=0

Таким образом чувствительность мостовой измерительной схемы:

Функция преобразования датчика:

следовательно, подставляя полученное выражение для в функцию преобразования датчика, получаем окончательный вид функции преобразования датчика:

5. Выбор и расчет преобразователя вида энергии

Потенциометры получили широкое распространение благодаря простой конструкции, малым габаритам и весу, высокой точности и стабильности характеристики, мало зависящей от влияния внешних условий (температуры, влажности), и сравнительно большому выходному напряжению, не требующему во многих случаях последующего усиления.

Потенциометр предназначен для плавного или скачкообразного изменения электрического напряжения и определяется как регулируемый двигатель напряжения, построенный из активных сопротивлений (проволочных, пленочных, жидкостных, индукционных, электрокинетических и др.).

Проволочные однооборотные потенциометры имеют наибольшее распространение и в данном курсовом проекте будет использоваться именно этот тип потенциометров.

Однооборотный проволочный потенциометр как устройство представляет собой резистивный элемент из проволоки малого диаметра с высоким омическим сопротивлением, намотанной один раз на изолированный каркас.

Потенциометр состоит из трех основных узлов: резистивного элемента, подвижной токосъемной системы (движка) и корпуса. Именно от резистивного элемента и движка зависят надежность, точность воспроизведения функции и вся работа потенциометра.

5.1 Каркас потенциометра

В проволочных потенциометрах каркас является обязательным элементом конструкции.

Потенциометры разделяют в зависимости от конструкции каркаса на кольцевые, дуговые, пластинчатые и стержневые. Каркас может иметь круглую, прямоугольную, овальную, эллиптическую и другие формы поперечного сечения. В данном курсовом проекте используется пластинчатый каркас, представленный на рис. 2.

Рис. 2. Форма каркаса потенциометра

Надежность потенциометров по пробивной прочности и сопротивлению изоляции определяется надежностью электроизоляции поверхности каркаса.

Для изготовления потенциометров с достаточно точными характеристиками по электрическим параметрам применяют обмоточный провод диаметром от 0,02 до 0,08 мм. Съем сигнала с обмотки таких потенциометров осуществляется контактными щетками при очень незначительных контактных давлениях, и поэтому к рабочей поверхности обмотки потенциометров предъявляются высокие требования по чистоте механической обработки и равномерности намотки провода. Это выдвигает высокое требование к чистоте поверхности каркаса.

Поверхностные пленки на каркасах должны быть достаточно твердыми, чтобы они не прорезались проводом.

Основаниями называют детали потенциометрических узлов, на которые крепят каркасы с обмоткой. К основаниям предъявляются те же требования по надежности электроизоляции, что и к каркасам потенциометров.

Подбор материала для изготовления каркасов и оснований представляет собой трудную задачу. В настоящее время в промышленности нет такого материала, который обладал бы всеми нужными для этих целей свойствами. Поэтому в каждом отдельном случае материал должен быть подобран с учетом конкретных требований, предъявляемых к потенциометрам.

Металлические детали обладают целым рядом преимуществ перед деталями из неметаллических материалов. Они обладают достаточно высокой теплопроводностью и теплоемкостью, не подвержены короблению даже при самых резких изменениях температур и при работе в условиях повышенных температур.

Одним из основных преимуществ металлических материалов является возможность получения любой самой сложной конфигурации детали с высокой точностью размеров и чистотой поверхности. Создать надежную электроизоляционную защиту поверхности, особенно, если детали предназначены для работы в условиях повышенной влажности, очень сложно.

Технологический процесс изготовление металлического каркаса Для обеспечения высокой точности потенциометров каркасы должны быть выполнены и обработаны очень точно. Они должны сохранять свои размеры в широком диапазоне температур механических нагрузок и в условиях повышенной влажности. Кроме того, каркасы должны обладать высокой проводимостью, что позволяет рассеивать большую мощность, поэтому мы будем использовать алюминиевый сплав — АМг (сплав алюминия с магнием).

АМг — наиболее прочный сплав и менее других подвержен деформациям, благодаря чему достигается высокая точность характеристики потенциометра.

1) Механическая обработка Предварительная обточка и расточка поверхностей, подрезка торцов выполняются по классу чистоты № 6 на токарном станке. При этих операциях в качестве охлаждающей жидкости применяется керосин. Окончательная проточка и расточка поверхностей на токарном станке до чистоты № 8 выполняются с применением в качестве охлаждающей жидкости этилового спирта.

Полировка поверхностей осуществляется на вращающемся шпинделе токарного станка. К поверхности деталей подводится наждачная бумага № 320, на которую наносится паста, приготовленная по следующему рецепту:

  • Олеиновая кислота — 180 г.
  • Стеарин — 120 г.
  • Порошок № 20 — 700 г.

Доводка рабочих поверхностей до класса чистоты № 9 осуществляется вручную на вращающемся войлочном круге с пастой ГОИ. Промывают детали между операциями и после окончательной обработки в бензине ватным тампоном. Скругление поверхностей острых кромок выполняется вручную бумагой крафт с пастой М10, М20 и М28. Радиусы глянцуют также вручную замшей, батистом с пастой М7 или ГОИ. При токарной обработке необходимые радиусы получают с помощью фасонного резца. Детали после механической обработки должны быть тщательно промыты. Недопустимы заусенцы или мелкие стружки, особенно в глубоких и глухих отверстиях.

2) Электроизоляционное анодирование Применяется электролит — 3%-ный раствор щавелевой кислоты, его температура в процессе анодирования 20−30 0С. Для получения пленок толщиной выше 25 мк выбирают начальную плотность тока 3 а/дм2, которая поддерживается постоянной в течении первых 30 мин. Затем плотность тока не регулируется в течение дальнейшего времени анодирования (2,5 ч), она уменьшается, а напряжение на шинах при этом растет. Общее время анодирования составляет 3 ч.

В ванне детали размещают на индивидуальных приспособлениях, обеспечивающих надежный точечный контакт на нерабочих поверхностях деталей. При этом очень важно, чтобы на поверхности деталей и в их отверстиях не было мелкой стружки и металлической пыльцы. Если на поверхности полирования деталей останется металлическая пыльца, то в ванне между пыльцой и поверхностью деталей происходит искрение и деталь начинает гореть. Это объясняется тем, что процесс анодного окисления в растворе щавелевой кислоты протекает при высокой плотности тока и напряжении от 60 до 120 в. Поэтому рекомендуется, чтобы помещение для зачистки приспособлений было отделено от помещения, в котором осуществляется анодирование деталей и их пропитка. Кроме того, желательно после размещения деталей в ванне ввести процесс легкого травления деталей в растворе состава:

  • Тринатрийфосфат… 50 г/л
  • Сода кальцинированная… 20 г/л
  • Жидкое стекло…2 г/л Такая обработка необходима для удаления возможной металлической пыльцы или мелкой стружки с поверхности деталей.

После анодирования детали тщательно промывают в проточной воде и сушат на приспособлениях при температуре 150−160°С в течение 1 ч.

3) Лакирование Горячие детали с приспособлениям погружают в лак вязкостью 40−50 сек при 20 °C. В лаке детали выдерживают 10−15 мин до полного прекращения выделения пузырьков воздуха. Затем вынимают детали из лака и протирают насухо мягкой батистовой тряпкой до полного удаления лака с поверхности деталей. Протертые детали сушат при температуре 150−160°С в течение 2 ч, затем повторяю пропитку по описанному методу, и после второй пропитки сушат детали при той же температуре в течение 4 ч (https:// , 20).

Наиболее надежными пленками являются анодные пленки толщиной 30−40 мк. Точность, с которой могут быть изготовлены потенциометры, весьма высока и может быть доведена до сотых долей процента.

5.2 Резистивный элемент Резистивный элемент является основным узлом потенциометра. Его изготовление — это одна из самых ответственных операций всего процесса создания потенциометров, связанная с целым рядом технологических трудностей, особенно сильно проявляющихся при намотке проволоки сопротивления на каркас. От точности намоточных станков и самого процесса наматывания непосредственно зависит точность общего сопротивления и характеристики потенциометра.

На точность процесса наматывания влияют погрешности отдельных звеньев кинематических цепей намоточных станков, погрешности по шагу, возникающие в процессе укладывания проволоки на каркас, а также физические и механические свойства обточной проволоки и каркаса.

Малейшие отклонения шага намотки от заданного могут вызвать значительные погрешности характеристики потенциометра, так как при одной и той же величине перемещения движка в выходную цепь может включаться различное число витков.

К проволоке, применяемой для наматывания потенциометров, предъявляются следующие требования: высокое значение удельного сопротивления, малая величина температурного коэффициента омического сопротивления, малая термоэлектродвижущая сила относительно меди, стабильность свойств во времени, большая коррозионная стойкость, высокое качество изоляции, высокая прочность при растяжении, малое относительное удлинение при растяжении.

Наиболее существенной первичной погрешностью, влияющей на величину суммарной погрешности потенциометра и доходящей в отдельных случаях до 40−50%, является колебание сопротивления проволоки по ее длине.

В нашей конструкции будут применяться провода, изготовленные из константана.

Материал провода

Удельное сопротивление при

t = 20 °C, Ом

Температурный коэффициент сопротивления б, 1/°С

Коэффициент линейного расширения

Допустимая температура нагрева, °С

Константан

0,49

(0ч5)

14

Проволоку необходимо калибровать по омическому сопротивлению, что достигается электролитическим полированием, то есть доводкой диаметра проволоки до получения необходимого сопротивления в пределах заданного допуска на линейностью.

Диаметр обмоточных проводов может быть от 0,03 до 0,1 мм.

Проволочный потенциометр характеризуется следующими основными величинами:

  • Ro — общее сопротивление в Ом;
  • lo (бo) — рабочая длина обмотки или рабочий угол поворота движка потенциометра (максимальное перемещение движка) в мм или градусах;
  • Do — средний расчетный диаметр каркаса в мм;
  • Н — высота каркаса линейного потенциометра в мм
  • b — ширина или толщина каркаса в мм;
  • d — диаметр проволоки обмотки без изоляции в мм;
  • dи — диаметр проволоки обмотки с изоляцией в мм;
  • р — удельное сопротивление материала провода в Ом*мм2/м;
  • t — шаг намотки, то есть расстояние между серединами двух соседних витков, в мм;
  • n — число витков обмотки.

1) Расчет потенциометра можно начать с определения сопротивления резистора (потенциометр состоит из двух резисторов).

Для этого зададимся рассеивающей мощностью резистора. Максимальная рабочая мощность рассеяния зависит от допустимого нагрева обмотки резистора. Номинальная мощность рассеяния резистора лежит в пределах от 0.05 до 10 Вт. Для получения высокоточного потенциометра будем использовать наименьшую мощность рассеяния Р=0.05 Вт.

Ток, протекающий по резистору можно определить по формуле

А.

Выходное напряжение, снятое с потенциометра определяется по формуле. Отсюда найдем сопротивление резистора

Ом.

2) Найдем диаметр намоточного провода.

Диаметр провода определяем, исходя из допустимой плотности тока. Плотность тока не должна превышать 10 А/мм2. Тогда диаметр проволоки можно определить по формуле мм.

Полученное значение диаметра проволоки округлим до ближайшего диаметра, указанного в ГОСТе. Таким образом примем диаметр намоточного провода d=0.05 мм.

3) Определим длину намоточного провода потенциометра.

Из выражения следует, что длина намоточного провода резистора

м, где с=0.49 Ом

  • мм2/м — удельное сопротивление намоточного провода (константана).

Так как в потенциометр входит два резистора, то длину намоточного провода увеличим вдвое. Таким образом длина намоточного провода потенциометра м.

4) Найдем число витков обмотки.

Для этого зададимся длиной потенциометра l=14 мм.

Тогда, исходя из формулы, найдем число витков

Поверим следующее правило: при конструировании однооборотных потенциометров, намотанных на каркасы с плоским поперечным сечением, чтобы выдержать заданную точность линейной характеристики, необходимо брать втрое большее по сравнению с расчетным числом витков, то есть потенциометр, имеющий допуск на нелинейность 1.5%, должен иметь разрешающую способность, равную по крайней мере 0.5%. В нашем случае разрешающая способность потенциометра равна, что удовлетворяет правилу.

4) Найдем высоту каркаса.

Для этого нужно знать длину витка.

С одной стороны, длину витка можно определить по формуле

С другой стороны, длина витка может быть определена как Приравняв эти два выражения, можно определить высоту каркаса

мм.

Но предварительно зададимся шириной каркаса b. Исходя из условия b>4d примем b=1 мм.

У потенциометра изменение выходного сигнала пропорционально перемещению щетки. У проволочных потенциометров указанная зависимость носит ступенчатых характер. Характер ступенчатости потенциометра зависит от величины приложенного к нему напряжения Uпит и полного числа витков на всей длине рабочей части обмотки l. Таким образом абсолютная ошибка выходного сигнала из-за ступенчатости характеристики потенциометра равна

Щетка Токосъемные элементы характеризуются материалом (сплавы на основе благородных или неблагородных металлов), контактным давлением (от 0.1 до 200 Г), числом контактов (1, 2, 3, или n), их формой.

Подвижные контакты должны обеспечивать достаточно стабильное небольшое по величине переходное сопротивление между самим контактом и резистивным элементом, обладать высокой износоустойчивостью, одновременно не вызывая значительного износа самого резистивного элемента.

Материал токосъемного элемента движка, как и материал резистивного элемента, должен быть устойчив против электрической эрозии и коррозии, которая приводит к нарушению или полному прекращению электрического контакта, вследствие чего прибор или автомат может отказать в самый ответственный момент. Точность и срок службы потенциометра в значительной степени зависят от материала движка. Он должен быть износоустойчивым, легко обрабатываться, обладать свойствами, препятствующими свариванию контактов, иметь высокую теплои электропроводность.

Для изготовления движка используются платина, серебро, сплавы платина — иридий, палладий — иридий, палладий — серебро, палладий — серебро — кобальт, иногда бериллиевая и фосфористая бронза.

Рекомендуется для контактных пар «обмотка потенциометра — движок» использовать следующие материалы:

обмотка константан — движок ПдИ-18, ПлН-5.

Таким образом в курсовом проекте будет использоваться щетка из платина — иридия.

6. Расчет измерительной цепи При выборе метода преобразования и разработке структурной схемы был произведен выбор измерительной цепи в виде мостовой схемы из условия получения максимальной чувствительности. Однако, кроме выигрыша в чувствительности, мостовая схема позволяет получить начальный уровень выходного сигнала, равный нулю, тогда выходной сигнал с мостовой цепи будет соответствовать информативному сигналу.

В общем виде выбранная измерительная цепь может быть представлена на рис. 3:

Рис. 3. Измерительная цепь датчика Измерительная цепь представляет собой равноплечую мостовую схему, у которой. Два потенциометра являются рабочими. Сопротивления R1 и R2 составляют первый потенциометр R1= R2=500 Ом и сопротивления R3 и R4 составляют второй потенциометр R3=R4=500 Ом.

Тогда условие баланса примет вид:

При этом коэффициент симметрии составит:

Выходной сигнал мостовой цепи равен:

  • где Uпит — ЭДС источника питания;
  • [Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovoy/na-temu-datchiki-davleniya/

  • Rвх — входное сопротивления цепи источника питания;
  • эквивалентное сопротивление цепи источника питания;
  • Ri — внутреннее сопротивление источника питания;
  • Rд — добавочное сопротивление для подгонки номинального значения выходного сигнала;
  • компенсационное сопротивление для компенсации мультипликативной погрешности;
  • R — термозависимое сопротивление;
  • Rr — термозависимое, подгоночное сопротивление;
  • Rл — сопротивление входной жилы кабеля;
  • Rн — сопротивление нагрузки мостовой цепи;
  • Rвых — выходное сопротивление мостовой цепи;
  • Rдоп — сопротивление выходных двух жил кабеля;
  • суммарное относительное изменение сопротивления плеч моста;
  • еri — относительное изменение сопротивления (i-го) плеча мостовой цепи.

Сопротивление Rбал предназначено для грубой балансировки мостовой схемы в пределах десятков процентов Uном.

Сопротивления Rб1, Rб2, Rб0 составляют схему балансировки датчика и предназначены для точной установки заданного значения начального разбаланса измерительной цепи датчика в пределах десятых долей процента Uном.

Резисторы Rл1, Rл2, Rл3 — эквивалентные сопротивления линии связи. Резисторы Rш и R — компенсационные элементы для компенсации соответственно аддитивной и мультипликативной составляющих температурной погрешности. При этом резистор Rш — термонезависим, а R — термозависим и изготавливается из материала с большим значением ТКС. Резистор Rд предназначен для подгонки номинала выходного сигнала, а резистор Rr — для подгонки номинала и ТКС компенсационного резистора R.

Под действием измеряемой величины сопротивления R1, R2, R3, R4 изменяются с относительным изменением сопротивлений е1, е2, е3 и е4. При этом на нагрузке появляется выходной сигнал Uвых. Резисторы должны быть включены так, чтобы величины еri двух противоположных плеч были обратны по знаку двум другим противолежащим плечам ().

Оценим величины элементов, входящих в измерительную цепь. Номинальные значения резисторов выбраны и равны 500 Ом. Но так как при изготовлении существует технологический разброс, который будет влиять на нелинейность выходной характеристики моста, то, задаваясь допустимым разбросом резисторов +10%, оценим нелинейность мостовой измерительной цепи:

Возьмем R1=R4=550 Ом (500+10%) и R2=R3=450 Ом (500−10%), тогда, учитывая, что необходимо произвести балансировку мостовой схемы (например, включить в плечи R2, R3 по 25 Ом).

Относительное изменение сопротивлений плеч, а е2 и е3 определим как:

Тогда суммарное относительное изменение сопротивления мостовой цепи можно определить как Следовательно, нелинейность, вносимая технологическими разбросами:

Данная нелинейность превышает заданную основную погрешность. Данная нелинейность может быть скомпенсирована нелинейностью гофрированной мембраны.

Для определения номиналов цепи точной балансировки (Rб1, Rб2, Rб0) примем, что допустимая несбалансированность моста должна быть в пределах 50% Uном, тогда зная, можно найти, приведенное к одному плечу (например, к R1) эквивалентное изменение плеча мостовой цепи:

Ом Тогда для принятой 50% несбалансированности мостовой цепи сопротивление R1 можно определить как Ом С целью исключения влияния системы точной балансировки на выходной сигнал датчика определим номиналы резисторов Rб1 и Rб2 из условия изменения номинала сопротивления плеча мостовой цепи при их подключении не более на 0.01% Ri. То есть общее сопротивление плеча R1 при шунтировании резистором Rб1 не должно быть менее R1общ=499.95 Ом, тогда номинал Rб1 может быть определен как

Ом Принимаем значение резисторов МОм (из ряда гостированных резисторов).

С другой стороны, согласно принятой схеме разбаланс мостовой схемы сводится к нулю включением резистора Rб0 в плечо R1 или R3, т. е. обеспечивается равенство R1общ= R3общ.

Ом;

  • откуда Ом — значение балансировочного резистора Rб0, которое необходимо для обеспечения точной балансировки мостовой цепи при максимальном значении разбаланса 50% Uном.

Знак минус говорит о том, что для выбранных значений Rб1 и Rб3 резистор Rб0 необходимо подключать в плечо R3.

Оценим влияние системы точной балансировки на выходной сигнал датчика через изменение выходного сопротивления мостовой цепи.

Ом Полученное значение выходного сопротивления мостовой цепи отличается от выходного сопротивления мостовой цепи без использования системы точной балансировки на 0.005%. Следовательно, влиянием этой системы на выходной сигнал датчика можно пренебречь и можно ее не учитывать при дальнейших расчетах.

Сопротивление Rш предназначено для компенсации аддитивной температурной погрешности и определяется в процессе настройки. Однако при конструировании необходимо знать тот набор гостированных резисторов, который требуется при изготовлении.

ГОСТ 22 520–83

Аддитивная чувствительность определяется, как:

  • где Ny=Uном — номинальный выходной сигнал при воздействии номинального измеряемого параметра;
  • b — элементарное приращение нулевого уровня датчика при воздействии температуры;
  • T — элементарное приращение дестабилизирующего фактора (температуры).

А с другой стороны, выходной сигнал мостовой цепи при воздействии температуры может быть определен:

Выходной сигнал с мостовой измерительной цепи может быть определен как:

где — ТКС резисторов ,

r=(1+4)-(2+3) — эквивалентная разность температурных коэффициентов сопротивления, приведенная к одному плечу мостовой измерительной цепи.

При шунтировании плеча (например, R1) термонезависимым резистором общее сопротивление при изменении температуры будет равно

где э — эквивалентный температурный коэффициент сопротивления шунтированного плеча;

  • общее сопротивление зашунтированного плеча;

С другой стороны:

Тогда приравняв обе формулы и решив их относительно э, пренебрегая при этом величинами второго порядка малости, получим:

Из условия компенсации Sot можно записать:

;

  • Приравнивая уравнения для и решая относительно Rш, можно определить номинал компенсационного резистора, необходимый для компенсации аддитивной температурной погрешности, выраженный через температурные коэффициенты сопротивлений резисторов.

Номиналы ТКС примем для константана 1/C. Принимая, что разброс ТКС не превышает 10% (то есть 5

— 10−6 1/C) и выбирая наихудшее распределение в мостовой измерительной цепи резисторов по ТКС 1/C, 1/C, определим минимально допустимое значение Rш: Ом Максимальное значение Rш можно определить, установив минимальное значение Sot, которое мы хотим получить при настройке. Задаваясь технологическим допуском на изготовление, примем минимальное значение аддитивной температурной чувствительности датчика 1/C. Тогда можно определить э:

Ом Ом Тогда можно принять допустимые значения сопротивления Rш от 910 Ом до 1.5 кОм (из ряда Е24).

Термозависимое сопротивление Rб предназначено для подгонки мультипликативной погрешности и определяется в процессе настройки. Его величина определяется из условия перекомпенсации максимального значения мультипликативной погрешности датчика. Подгоночное термонезависимое сопротивление Rг предназначено для подгонки номинала и ТКС термозависимого компенсационного резистора из условия компенсации мультипликативной температурной погрешности. Сопротивление Rг необходимо оценить.

Исходя из статических данных, при изготовлении упругого элемента из стали 36НХТЮ и резистора из константана температурный коэффициент мультипликативной чувствительности датчика 1/C.

Принимая входное сопротивление мостовой измерительной цепи Rвх=500 Ом, и учитывая, что резистор R будет изготавливаться из медной проволоки с температурным коэффициентом сопротивления 1/C, то можно определить сопротивление R:

Ом Так как схема с цепочкой R + Rд подразумевает установку R такой величины, чтобы произошла перекомпенсация мультипликативной погрешности, то выберем для нашего случая R = 25 Ом.

Для определения максимального значения подгоночного термонезависимого резистора, воспользуемся выражением:

Ом

Нижний предел Rг можно определить из условия минимального значения 1/C. Минимальное значение подгоночного термонезависимого резистора будет:

Ом Примем допустимые значения сопротивления Rг от 2 Ом до 91 Ом (из ряда Е24).

Сопротивление Rбал предназначено для грубой балансировки мостовой схемы при выходе начального разбаланса за предел .

Максимальное значение разбаланса получается при подключении Rш = 910 Ом.

Общее сопротивление при шунтировании плеча R1=500 Ом сопротивлением Rш= 910 Ом равно:

Ом Сопротивление балансировочного резистора будет соответствовать Rбал=500 — 322.7=177.3 Ом, что не превышает допустимое значение 1000 Ом, которое может быть сбалансировано схемой балансировки. Взяв запас по возможностям балансировки можно оценить пределы сопротивления Rбал в пределах от 1 Ом до 1000 Ом. Нижний предел взят из учета работы резистора rб0 средней точки.

Сопротивление Rд предназначено для подгонки номинального значения выходного сигнала, которое может быть определено как технологическими разбросами модуля упругости материалов упругого элемента, точностью изготовления упругого элемента, так и погрешностями расчетных формул. Обычно эти разбросы составляют около 30%, поэтому датчик делают на 30−40% более чувствительным, а излишнюю чувствительность убирают за счет включения резистора Rд.

Максимальное значение этого резистора может быть определено, как:

В Подставляя Uном и, можно определить Rдmax:

Ом Примем допустимые значения от 0 Ом до 200 Ом.

==0.15+4.76=4.91%

7. Выбор и расчет упругого элемента

7.1 Выбор типа упругого элемента На основании выбранного метода измерения, конструкции измерительного преобразователя вида энергии и конструктивных решений по устойчивости датчика к воздействующим факторам можно выбрать тип УЭ.

При выборе типа УЭ необходимо проанализировать:

  • обеспечение требуемой чувствительности;
  • обеспечение требуемого частотного диапазона измерения.

Наибольшей чувствительностью к давлению обладает мембранная коробка. В зависимости от геометрических размеров, формы и материала мембранной коробки можно перекрыть широкий диапазон преобразуемых давлений — от 1000 до 50 000 Па. Незначительно уступает мембранной коробке по чувствительности гофрированная мембрана.

Так же мембрана, решает следующие конструктивные задачи:

  • обеспечение герметичности внутренней полости датчика;
  • исключение влияния боковой составляющей усилия.

Мембрана представляет собой гибкую круглую пластину, получающую значительные упругие прогибы щ под действием давления P. Мембраны могут быть плоскими или гофрированными. Их широко применяют в качестве упругих элементов манометрических приборов высоких классов точности. Кроме того, мембраны используют в качестве разделителей двух сред.

Рабочий диаметр, то есть диаметр мембраны по контуру крепления, определяется заданными габаритными размерами, требуемой величиной эффективной площади, необходимым прогибом центра, запасом прочности и другими технологическими требованиями, предъявляемыми к мембране. Диаметры мембран обычно бывают не менее 10 — 15 мм и не более 200 — 300 мм.

Разрабатываемый датчик является датчиком давления, но его принцип аналогичен действию манометрических датчиков, поэтому по аналогии с ними, оправдан выбор упругого элемента в виде мембраны.

Наиболее просты по форме плоские мембраны, характеристики которых затухают по давлению в области больших прогибов. Более широкое применение имеют гофрированные мембраны. Нанесение кольцевых волн увеличивает рабочие прогибы мембраны. Появляется возможность, изменяя форму и размеры гофрировки, подбирать должным образом упругую характеристику мембраны. В соответствии с принятой конструкцией датчика примем упругий элемент в виде гофрированной мембраны с жестким центром.

В отличие от плоских, гофрированные мембраны имеют волнообразный профиль, под которым понимают образующую срединной поверхности.

Гофрированные мембраны применяют чаще плоских. Они могут работать при значительно больших прогибах. В зависимости от формы профиля упругая характеристика мембраны может быть линейной, затухающей или возрастающей по давлению. В этом отношении гофрированные мембраны имеют преимущество перед другими типами манометрических упругих элементов (сильфонов, трубчатых пружин), характеристики которых близки к линейным. С помощью гофрированных мембран можно легко решать задачи измерения величин, нелинейно связанных с давлением или силой. Подбирая должным образом геометрические параметры мембраны, можно получить характеристику, линейную по измеряемой величине, и тогда линейность шкалы прибора достигается при простейшей кинематике механизма.

Мембраны синусоидального профиля предпочитают другим при изготовлении мембран из толстого материала.

Упругая характеристика мембраны существенно зависит от глубины волн и толщины материала. При одной и той же толщине материала жесткость мембраны в большей степени зависит от глубины гофров: с ее увеличением жесткость мембраны быстро возрастает. Начальная жесткость мембраны с ростом глубины гофров увеличивается, а упругая характеристика имеет меньшую нелинейность. Сильно влияет на упругую характеристику гофрированной мембраны и толщина, особенно в области малых толщин. Изменение же числа волн, формы профиля при условии сохранения глубины гофров мало меняет упругую характеристику гофрированной мембраны.

Одиночная мембрана закрепляется по буртику в корпусе. Для надежного закрепления одиночной мембраны ее приходится затягивать, при этом в корпусе могут возникнуть значительные усилия. В некоторых случаях мембрану крепят к жесткому основанию пайкой или сваркой. В нашем случае используется именно этот способ. Такой способ крепления освобождает корпус от усилий при затяжке, но при пайке или сварке материалы мембраны и основания прогреваются неравномерно, и возникающие при этом температурные напряжения могут исказить геометрию чувствительной мембраны, а, следовательно, и ее упругую характеристику. Температурные напряжения будут меньше, если у материалов основания и мембраны одинаковые коэффициенты теплового расширения.

Потенциометр вместо датчика : Indstore

Потенциометр вместо датчика


Требование стоимостной эффективности датчиков, применяемых в системах автоматизации, является особенно актуальным. Создаваемые системы должны не только технически целесообразно выполнять заданные функции, но и обладать рыночными преимуществами. Такой результат может быть достигнут, благодаря применению в системах автоматики, потенциометров, которые адаптированы к определенному применению. Они должны соответствовать основным техническим требованиям, сохраняя приемлемую стоимость за счет невысоких характеристик и показателей, не относящихся к приоритетным. Например, экономия на стоимости материалов корпуса (IP-20) вполне допустима, если не требуется высокая степень защиты, Также считается оправданным, применение недорогих резистивных материалов, если разброс в 20 % номиналов сопротивления признается допустимым. То же касается долговечности эксплуатационного ресурса – при отсутствии острой необходимости в высоком значении этого показателя, возможно применение недорогих опорных подшипников.
В нашем случае, возможность сборки потенциометров, которые по совокупности своей стоимости и характеристик будут полностью адаптированы к конкретному применению, даст возможность получать изделие, обладающее преимуществами по своей конкурентоспособности.
Почти все потенциометрические датчики могут выпускаться с номиналами и степенью защиты, выбранными заказчиком. Также может быть задана требуемая длина оси и при необходимости обеспечена выступающая задняя часть вала (R22W, R33W, R33P). Выведение потенциометров такого типа на уровень более высоких параметров, будет сопровождаться вполне естественным удорожанием.
Существует ряд внешних факторов, лимитирующих применение потенциометров. Кроме часто упоминаемой вибрации, негативно влияющей на надежность работы ползунка и инициирующей быстрый износ проводящего слоя, существенным ограничением является скорость вращения оси потенциометра (скорость перемещения ползунка в линейном потенциометре), превышение которой также приводит к преждевременному отказу.
Имеются и менее известные факторы, которые также важны для эффективного применения потенциометрических датчиков:
• сопряжение входного импеданса измерительного усилителя с выходным сопротивлением потенциометра;
• спорадическое пропадание контакта ползунка по мере его износа.

  Входной импеданс
Возможность контролировать напряжение, для всех систем автоматики является приоритетной задачей, которая требует исключительной точности и объективности. Для ограничения высокоомной интерференции и шумов, входной импеданс аналоговых схем обычно находится в диапазоне — 100 кОм. Если сопротивление потенциометра составляет, к примеру, 10 кОм, то ошибка измерения напряжения не превышает 1,5 % и может быть уменьшена при повышении входного сопротивления измерительного усилителя.


Спорадические пики контактного сопротивления
Системы опроса потенциометрических датчиков, как правило, отстраиваются в расчете на непрерывность поступающего от них выходного сигнала. В условиях постепенного износа потенциометра под воздействием его монтажной позиции, а также механических и климатических факторов, в произвольном месте его электрической рабочей зоны могут появляться спорадические пики контактного сопротивления ползунка, которым соответствует всплеск выходного сигнала. Среднестатистические показатели говорят о том, что этот эффект возникает практически у всех потенциометров в течение срока их эксплуатации. В системах прошлых поколений, этот эффект оставался незамеченным из-за его активного подавления входными емкостями измерительных усилителей, а также ограниченных возможностей и недостаточной чувствительности схем аналого-цифрового преобразования (АЦП).
В настоящее время быстродействующие АЦП в состоянии фиксировать этот эффект, даже если искажение сигнала от потенциометрического датчика носит очень кратковременный характер. Такая информация от датчика классифицируется электроникой управления как потенциальный отказ, и схема защиты срабатывает, согласно заданной программе. Достаточно часто оборудование миллионной стоимости принудительно останавливается из-за ложного выхода измеряемого параметра за установленные пределы. Радикально избавиться от последствий этого эффекта можно, прежде всего, за счет корректировки входной цепи измерительного усилителя.
Потенциометрические датчики по сей день остаются одним из самых востребованных элементов систем автоматики. Технологически их можно разделить на два типа:
• проволочные;
• выполненные на основе износостойкого токопроводящего пластика.

В зависимости от применяемого материала, определяется эксплуатационный ресурс потенциометрических датчиков. Параметрическая система этих устройств, применяемая при сравнительной оценке, включает допуски на номинальные значения сопротивления, разрешение, нелинейность и значение температурного коэффициента сопротивления,
В проволочных потенциометрах применяется намотка из легированного металла, которая обеспечивает минимальный допуск на такие значения, как номинал и нелинейность сопротивления, ресурс наработки и температурный коэффициент. Низкое значение разрешающей способности (переключения с витка на виток) и ограниченный эксплуатационный ресурс (105циклов), относятся к основным их недостаткам.
В потенциометрах на основе проводящего пластика, наносимого в виде расплава на подложку, преимущества и недостатки имеют прямо противоположное направление: на токопроводящем пластике очень сложно реализовать минимальный допуск по номиналу и добиться необходимой линейности сопротивления. Что касается температурного коэффициента сопротивления, то он намного выше, по сравнению с металлической проволокой. Однако ресурс наработки (105— 108 циклов) и разрешающая способность потенциометров на проводящем пластике, является их несомненным преимуществом.
Следует отметить, что столь противоположное распределение преимуществ и недостатков обеспечивает параллельное существование потенциометрических датчиков обоих типов.

Страница не найдена — Время электроники

Кажется мы ничего не нашли. Может быть вам помогут ссылки ниже или поик?

Архивы
Архивы Выберите месяц Ноябрь 2021 Октябрь 2021 Сентябрь 2021 Август 2021 Июль 2021 Июнь 2021 Май 2021 Апрель 2021 Март 2021 Февраль 2021 Январь 2021 Декабрь 2020 Ноябрь 2020 Октябрь 2020 Сентябрь 2020 Август 2020 Июль 2020 Июнь 2020 Май 2020 Апрель 2020 Март 2020 Февраль 2020 Январь 2020 Декабрь 2019 Ноябрь 2019 Октябрь 2019 Сентябрь 2019 Август 2019 Июль 2019 Июнь 2019 Май 2019 Апрель 2019 Март 2019 Февраль 2019 Январь 2019 Декабрь 2018 Ноябрь 2018 Октябрь 2018 Сентябрь 2018 Август 2018 Июль 2018 Июнь 2018 Май 2018 Апрель 2018 Март 2018 Февраль 2018 Январь 2018 Декабрь 2017 Ноябрь 2017 Октябрь 2017 Сентябрь 2017 Август 2017 Июль 2017 Июнь 2017 Май 2017 Апрель 2017 Март 2017 Февраль 2017 Январь 2017 Декабрь 2016 Ноябрь 2016 Октябрь 2016 Сентябрь 2016 Август 2016 Июль 2016 Июнь 2016 Май 2016 Апрель 2016 Март 2016 Февраль 2016 Январь 2016 Декабрь 2015 Ноябрь 2015 Октябрь 2015 Сентябрь 2015 Август 2015 Июль 2015 Июнь 2015 Май 2015 Апрель 2015 Март 2015 Февраль 2015 Январь 2015 Декабрь 2014 Ноябрь 2014 Октябрь 2014 Сентябрь 2014 Август 2014 Июль 2014 Июнь 2014 Май 2014 Апрель 2014 Март 2014 Февраль 2014 Январь 2014 Декабрь 2013 Ноябрь 2013 Октябрь 2013 Сентябрь 2013 Август 2013 Июль 2013 Июнь 2013 Май 2013 Апрель 2013 Март 2013 Февраль 2013 Январь 2013 Декабрь 2012 Ноябрь 2012 Октябрь 2012 Сентябрь 2012 Август 2012 Июль 2012 Июнь 2012 Май 2012 Апрель 2012 Март 2012 Февраль 2012 Январь 2012 Декабрь 2011 Ноябрь 2011 Октябрь 2011 Сентябрь 2011 Август 2011 Июль 2011 Июнь 2011 Май 2011 Апрель 2011 Март 2011 Февраль 2011 Январь 2011 Декабрь 2010 Ноябрь 2010 Октябрь 2010 Сентябрь 2010 Август 2010 Июль 2010 Июнь 2010 Май 2010 Апрель 2010 Март 2010 Февраль 2010 Январь 2010 Декабрь 2009 Ноябрь 2009 Октябрь 2009 Сентябрь 2009 Август 2009 Июль 2009 Июнь 2009 Май 2009 Апрель 2009 Март 2009 Февраль 2009 Январь 2009 Декабрь 2008 Ноябрь 2008 Апрель 2008 Март 2008 Февраль 2008 Январь 2008 Декабрь 2007 Ноябрь 2007 Октябрь 2007 Сентябрь 2007

Зондирующие импульсы | Определение мест повреждения

Страница 31 из 44

Как показали исследования [52—54], фазочастотные характеристики (ФЧХ) волновых каналов силовых КЛ для частот f>30 кГц с достаточно высокой точностью аппроксимируются прямой линией. Это означает, что фазовая скорость для f>30 кГц практически остается неизменной. Для разных волновых каналов одной и той же КЛ скорости распространения весьма близки (их различие значительно меньше 1 %). Это физически объясняется экранированием электромагнитного поля металлической наружной оболочкой, препятствующей проникновению энергии в грунт.
Линейность ФЧХ может быть принята для КЛ с резиновой, пластмассовой и бумажно-масляной (пропитанной) изоляцией. В [54] показано, что для КЛ с этими же видами изоляции амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) единообразны и для любых волновых каналов аппроксимируются с приемлемой точностью экспонентой. На рис. 6.2 приведены примеры нормированных АЧХ кабельных линий.
Единообразный и достаточно близкий к монотонному характер АЧХ КЛ обеспечивает возможность согласования частотного спектра зондирующего импульса с этой АЧ-Х. Задача согласования сводится к подбору формы и длительности τз зондирующего импульса; при которых основная часть амплитудного спектра отраженного импульса S0 (ω) по подавляющей части энергии расположена в той же полосе частот, что и спектр зондирующего импульса Sз (ω): S0(ω)=Sз(ω)К(ω), где К (ω) — коэффициент передачи участка волнового канала КЛ длиною 21 (для двойного пробега импульса).
При прямоугольном зондирующем видеоимпульсе длительностью τз кабельная линия длиной l является оптимальным фильтром, если отраженный от ее короткозамкнутого или открытого конца импульс, вернувшись к началу, превратится в квазитреугольный длительностью по основанию примерно 2τ3 (рис.6.3). 

Рис. 6.2. Нормированные АЧХ волновых каналов кабельных линий.
а — канал «жила—жила» кабеля СБ3Х120, 10 кВ, l= 10 м; б — канал «три жилы — оболочка» того же кабеля; в — канал «жила—жила» кабеля ШРПЛ3х0,75, 1 кВ, l=15 м.

Для участка любой длины lлюбого волнового канала существует своя критическая длительность τκρ=τз, при которой этот участок представляет собой оптимальный фильтр.
С ростом длительности τ3 при постоянной амплитуде зондирующего импульса повышается чувствительность, т. е. дальность измерений, так как увеличивается амплитуда отраженного импульса. Одновременно уменьшается разрешающая способность, так Как отраженный импульс удлиняется и отражения от соседних неоднородностей накладываются друг на друга. На рис. 6.4 это повышение чувствительности показано в виде отношения амплитуд Ао/Аз отраженного и зондирующего импульсов, здесь же рассмотрено и снижение разрешающей способности в форме отношения некоторой минимальной для данной КЛ длительности τo,minί, к длительности отраженного импульса τo, соответствующей заданному значению τа.


добиться уменьшения длительности отраженного импульса. 


Отраженный импульс становится однополярным. Для каждой длины двойного пробега 2l существует значение п, когда отраженный импульс минимален по длительности, т. е. обеспечивается максимальная разрешающая способность. На лицевую панель искателя выводится ручка потенциометра «Компенсация», плавно регулирующая амплитуду второго импульса. Компенсируется повышенное затухание более высоких частотных составляющих. По сравнению с зондированием монополярным импульсом разрешающая способность повышается в 5,4 раза.
На рис. 6.6 показаны сигналы, отраженные от двух шунтирующих сопротивлений (Rш1=200 Ом и Rш2=420 Ом), имитирующих утечки на расстояниях 1×1=100 м 1×2= 120 м. Волновое сопротивление испытываемого кабеля РПШ-0,75X2 всего несколько десятков Ом, поэтому отыскание таких утечек достаточно сложная задача. При отсутствии компенсации (рис. 6.6, кривая а) выявить наличие второй (более удаленной от места измерения) утечки не представляется возможным. 

 Видно лишь незначительное изменение кривизны хвоста импульса, отраженного от первой утечки. Введение компенсации с п = 0,6 (рис. 6.6, кривая б) позволяет четко зафиксировать вторую утечку в виде отдельного отраженного импульса. Впервые двух полярный импульс с регулированием величины п применен в неавтоматических искателях типа Р5-10.

Рис. 6.7. Упрощенные импульсные характеристики для КЛ с дополнительно включенными сосредоточенными элементами, имитирующими неоднородности волнового сопротивления.

Для выделения полезного импульса, т. е. отраженного от МП, на фоне множества импульсов, отраженных от неоднородностей КЛ, эффективно использовать в качестве зондирующего сигнала наложение видеоимпульса (короткого импульса) на единичную ступень напряжения [54]. При этом ступень напряжения позволяет различить повреждение от неоднородностей, а короткий импульс обеспечивает высокие точность отсчета и разрешающую способность. Дело в том, что за местом повреждения меняется уровень напряжения при воздействии ступени напряжения. На рис. 6.7, а и б, где показаны импульсные характеристики (ИХ), хорошо видно такое изменение уровня. На рис. 6.7, в и д уровень ступени напряжения не изменяется (лишь кратковременные выбросы отражают влияние реактивности неоднородностей). На рис. 6.7, г уровень меняется, так как включение конденсатора в рассечку КЛ для длинного импульса равносильно обрыву. 

На рис. 6.10, б показана ИХ, полученная при использовании наложения короткого зондирующего импульса (τ3 = 1 мкс) на ступень напряжения. Отчетливо видны отражения от обрыва (конца КЛ) и соединительных муфт, и при этом обеспечено сохранение крутизны отраженных импульсов, т. е. точность отсчета. 


Рис. 6.10. Импульсные характеристики КЛ с двумя соединительными муфтами при зондировании ступенью напряжения (а) и способом наложения короткого импульса на ступень напряжения (б).

Для сравнения на рис. 6.10, а показана ИХ при зондировании только ступенью напряжения. Отражения от муфт почти не видны. Точность отсчета низкая, так как от места обрыва (конца КЛ) отражение получается с пологим фронтом. Рисунок 6.10 наглядно демонстрирует достоинства использования сложного (комбинированного) зондирующего сигнала «ступень—короткий импульс». Впервые такие сложные сигналы использованы в приборе Р5-10.
Таким образом, близким к оптимальному по форме для ОМП силовых КЛ является видеоимпульс, полученный наложением короткого двухполярного импульса на единичную ступень напряжения. Для ОМП каждой конкретной КЛ существует оптимальная длительность короткого импульса и значение коэффициента коррекции п, обеспечивающего максимальную разрешающую способность. Это положение справедливо и для контрольных кабелей, а также кабелей связи.
Для ВЛ характерным является значительное различие в скоростях распространения, т. е. различие ФЧХ волновых каналов. Скорости распространения и степени их различия изменяются и по частоте. Главным образом это определяется влиянием проникновения электромагнитного поля в грунт. Поэтому при неавтоматической локации ВЛ длительность видеоимпульса имеет существенно меньшее значение, чем для КЛ. Использование двухполярного импульса способствует повышению разрешающей способности. Однако достижимый эффект меньше, чем для КЛ. Что касается ступени напряжения, то ее подать практически удается лишь на короткие ВЛ. На отключенных достаточно длинных ВЛ имеются, как правило, наводки напряжения промышленной частоты и ее гармоник. Для отстройки от их влияния приходится использовать частотные фильтры, что исключает практическую возможность подачи ступени напряжения на ВЛ.
При автоматической локации присоединение генератора зондирующих импульсов к ВЛ осуществляется через конденсатор связи ограниченной емкости. Включение видеоимпульса на цепочку, состоящую из конденсатора
емкостью С и линии с волновым сопротивлением Ζ, вызывает заряд конденсатора с постоянной времени ZC в период возрастания напряжения видеоимпульса и его разряд с той же постоянной времени в период спадания напряжения видеоимпульса. При типичных значениях С= (1,5:10)·103 пкФ и Ζ=250:400 Ом постоянная времени составляет 0,5—4 мкс, что не только исключает возможность использования для зондирования ступени напряжения, но и видеоимпульсов вообще.
Поэтому для автоматической локации могут применяться только радиоимпульсы. Последовательно с конденсатором связи включается фильтр присоединения, и эта цепочка должна обеспечивать пропускание полосы частот, которая соответствует 80—90 % энергии спектра зондирующего радиоимпульса. Включаемый в рассечку ВЛ заградитель должен заграждать соответствующую полосу частот. Поскольку затухание радиоимпульсов на ВЛ приближенно описывается экспоненциальной зависимостью, то существование оптимальной длительности огибающей радиоимпульса справедливо в той же мере, что и оптимальной длительности видеоимпульса на КЛ.
Таким образом, для автоматической локации на ВЛ оптимальным является радиоимпульс, длительность огибающей которого определяется дальностью измерений и характеристиками ВЛ.

Разрешение потенциометра — Обмен электротехнического стека

Разрешение или возможность регулировки являются результатом геометрии электролизера, материалов элементов размеров и конструкции, а также конструкции стеклоочистителя, количество витков напрямую не связано — например, триммер с 20+ оборотами может иметь не лучшее разрешение или регулируемость, чем одинарный. поверните триммер с аналогичной длиной электрического элемента.

Горшки с проволочной обмоткой имеют разрешение из-за намотки провода сопротивления.Кермет, проводящий пластик, углерод и гибридные типы (например, проводящий пластик поверх проволочной обмотки) имеют «бесконечное разрешение», поэтому замените спецификацию «регулируемость» из таблицы данных. Например, 25-витковые подстроечные резисторы серии 3296 заявляют, что регулировка делителя напряжения составляет 0,01%, что является довольно оптимистичным числом.

В случае электролизеров с проволочной обмоткой разрешение также зависит от значения сопротивления элемента. Возьмем типичный 10-оборотный панельный потенциометр, недорогой пластиковый корпус серии 3590 от Bourns:

.

Разрешение (как делитель напряжения) дано в процентах.Таким образом, потенциометр 10K будет иметь разрешение 0,02%, независимо от напряжения на нем (в разумных пределах, при очень низких или высоких напряжениях будут проявляться другие эффекты).

Точно так же с усилением процент будет таким же, но он будет представлять большее или меньшее напряжение в зависимости от используемого значения усиления.

Разрешение 10-виткового потенциометра этой конструкции особенно хорошее, потому что элемент очень длинный физически — он имеет спиральную геометрию. Тримперы могут иметь механический понижающий редуктор и короткую длину элемента, поэтому их легко настроить, но не намного, если таковые имеются, улучшения разрешения / регулируемости по сравнению с однооборотным горшком с той же длиной элемента.


Если вы хотите улучшить разрешение с помощью данного потенциометра, вы можете уменьшить диапазон регулировки с помощью внешних резисторов (температурные эффекты следует учитывать более тщательно). Если вы ограничите диапазон регулировки, скажем, от 9,5 до 10,5 В, тогда у вас будет разрешение +/- 0,02% от 1 В, а не 10 В, поэтому вы сможете установить его в пределах +/- 200 мкВ для 10 В. Как долго он продержится — другой вопрос ..

Как и мое личное эмпирическое правило, если требуется стабильность настройки прецизионного потенциометра лучше, чем ~ 0,1%, или стабильность ~ 1% для неточного потенциометра (это не точные и фиксированные числа, но они также относятся к ожидаемой повторной калибровке интервалы (если есть), насколько экстремальными являются условия и т. д.), лучше переосмыслить дизайн и добавить диапазоны или иным образом снизить чувствительность к настройке горшка. В настоящее время мы часто можем заменять калибровочные и настроечные сосуды цифровыми методами.

raspberry pi — Измерение углового положения с высоким разрешением (~ 0,5 градуса)

Есть много способов измерить угловое смещение. Я добился успеха как с переменной емкостью (с использованием изменений суб-пФ для управления ГУН, а затем с подсчетом результирующей частоты), так и с магнитом + линейным датчиком Холла (пересекаемая ось, поэтому выходной сигнал Холла колеблется выше и ниже нуля, который возникает, когда прямо на него направлен стержневой магнит).

Однако, поскольку он имеет тенденцию быть лучшим с точки зрения разрешения, точности, стабильности, отсутствия обратной силы в эксперименте, метод, который используют большинство исследователей, — это установка лазер + зеркало + датчик.

Может быть, стоит проявить еще немного настойчивости. Ваш комментарий

У меня большие проблемы с считыванием отраженного лазера, и я пытался (и потерпел неудачу) получить правильное считывание данных с датчиков данных.

подсказывает, что стоит сконцентрироваться на сенсорной стороне.

Классический датчик лазерного луча состоит всего из двух фотодиодов и предназначен только для определения исходного положения, когда интенсивность света на двух диодах одинакова.

При небольших отклонениях от этого исходного положения вы получаете монотонный и, как правило, довольно линейный дисбаланс на двух выходах.

Можно расширить массив фотодиодов по дуге и, используя мультиплексор, прочитать массив, чтобы найти, между какой парой находится луч, а затем, используя соотношение между этими двумя, оценить интерполированное положение.Поскольку вам не нужно высокое угловое разрешение, возможно, стоит увеличить размер луча, чтобы он освещал более двух диодов. Это позволит вам сделать более линейную интерполяцию положения пятна.

Если вы не любите фотодиоды, вы всегда можете использовать LDR (светозависимые резисторы) и считать освещенность сопротивлением. Они не такие быстрые, линейные, стабильные или хорошо согласованные, как фотодиоды, но я считаю их более «дружелюбными».

При использовании обычного (посеребренного) зеркала могут возникнуть проблемы.Стоит использовать зеркало «первой поверхности», оно довольно недорогое в небольших размерах.

Делитель напряжения

— Цепь для потенциометра грубой и точной настройки?

Рад, что наткнулся на этот ответ. Благодаря ответу Спехро Пефаниса я начал думать и рассчитывать более общий подход, которым я хотел бы поделиться.

смоделировать эту схему — Схема создана с помощью CircuitLab

\ $ m \ $ обозначает коэффициент масштабирования, который в представленном случае составляет 10: 1, \ $ m = 10 \ $

.

\ $ Z_ {out_ {MAX}} = \ frac {m} {m + 1} \ cdot \ left (R_s + \ frac {R_p} {4} \ right) \ $

\ $ Z_ {out_ {min}} = \ frac {m} {m + 1} \ cdot R_s \ $

\ $ Z_ {out_ {MAX}} \ $ достигается, когда дворники обоих потенциометров находятся в центральном положении \ $ \ alpha = \ beta = 0.5 \ $

\ $ Z_ {out_ {min}} \ $ достигается, когда оба потенциометра находятся на одном из крайних значений.

Интересно отметить, что в этой конфигурации отклонение импеданса, разброс определяется исключительно потенциометрами \ $ \ Delta_ {Z_ {out}} = Z_ {out_ {MAX}} -Z_ {out_ {min}} = \ frac {m } {m + 1} \ cdot \ frac {R_p} {4} \ $

Если учесть \ $ Z_ {load} >>> Z_ {out} \ $, тогда: \ $ \ frac {V_ {out}} {V_ {in}} = \ frac {m} {m + 1} \ cdot \ left (\ alpha + \ frac {\ beta} {m} \ right) \ $

\ $ Z_ {in} \ приблизительно R_ {p1} // R_ {p2} \ $, где Rp1 и Rp2 — потенциометры, представленные на диаграмме как Rp и m · Rp.

Входной импеданс схемы относительно постоянен, лишь слегка изменяется при разных положениях стеклоочистителя или даже при разных нагрузках.


Незначительное \ $ \ Delta_ {Z_ {out}} \ $, улучшения дисперсии импеданса:

Как можно продемонстрировать, соотношение точного / грубого определения определяется как \ $ m, R_ {s2} = m \ cdot R_ {s1} \ $, Размах импеданса определяется исключительно потенциометрами \ $ R_ {p2} = m \ cdot R_ {p1} \ $

Представленные формулы масштабируют потенциометры с соотношением \ $ m \ $, хотя это и не обязательно.2} \ $

оценивает как \ $ f (m) \ $, так и \ $ f ‘(m) \ $, мы можем определить линейную функцию:

\ $ g (k) = k \ cdot f ‘(m) + b \ $

, где b находится путем решения \ $ g (m) = f (m) \ $. Теперь у нас будет линейная функция \ $ g (k) \ $, которая будет аппроксимировать дисперсию импеданса с учетом коэффициента k между потенциометрами \ $ R_ {p2} = k \ cdot R_ {p1} \ $ при сохранении коэффициента \ $ m \ $ для грубого / мелкого соотношения.

Для примера, предоставленного Spehro, \ $ m = 10, R_p = 0.5 тыс. \ Омега \

$

\ $ g (k) = \ frac {k} {968} + \ frac {100} {968} \ $

улучшение от использования двух горшков \ $ 500 \ Omega \ $, \ $ g (1) \ приблизительно 104 \ Omega \ $ вместо \ $ 500 \ Omega \ $ и \ $ 5k \ Omega \ $ pot, \ $ g (10) \ приблизительно 114 \ Omega \ $ — это улучшение размаха импеданса на \ $ \ приблизительно 10 \ Omega \ $

На самом деле, если вы хотите иметь входной импеданс приблизительно \ $ \ приблизительно 250 \ Omega \ $, вы можете добиться более узкого колебания импеданса, используя потенциометры \ $ 250 \ Omega \ $ и \ $ 2k5 \ Omega \ $, которые уменьшить изменение импеданса до \ $ \ Delta_ {Z_ {out}} \ приблизительно 57 \ Omega \ $


Некоторые формулы для той же схемы, но с резисторами и электролизерами, которые не связаны соотношением

Выходное сопротивление можно рассчитать следующим образом:

\ $ Z_ {out} = \ left (R_ {p1} + R_ {s1} \ right) // \ left (R_ {p2} + R_ {s2} \ right) = \ frac {\ left (R_ {p1 } + R_ {s1} \ right) \ cdot \ left (R_ {p2} + R_ {s2} \ right)} {R_ {p1} + R_ {s1} + R_ {p2} + R_ {s2}} \ $

Где: \ $ R_ {p1} = R_ {p1_ {Total}} \ cdot (1- \ alpha) \ alpha \ $ , являясь \ $ \ alpha \ $ положением дворника \ $ \ {0..1 \} \

долл. США

\ $ Z_ {out_ {MAX}} = \ frac {\ left (R_ {p1T} + 4R_ {s1} \ right) \ left (R_ {p2T} + 4R_ {s2} \ right)} {4 \ left ( R_ {p1T} + 4R_ {s1} + R_ {p2T} + 4R_ {s2} \ right)} \ $ Когда оба дворника потенциометра находятся в центральном положении \ $ \ alpha = 0.5 \ $

\ $ Z_ {out_ {min}} = \ frac {R_ {s1} R_ {s2}} {R_ {s1} + R_ {s2}} \ $

Если учесть \ $ Z_ {load} >>> Z_ {out} \ $, тогда: \ $ \ frac {V_ {out}} {V_ {in}} = \ frac {\ alpha R_ {s2} + \ beta R_ {s1}} {R_ {s1} + R_ {s2}} \ $


Просто подумал, что могу поделиться своим исследованием и обобщением ответа.

Потенциометры

— Основные принципы — Блог о пассивных компонентах

R 4 ПОТЕНЦИОМЕТРА

R 4.1 ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Потенциометры являются электромеханическими компонентами и поэтому подвержены не только недостаткам постоянных резисторов, но и всем возможностям отказа электромеханики. Надежность сравнительно низкая. Это будет еще меньше, если мы попытаемся обработать валы для наших собственных специальных применений !!

Общее сопротивление редко бывает критическим и обычно соответствует европейской серии E3 или 1-2-5-10 (США).

R 4.1.1 Основные понятия

Потенциометр (сокращенное название «горшок» / «горшок») в простейшем виде может быть изображен схематически, как на рисунке R4-1.

Рисунок R4-1. Определение электрического и механического хода и т. Д.

Между двумя фиксированными выводами есть третий, подключенный к скользящему контакту или Wiper. Поскольку направление движения скользящего контакта скрыто в герметизированных типах, фиксированные клеммы обычно имеют маркировку

.
  • CW, i.е., по часовой стрелке, и
  • CCW, что означает против часовой стрелки.

Установив ползунок в любую из двух конечных точек, мы измеряем между фиксированными клеммами Номинальное сопротивление, Rtot, потенциометра. На рисунке R4-1 мы также указали остальное или Конечное сопротивление, ER , которое в потенциометрах с проволочной обмоткой измеряется между клеммами (2) и (1) или (2) и (3), когда стеклоочиститель расположен в соответствующем положении. конечная точка, в которой интегральные упоры предотвращают дальнейшее движение.В случае без проволочной обмотки вал должен располагаться в любой из теоретических конечных точек, то есть в конце теоретического электрического хода (рисунок R4-4). Иногда конечное сопротивление ER выражается в% от Rtot. Прецизионные потенциометры с проволочной обмоткой имеют выводы, подобные изображенному на Рисунке R4-2.

Рисунок R4-2. Конечное сопротивление и минимальное сопротивление.

Если мы измеряем остаточное сопротивление, мы также получим дополнительный вклад от бесполезной части дорожки сопротивления (позиция B на рисунке).Если мы переместим дворник в положение A, сопротивление упадет до минимума, так называемого минимального сопротивления , MR . Вместо ER для прецизионных потенциометров без проволочной обмотки указывается конечное напряжение , EV .

В соответствии с отраслевым стандартом Института переменных резистивных компонентов (VRCI) измерение должно проводиться между дворником и конечной точкой. Затем вал позиционируется в теоретической конечной точке (без проволочной обмотки) или в конечной точке (с проволочной обмоткой).Теоретическая конечная точка представлена ​​позицией B1 на рисунке R4-3, конечные точки потенциометра с проволочной обмоткой представлены началом фактического электрического хода на рисунке R4-1. Конечное напряжение выражается в процентах от входного напряжения E.

Рисунок R4-3. Конечное и минимальное напряжение.

Если мы, как предлагается, должны измерить в позиции B, результат будет таким же, как в позиции A. Предполагается, что ток через DVM пренебрежимо мал.

Минимальное напряжение MV — это наименьшее или наименьшее напряжение между выводом стеклоочистителя и концевым выводом, когда вал расположен рядом с соответствующим концом электрического непрерывного хода (положение A на рисунке R4-3).

Фактический электрический ход относится только к потенциометрам с проволочной обмоткой и касается общего хода между конечными точками, как показано на Рисунке R4-4.

В той точке хода вала, где мы начинаем наблюдать первые значительные изменения выходного напряжения, потенциометры и подстроечные резисторы типа 2 иногда имеют определение Эффективное минимальное сопротивление . По сравнению с конечным сопротивлением ER оно примерно в 10 раз выше, например 2%, когда ER задан равным 0.2%.

Полный механический ход определяется полным ходом вала между встроенными упорами. Если нет ограничителей (как в сервопотенциометрах без проволочной обмотки), механический ход будет непрерывным и, следовательно, механический ход будет 360 °.

Та часть пути, на которой у нас есть постоянное электрическое соединение между дворником и выводами, называется Перемещение электрической цепи . В потенциометрах с проволочной обмоткой он совпадает с полным механическим ходом.

При заданном положении вала соответствующее передаточное отношение определяется как индексная точка , IP . Обычно IP устанавливается примерно на 50% от максимального коэффициента мощности. Он используется для определения опорного положения вала, например, при указании Теоретического электрического хода , который обычно центрируется между конечными точками фактического электрического хода, рисунок R4-4. Предположим теперь, что IP определяется при перемещении вала 170 °. Теоретическое электрическое перемещение в этом случае будет составлять от 0 до 340 °.

Сопротивление изоляции IR измеряется постоянным током между подключенными клеммами и всеми другими электропроводящими частями, такими как вал, металлический корпус, монтажные детали и т. Д. IR должно быть не менее 1000 МОм.

Цикл. В контексте потенциометра мы встречаем выражение «цикл», которое означает перемещение вала от одной конечной точки к другой и обратно к начальной точке.

Срок службы . Указанное максимальное количество оборотов вала, которое потенциометр должен выдерживать при сохранении устойчивости сопротивления, называется сроком службы при вращении.

Рисунок R4-4. Схематическое изображение различных ходов потенциометра.

R 4.1.2 Потенциометр или реостат

В принципе, переменный резистор может использоваться двумя различными способами по отношению к нагрузке: как параллельный резистор, то есть как делитель напряжения или потенциометр, и как последовательный резистор или реостат, то есть как тип регулятора тока.

Рисунок R4-5. Подключения потенциометра и реостата.

На рисунке R6-5 показаны основные функции потенциометра и реостата. Ток через реостат никогда не должен превышать Imax в формуле

.

…………… .. [С4-1]

Эта формула применима также к потенциометру.

R 4.1.3 Соответствие

Посредством конструкции дорожки сопротивления выходное отношение может быть выполнено таким образом, чтобы оно следовало нелинейным функциям, например, логарифмическим, тригонометрическим и т. Д.Для того, чтобы указать верность отношения выхода к таким функциям, используется концепция соответствия. Он обозначает допустимые, практически определяемые отклонения коэффициента мощности от теоретической функции. Соответствие выражается в процентах от общего приложенного напряжения.

R 4.1.4 Линейность

Введение

Наиболее распространенным коэффициентом выхода потенциометра является прямой. Задание отклонений от прямой линии отсчета является частным случаем соответствия и имеет собственное название: линейность .Таким образом, он описывает, насколько хорошо выходное передаточное число соответствует ходу вала. Линейность выражается в процентах от общего приложенного напряжения. В идеальном случае передаточное отношение должно следовать прямой линии от 0 до 100%, когда вал поворачивается от одной конечной точки к другой. Однако на практике существуют отклонения или ошибки линейности, которые можно определять по-разному. Следующее описание определения станет более ясным, если мы для целей сравнения поместим копию рисунка R4-1 в тесной связи с рисунком R4-7.Копия называется рис. R4-6.

Рисунок R4-6. Схема потенциометра.

Если повернуть вал потенциометра (2) из ​​одной конечной точки (1) в другую (3), выходное напряжение возрастет по линии, которая более или менее отклоняется от теоретической прямой опорной линии. Это может выглядеть как кривая на рисунке R4-7.

Если мы сравним рис. R4-6 с рис. R4-7, мы можем представить себе, как металлизация выводов действует как своего рода взлетно-посадочная полоса для выходного напряжения (части плоскости в начале и в конце фактического электрического перемещения).

Рисунок R4-7. Выходное напряжение в зависимости от хода стеклоочистителя.

Независимая линейность

Наименее сложный способ определения линейности — использование независимой линейности. Здесь мы ограничиваемся либо полным фактическим электрическим перемещением (проволочная обмотка), либо теоретическим электрическим перемещением (без проволочной обмотки). Оптимальная центральная линия проведена через кривую выходного напряжения вместе с двумя параллельными пределами спецификации. Тогда поля между кривой и пределами будут максимальными.Расстояния c на рис. R4-8 и R4-9 представляют указанную независимую линейность и выражены в процентах от общего приложенного напряжения.

Спецификация независимой линейности используется, например, в таких потенциометрах, где пользователь хочет регулировать градиент выходного напряжения. Это делается с помощью встроенных резисторных элементов, подключенных к дорожке потенциометра.

Рисунок R4-8. Независимая линейность — проволочная.

Рисунок R4-9.Независимая линейность — без обмотки.

Линейность с отсчетом от нуля

Если мы укажем минимум выходного отношения в начале фактического электрического хода, проведем через эту точку осевую линию и выберем наклон, который минимизирует максимальные отклонения, мы получим контрольную линию, вокруг которой мы можем провести два параллельных предела спецификации . Они представляют собой линейность, основанную на нуле, и применимы только к потенциометрам с проволочной обмоткой. Указанный минимум обычно равен нулю, отсюда и название (Рисунок R4-10).Выражается в процентах от общего приложенного напряжения.

Рисунок R4-10. Линейность с отсчетом от нуля — только проволочная обмотка.

Линейность на основе терминала

Эта линейность выражает отклонения от центральной линии через заданные минимальные и максимальные выходные отношения, которые разделены фактическим электрическим перемещением. Спецификации обычно требуют минимального и максимального соотношений 0 и 100%. Эта линейность также выражается в процентах от общего приложенного напряжения.Это применимо только к стилям с проволочной обмоткой (Рисунок R4-11).

Рисунок R4-11. Терминальная линейность. Только проволочная обмотка.

Абсолютная линейность

Эта концепция линейности отличается от линейности на основе терминала только расширением записей отношения выходного сигнала. Они находятся в пределах теоретического электрического хода, что означает, что требуется индексная точка. Абсолютная линейность применима как к проволочной обмотке, так и к непроволочной (Рисунок R4-12).

Рисунок R4-12.Абсолютная линейность.

R 4.1.5 Метчики

Для некоторых приложений требуются дополнительные терминалы. Они называются ответвителями и существуют как в потенциометрах с проволочной обмоткой, так и без нее. В последнем они выполняют одну из двух функций: отводов, и отводов напряжения, отводов. Первый простирается по ширине всей дорожки сопротивления и нарушает линейность. Последние расположены на самом дальнем краю трассы и не влияют на линейность.

R 4.1.6 Подвижные потенциометры

Иногда несколько элементов потенциометра, называемых чашками, соединяются на общем валу. Сборка называется банда . Методика требует некоторых определений.

Точка фазирования

Для соответствия требованию одновременного соответствия или трекинга чашки соединяются по фазе вместе в общем исходном положении вала. Для линейных потенциометров обычно выбирается такое положение вала, при котором выходное отношение e / E электрических элементов составляет приблизительно 50%.

Отслеживание

Взаимная разность выходных передаточных отношений электрических элементов группы при любом положении вала называется ошибкой слежения. Он выражается в процентах от входного напряжения E. Первая секция потенциометра берется за эталон. На рисунке R4-13 ошибка отслеживания двух участков равна Δe.

Рисунок R4-13. Ошибка отслеживания = разница в коэффициенте выхода Δe.

Одновременное соответствие

Если мы требуем, чтобы все элементы потенциометра в группе одновременно отвечали требованиям соответствия (или линейности), мы говорим об одновременном соответствии.Наилучший результат достигается, если точка фазирования локализована при коэффициенте выхода приблизительно 50%.

R 4.1.7 Ошибка загрузки

Если мы загрузим потенциометр, как показано на Рисунке R4-14, нагрузка будет пропускать определенный ток через стеклоочиститель. Это немного изменит пропорциональность деления напряжения. Выходная кривая будет провисать с максимальным отклонением от линии нулевой нагрузки примерно при 2/3 максимального вращения вала max. Получаем ошибку линейности или ошибку загрузки.Погрешность уменьшается с увеличением сопротивления нагрузки.

Рисунок R4-14. Ошибка загрузки.

R 4.1.8 Разрешение

Из MIL-R-39023 мы цитируем определение разрешения : «Мера чувствительности, с которой может быть установлен выходной коэффициент потенциометра». Тот же стандарт MIL также определяет разрешение по напряжению как «Максимальное приращение выходного передаточного числа при перемещении вала в одном направлении в любой указанной части резистивного элемента» (применимо только к проволочной обмотке).Разрешение выражается в процентах от входного напряжения E. Чем выше разрешение, тем ниже процент.

В описаниях потенциометров без проволочной обмотки иногда упоминается «бесконечное разрешение». Дословно следует написать «бесконечно высокое разрешение». Разрешающая способность потенциометра с проволочной обмоткой с числом витков N может быть приблизительно равна обратной величине 1 / N.

Регулируемость

Разрешение подстроечного потенциометра имеет название регулируемость , что означает точность установки или настраиваемость .Он указывается в процентах от общего приложенного напряжения E (или от Rtot) и, таким образом, является мерой точности, с которой может быть установлено желаемое напряжение (или сопротивление).

R 4.1.9 Шум потенциометра

CRV

CRV означает изменение контактного сопротивления . Прежде чем обсуждать эту концепцию, давайте начнем с контактного сопротивления в целом. Контакт между дворником и гусеницей имеет определенное сопротивление, величина которого зависит от контактного давления, материала гусеницы и его природы, тока через стеклоочиститель и т. Д.Контактное сопротивление (CR) увеличивается, например, экспоненциально с уменьшением тока стеклоочистителя где-то ниже 1–0,1 мА. Чем больше металла в элементе сопротивления, тем менее выражено явление. На рисунке R4-15 в принципе показан CR потенциометра из кермета, но эту кривую можно также применить к потенциометру с проволочной обмоткой.

Рисунок R4-15. Контактное сопротивление (CR) в зависимости от тока стеклоочистителя в металлокерамическом потенциометре.

Кроме того, ток стеклоочистителя меняется от точки к точке на пути движения.В дополнение к контактному сопротивлению в непроволочных обмотках также присутствует определенное сопротивление материала дорожек (Рисунок R4-16).

Рисунок R4-16. Детали сопротивления в контактной функции дворника. Без проволочных ран.

Мы можем назвать сумму всех этих статических сопротивлений Контактным сопротивлением CR. В конечных точках они являются частью конечного сопротивления ER соответственно минимального сопротивления MR. Когда вал затем перемещается по рельсовому пути, происходят произвольные изменения сопротивления или динамические изменения контактного сопротивления, CRV, которые в принципе могут выглядеть как запись, показанная на Рисунке R4-17.

Обычно CRV указывается для подстроечных потенциометров, а иногда и для потенциометров типа 2 без проволочной обмотки, предназначенных для панельного монтажа. Используется тестовая схема, аналогичная показанной на рисунке R4-18, но с другими данными. Необходим фильтр с полосой пропускания 100 Гц — 50 кГц. Ток также необходимо отрегулировать до Rtot. CRV выражается в процентах от Rtot.

Рисунок R4-17. Схема контактных сопротивлений в потенциометре.

Рисунок в принципе относится как к потенциометрам с проволочной обмоткой, так и без проволочной обмотки.Проволочные обмотки имеют фиксированное контактное сопротивление (CR), которое обычно значительно ниже 1 Ом. CR без проволочной обмотки находятся в диапазоне кОм (см. Пояснительный рисунок R4-16).

ENR

Для потенциометров с проволочной обмоткой указано эквивалентное сопротивление шуму , ENR . Обычно он измеряется в соответствии со схемой, показанной на Рисунке R4-18. Генератор тока пропускает через стеклоочиститель ток 1 мА. Падение напряжения на контакте может быть измерено непосредственно в омах (1 мВ соответствует 1 Ом).

Рисунок R4-18. Схема тестирования для определения ENR в потенциометрах с проволочной обмоткой в ​​соответствии с MIL-R12934.

Технические требования к измерениям, на которые сильно влияют производители, хотя и основаны на спецификации MIL, обычно также предписывают, что сначала вал должен быть проработан 10 раз в течение минимум 95% электрического хода до измерения шума. Это означает, что возможные оксиды и другой мусор, которые могут появиться на трассе, будут довольно эффективно стираться, что дает относительно незначительные измерения.Значения ниже 0,1 Ом не являются чем-то необычным. Кроме того, измерения следует проводить при комнатной температуре. Если приложение работает при температуре ниже нуля, результат теста СОЭ не имеет значения. Более быстрые движения стеклоочистителя, чем указанные 4 об / мин, также снизят уровень шума. При производственном контроле, безусловно, наблюдаются более высокие скорости, вплоть до 100 об / мин для определенных конструкций. Но рано или поздно получаются такие скорости, при которых дворник начинает подпрыгивать на поворотах.

В заключение: Для взаимных сравнений между типами потенциометров указанная выше спецификация хороша.Однако для получения информации ENR из условий применения могут потребоваться дополнительные измерения.

Гладкость на выходе

Output Smoothness означает максимальное мгновенное изменение выходного напряжения по сравнению с идеальным выходом. Этот параметр применим только к прецизионным потенциометрам без проволочной обмотки. Высокое удельное сопротивление материала гусеницы и геометрия грязесъемника способствуют значительно более высокому контактному сопротивлению (CR), чем сопротивление в проволочных намотках.Если бы мы использовали испытательное оборудование для ENR, показанное на Рисунке R4-18, в CR вырабатывалась бы значительная мощность. Вместо этого используется испытательная схема, показанная на Рисунке R4-19.

Рисунок R4-19. Определение гладкости на выходе согласно MIL-R-39023.

Чтобы избежать градиента выходного напряжения, фильтр блокирует постоянное напряжение. Постоянная времени фильтра выбрана таким образом, чтобы регистрировались только внезапные изменения напряжения при перемещениях вала короче 0,5 °, то есть ≤20 мс при 4 об / мин.Выходное напряжение «e» измеряется по теоретическому электрическому углу, который делится на интервалы в 1%, i. Если, например, теоретический угол равен 300 °, Θi будет 3 °. Ширина интервала помещается над происходящими интересными изменениями напряжения, как показано на рисунке R4-20. Плавность выхода определяется как максимальное изменение выходного напряжения в течение одного интервала. Таким образом, на рисунке R4-20 e i-max = плавность вывода записи.

Рисунок R4-20. Определение гладкости вывода.

R 4.1.10 Сводка ошибок выходного напряжения

Различные типы ошибок выходного напряжения, с которыми мы имели дело, можно разделить на статические (отклонения от идеального выходного отношения) и динамические (ENR, CRV и плавность выхода). Последние накладываются на статические, как показано на следующей схеме.

Рисунок R4-21. Статические и динамические погрешности выходного напряжения.

R 4.1.11 Некоторые механические определения

Следующие ниже формализованные цифры показывают основные методы определения механических свойств.В различных стандартах могут быть указаны отклоняющиеся силы и меры. Военные спецификации США указывают, например, ½ фунта вместо 2 Н, а расстояния указаны в дюймах (25,4 мм). Круг с символом стрелки обозначает циферблатный индикатор для регистрации механического движения. Рисунки предназначены для полного описания. Дальнейшие подробные инструкции можно найти в соответствующем стандарте.

Рисунок R4-22-26.Осевой люфт вала; Закончиться; Конец игры; Боковое биение; Биение направляющего диаметра

Люфт

Если мы повернем вал в одном направлении до тех пор, пока выходное напряжение не достигнет заданного значения, которое мы называем e 1 при угле перемещения Θ = α 1 , и продолжаем движение немного перед тем, как повернуть назад, мы должны пройти α 1 определенным образом, прежде чем мы достигнем e = e 1 . Это произойдет при угле хода Θ = α 2 и зависит от механического люфта в системе стеклоочистителя. Люфт определяется как максимальная разница между α 1 и α 2 и поэтому выражается в градусах. Случай показан на рисунке R4-27 и описывает механический гистерезис.

Рисунок R4-27. Люфт или люфт стеклоочистителя = (α 1 2 ) °.


ABC CLR: Глава R Резисторы

Потенциометры — основные принципы

Лицензионный контент EPCI:

[1] EPCI Эксперты Европейского института пассивных компонентов оригинальные статьи
[2] Руководство по пассивным компонентам CLR от P-O.Фагерхольт *

* используется под авторским правом EPCI от CTI Corporation, США


Содержание этой страницы находится под международной лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0.

Основы цифровых потенциометров

| DigiKey

Механические потенциометры десятилетиями использовались конструкторами в самых разных областях, от подстройки контуров до регулировки громкости. Однако у них есть свои ограничения: их дворники могут изнашиваться, они восприимчивы к попаданию влаги и могут случайно сместиться с установленного положения.Кроме того, по мере того, как мир становится цифровым, разработчикам нужна альтернатива для удовлетворения требований к более точному управлению и высокой надежности, а также гибкости для удаленной настройки значений с помощью прошивки.

Цифровые потенциометры

, часто называемые дигипотами, решают эти проблемы, объединяя цифровую область и мир аналоговых резисторов. Как полностью электронный, совместимый с микроконтроллером компонент, дигипоты позволяют процессору и программному обеспечению управлять, устанавливать и изменять их значение сопротивления или коэффициент делителя напряжения.

Они предлагают особенности и функции, которые не могут обеспечить механические устройства, и являются более прочными и надежными, поскольку у них нет движущегося стеклоочистителя. Их нельзя настроить намеренно или случайно, чтобы избежать необъяснимых изменений производительности. Приложения включают термостабилизацию светодиодов, затемнение светодиодов, регулировку усиления с обратной связью, регулировку громкости звука, калибровку и подстройку моста Уитстона для датчиков, управление источниками тока и настройку программируемых аналоговых фильтров, и это лишь некоторые из них.

Эта статья представляет собой краткое введение в потенциометры и их эволюцию в сторону цифровых устройств. Затем он будет использовать компоненты от Analog Devices, Maxim Integrated, Microchip Technology и Texas Instruments, чтобы объяснить работу цифрового пианино, базовые и расширенные конфигурации и то, как они удовлетворяют требованиям настройки схемы. Он покажет, как их функции, особенности, возможности и опции могут быть использованы для упрощения схем, обеспечения совместимости схем с процессорами и уменьшения или даже устранения необходимости в громоздких, менее надежных механических потенциометрах.

Начните с основ потенциометра

Потенциометр был важным пассивным компонентом схемы с первых дней развития электричества и электроники. Это трехконтактное устройство с доступным резисторным элементом, обеспечивающим функцию делителя напряжения через настраиваемый пользователем дворник на вращающемся валу. Он используется в бесчисленных схемах аналоговых и смешанных сигналов для удовлетворения широкого спектра требований приложений (рисунок 1).

Рисунок 1: Стандартный потенциометр представляет собой настраиваемый пользователем переменный резистор с вращающимся валом.(Источник изображения: etechnog.com)

Сопротивление, наблюдаемое цепью между любым концевым контактом и регулируемым дворником, изменяется от нуля Ом (номинальное) до полного номинального сопротивления провода или пленки, когда стеклоочиститель вращается и скользит по резистивному элементу. Большинство потенциометров имеют диапазон поворота от 270 до 300 градусов с типичным механическим разрешением и повторяемостью около 0,5% и 1% от значения полной шкалы (от одной части из 200 до 100, соответственно).

Обратите внимание, что есть небольшое, но явное и важное различие между потенциометром и его младшим братом, реостатом.Потенциометр — это трехконтактное устройство, действующее как делитель напряжения (рис. 2, слева), а реостат — это двухполюсное регулируемое сопротивление, которое контролирует ток. Потенциометр часто подключается для создания реостата, что можно сделать одним из трех аналогичных способов, оставив концевой вывод неисправленным или подключив непосредственно к дворнику (рис. 2, справа).

Рисунок 2: Потенциометр с концевыми выводами A и B и грязесъемником W (слева) можно легко использовать в качестве реостата с любым из трех способов подключения (справа).(Источник изображения: Analog Devices)

Digipots: потенциометры в форме микросхемы

Полностью электронный цифровой потенциометр имитирует функциональность электромеханического потенциометра, но делает это с использованием ИС без движущихся частей. Он принимает цифровой код в одном из нескольких форматов и устанавливает соответствующее значение сопротивления. Поэтому его иногда называют резистивным цифро-аналоговым преобразователем (RDAC).

В традиционном потенциометре рука (или иногда даже небольшой мотор) устанавливает положение стеклоочистителя и, следовательно, коэффициент делителя напряжения.Однако в цифровом устройстве управление компьютером подключается к ИС цифрового устройства через цифровой интерфейс и устанавливает значение, эквивалентное положению стеклоочистителя (рис. 3).

Рис. 3: Цифровая микросхема Digipot IC заменяет ручную настройку стеклоочистителя потенциометра на электронный переключатель с цифровой настройкой, имитирующий механический стеклоочиститель. (Источник изображения: Circuits101, изменено)

Digipot использует стандартную технологию CMOS IC и не требует специального изготовления или обращения. Размер микросхемы цифрового планшета для поверхностного монтажа, обычно 3 x 3 миллиметра (мм) или меньше, намного меньше, чем потенциометр, регулируемый ручкой, или даже небольшой подстроечный потенциометр (подстроечный резистор), регулируемый отверткой, и с ним обращаются так же, как с любой другой поверхностью. ИС монтажной технологии (SMT) применительно к производству печатных плат.

В принципе, внутренняя топология дигипота состоит из простой последовательной цепочки резисторов с электронными переключателями с цифровой адресацией между стеклоочистителем и этими резисторами. Используя цифровую команду, соответствующий переключатель включается, а другие выключаются, тем самым устанавливая желаемое положение стеклоочистителя. На практике эта топология имеет некоторые недостатки, включая большое количество требуемых резисторов и переключателей, а также больший размер кристалла.

Чтобы свести к минимуму эти проблемы, производители разработали разумные альтернативные схемы резисторов и переключателей, которые уменьшают их количество, но дают тот же эффект.Каждая из этих топологий приводит к небольшим различиям в том, как ранжируется дигипот и его характеристики второго уровня, но большая часть этого прозрачна для пользователя. В оставшейся части этой статьи мы будем использовать термин «потенциометр» для электромеханического устройства, а термин «дигипот» — для полностью электронного.

Digipots предлагается диапазон технических характеристик, характеристики

Как и в случае с любым другим компонентом, при выборе дигипота необходимо учитывать как второстепенные, так и верхние параметры.Основными проблемами являются номинальное значение сопротивления, разрешение и тип цифрового интерфейса, в то время как соображения включают допуски и источники ошибок, диапазон напряжения, полосу пропускания и искажения.

• Требуемое значение сопротивления, часто называемое сквозным сопротивлением, определяется конструктивными особенностями схемы. Поставщики предлагают сопротивления от 5 кОм (кОм) до 100 кОм в последовательности 1/2/5 с некоторыми другими промежуточными значениями. Кроме того, существуют блоки с расширенным диапазоном, которые имеют сопротивление от 1 кОм до 1 мегаом (МОм).

• Разрешение определяет, сколько дискретных настроек шага или касания предлагает дигипот, в диапазоне от 32 до 1024 шагов, чтобы позволить разработчику соответствовать потребностям приложения. Имейте в виду, что даже цифровой цифровой датчик на 256 шагов (8 бит) среднего диапазона имеет более высокое разрешение, чем потенциометр.

• Цифровой интерфейс между микроконтроллером и цифровым устройством доступен в стандартных последовательных форматах SPI и I 2 C вместе с адресными контактами, так что несколько устройств могут быть подключены через одну шину.Микроконтроллер использует простую схему кодирования данных, чтобы указать желаемое значение сопротивления. Цифровой минималистичный цифровой датчик, такой как Texas Instruments TPL0501, 256-отводный цифровой датчик с интерфейсом SPI, хорошо подходит там, где важны рассеиваемая мощность и размер (рисунок 4). Он доступен в компактных корпусах с 8 выводами SOT-23 (1,50 мм × 1,50 мм) и 8 выводами UQFN (1,63 мм × 2,90 мм).

Рис. 4. Базовый цифровой компьютер, такой как TPL0501 от Texas Instruments с интерфейсом SPI, является эффективным компонентом для приложений с ограниченным пространством и мощностью, которым не требуются дополнительные функции.(Источник изображения: Texas Instruments)

Одним из примеров применения является его использование в носимых медицинских устройствах клинического уровня, таких как оксиметры и сенсорные пластыри, где он сочетается с операционным усилителем OPA320 компании TI (рис. 5). Комбинация создает делитель напряжения для управления усилением усилителя, который обеспечивает выходной сигнал цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Возникает очевидный вопрос: почему бы просто не использовать стандартный полный ЦАП? Причина здесь в том, что для этого клинического применения требуется прецизионный аналоговый выход Rail-to-Rail с высоким коэффициентом подавления синфазного сигнала (CMRR) и низким уровнем шума, для которого OPA320 определен на уровне 114 децибел (дБ) и 7 нановольт на корень герц (нВ / √Гц) на частоте 10 килогерц (кГц) соответственно.

Рис. 5. Цифровой компьютер может быть соединен с прецизионным операционным усилителем, таким как OPA320 компании TI, для создания ЦАП с превосходными характеристиками выходного операционного усилителя. (Источник изображения: Texas Instruments)

Кроме того, существуют варианты интерфейса цифровых устройств, упрощающие их использование в таких приложениях, как управляемые пользователем регуляторы громкости. Два других варианта — это кнопка и интерфейс вверх / вниз (U / D). В кнопочном интерфейсе пользователь нажимает одну из двух доступных кнопок: одну для увеличения значения сопротивления, а вторую — для его уменьшения.Обратите внимание, что в этом действии не участвует процессор (рисунок 6).

Рис. 6: Интерфейс кнопок позволяет безпроцессорному соединению между двумя кнопками, управляемыми пользователем, что приводит к прямому увеличению / уменьшению настройки цифрового сигнала. (Источник изображения: Analog Devices)

Интерфейс U / D может быть реализован с минимальными затратами на программное обеспечение и запускается с помощью простого поворотного энкодера или кнопки, подключенной к процессору, и реализуется с помощью цифрового устройства, такого как MCP4011 от Microchip Technology, базового 64-шагового (6-битного) устройства, которое доступен со значениями сопротивления 2.1 кВт, 5 кВт, 10 кВт и 50 кВт (рисунок 7).

Рис. 7. Цифровой процессор, такой как MCP4011 от Microchip Technology, с линией управления U / D с периферийным управлением и выбором микросхемы требует минимальных ресурсов ввода-вывода и программного обеспечения от микроконтроллера хоста. (Источник изображения: Microchip Technology, модифицированный)

Он использует одиночный запуск по фронту высокого или низкого уровня, а также выбор микросхемы для увеличения или уменьшения приращения сопротивления (рисунок 8). Это позволяет легко реализовать ручку, которая выглядит и ощущается как традиционный регулятор громкости, без проблем, связанных с потенциометрами, но с преимуществами цифровых устройств.

Рисунок 8: Интерфейс U / D цифрового устройства поддерживает увеличение и уменьшение значения сопротивления по фронту с помощью триггера от энкодера с низким разрешением. (Источник изображения: Microchip Technology)

Допуск для цифровых устройств может быть проблемой, поскольку он обычно составляет от ± 10 до ± 20% от номинального значения, что приемлемо во многих логометрических или замкнутых схемах. Тем не менее, это может быть критическим параметром, если дигипот согласовывается с внешним дискретным резистором или датчиком в приложении с разомкнутым контуром.По этой причине существуют стандартные дигипоты с гораздо более жестким допуском, составляющим всего ± 1%. Конечно, как и во всех ИС, температурный коэффициент сопротивления и связанный с ним температурный дрейф также могут иметь значение. Поставщики указывают это число в своих таблицах, чтобы разработчики могли оценить его влияние с помощью схемных моделей, таких как Spice. Доступны и другие варианты с жесткими допусками, которые обсуждаются ниже.

Хотя это не проблема в статических приложениях, таких как калибровка или установка точки смещения, полоса пропускания и искажения являются проблемами в аудио и связанных приложениях.Путь сопротивления определенного кода в сочетании с паразитными параметрами переключателя, емкостями выводов и платы создает резистивно-конденсаторный (RC) фильтр нижних частот. Более низкие значения сквозного резистора дают более широкую полосу пропускания с полосой пропускания примерно до 5 мегагерц (МГц) для цифрового устройства с сопротивлением 1 кОм и до 5 кГц для устройства с сопротивлением 1 МОм.

Напротив, полное гармоническое искажение (THD) в значительной степени связано с нелинейностью сопротивлений при разных уровнях подаваемого сигнала. Цифровые устройства с более высоким сквозным сопротивлением уменьшают вклад внутреннего сопротивления переключателя по сравнению с общим сопротивлением, что приводит к более низким THD.Таким образом, соотношение пропускной способности и THD — это компромисс, который дизайнеры должны расставить по приоритетам и взвесить при выборе номинального цифрового значения. Типичные значения находятся в диапазоне от -93 дБ для цифровых устройств на 20 кОм до -105 дБ для устройств на 100 кОм.

Двойные, четырехугольные и линейные варианты в сравнении с логарифмическими вариантами цифровых цифр

В дополнение к их управляемости «без помощи рук», дигипоты предлагают дополнительную простоту, легкость конструкции и гораздо более низкую стоимость, чем потенциометры. Среди других их возможностей:

• Двойные дигипоты полезны, когда два сопротивления должны регулироваться независимо, но особенно полезны, когда они должны иметь одинаковое значение.Хотя можно использовать две отдельные ИС цифровых устройств, двойное устройство добавляет преимущество отслеживания значений сопротивления, несмотря на допуски и дрейф; также доступны квадроциклы.

• Сравнение линейных и логарифмических (логарифмических) параметров: в то время как приложениям подстройки и калибровки обычно требуется линейная зависимость между цифровым кодом и результирующим сопротивлением, многие аудиоприложения выигрывают от логарифмической зависимости, чтобы лучше соответствовать масштабированию децибел, необходимому в ситуациях со звуком.

Чтобы удовлетворить эту потребность, разработчики могут использовать логарифмические дигипоты, такие как DS1881E-050 + от Maxim Integrated Products.Это двухканальное устройство работает от одного источника питания 5 В, имеет сквозное сопротивление 45 кОм и имеет интерфейс I 2 C с адресными контактами, что позволяет подключать к шине до восьми устройств. Значение сопротивления каждого из двух каналов может быть установлено независимо, и он имеет несколько настраиваемых пользователем параметров конфигурации; базовая конфигурация имеет 63 шага с ослаблением на 1 дБ на шаг, от 0 дБ до -62 дБ, плюс отключение звука (рисунок 9).

Рис. 9. Двухканальный цифровой дигипот Maxim DS1881E-050 + разработан для трактов аудиосигнала и обеспечивает настройку усиления 1 дБ / шаг в диапазоне 63 дБ.(Источник изображения: Maxim Integrated Products)

DS1881E-050 + разработан для минимизации перекрестных помех, и два канала обеспечивают межканальное согласование на 0,5 дБ, чтобы минимизировать разницу в громкости между ними. Устройство также реализует переключение через резистор перехода через нуль для предотвращения слышимых щелчков и включает энергонезависимую память; общая полезность которого обсуждается ниже.

Также следует учитывать максимальное напряжение, с которым может работать дигипот. Доступны низковольтные дигипоты для работы с шинами до +2.5 вольт (или ± 2,5 вольт при биполярном питании), в то время как устройства с более высоким напряжением, такие как Microchip Technology MCP41HV31 — 50 кОм, 128 отводов, интерфейсное устройство SPI — могут работать с шинами до 36 вольт (± 18 вольт).

Энергонезависимая память помогает при сбросе питания

Базовые цифровые датчики

обладают многими достоинствами, но имеют один неизбежный недостаток по сравнению с потенциометрами: они теряют свои настройки после отключения питания, а их положение сброса при включении питания (POR) устанавливается их конструкцией, обычно на среднем уровне.К сожалению, для многих приложений такая настройка POR неприемлема. Рассмотрим настройку калибровки: после того, как она установлена, ее следует сохранить до преднамеренной настройки, несмотря на отключение сетевого питания или замену батареи; кроме того, во многих приложениях «правильная» настройка была той, которая использовалась последней при отключении питания.

Таким образом, одной из оставшихся причин остаться с потенциометрами было то, что они не теряют свои настройки при сбросе питания, но дигипоты устранили этот недостаток.Изначально распространенной практикой проектирования было, чтобы системный процессор считывал настройку цифрового накопителя во время работы, а затем перезагружал ее при включении питания. Однако это приводило к сбоям при включении питания и часто было неприемлемым для целостности и производительности системы.

Чтобы решить эту проблему, производители добавили в дигипоты технологию энергонезависимой памяти (NVM) на основе EEPROM. С помощью NVM дигипоты могут сохранять свое последнее запрограммированное положение дворников при отключении питания, в то время как одноразовые программируемые версии (OTP) позволяют разработчику установить положение сброса дворников при включении питания (POR) на предварительно определенное значение. .

NVM позволяет другие улучшения. Например, в памяти EEPROM Analog Devices AD5141BCPZ10 хранится ошибка допуска резистора (рисунок 10). Устройство представляет собой одноканальный, 128/256 позиций, перезаписываемый энергонезависимый цифровой потенциометр, который поддерживает интерфейсы I 2 C и SPI. Используя сохраненные значения допуска, разработчики могут рассчитать фактическое сквозное сопротивление с точностью до 0,01%, чтобы определить соотношение сегментов «верхнего грязесъемника» и «нижнего стеклоочистителя».Эта точность в сто раз лучше, чем точность в 1% цифровых дигипотов с еще более высокой точностью без NVM.

Рис. 10. Цифровой цифровой модуль AD5141BCPZ10 от Analog Devices включает в себя энергонезависимую память с возможностью перезаписи (EEPROM), которая может использоваться для хранения требуемых настроек сброса при включении питания, а также калибровочных коэффициентов для собственной матрицы резисторов. (Источник изображения: Analog Devices)

Этот режим линейной настройки усиления позволяет независимо программировать сопротивление между выводами цифрового потенциометра через цепные резисторы R AW и R WB , обеспечивая высокоточное согласование резисторов (рисунок 11).Такая точность часто требуется для топологий инвертирующих усилителей, например, когда коэффициент усиления определяется соотношением двух резисторов.

Рисунок 11: NVM в цифровом блоке также можно использовать для хранения откалиброванных сопротивлений выше и ниже стеклоочистителя для схем, которые используют точные отношения сопротивлений для установки усиления усилителя. (Источник изображения: Analog Devices)

Будьте внимательны к особенностям цифровых устройств

Хотя дигипоты широко используются для замены потенциометров, где традиционные устройства менее желательны или непрактичны, они имеют некоторые характеристики, которые необходимо учитывать разработчикам.Например, металлический скребок потенциометра контактирует с резистивным элементом с почти нулевым контактным сопротивлением и обычно имеет незначительный температурный коэффициент. Однако в случае дигипота стеклоочиститель представляет собой КМОП-элемент со скромным, но все же значимым сопротивлением порядка десятков Ом на 1 кОм. Если ток 1 миллиампер (мА) проходит через дворник с сопротивлением 1 кОм, результирующее падение напряжения на стеклоочистителе на 1 В может ограничить динамический диапазон выходного сигнала.

Кроме того, это сопротивление стеклоочистителя является функцией как приложенного напряжения, так и температуры, поэтому оно вносит нелинейность и, следовательно, искажение сигналов переменного тока в путь прохождения сигнала.Типичный температурный коэффициент стеклоочистителя около 300 частей на миллион на градус Цельсия (ppm / ⁰C) может быть значительным и должен быть учтен в бюджете ошибок для высокоточных конструкций. Также предлагаются модели Digipot с гораздо меньшим коэффициентом.

Заключение

Digipot — это цифровая ИС, которая заменяет классический электромеханический потенциометр во многих системных архитектурах и схемах. Он не только уменьшает размер продукта и вероятность ошибок из-за случайного перемещения, но также добавляет совместимость с процессорами и, следовательно, с программным обеспечением, предлагая большую точность и более высокое разрешение (при необходимости), а также другие полезные функции.

Как показано, дигипоты доступны в широком диапазоне номинальных значений сопротивления, размеров шага и точности, в то время как добавление энергонезависимой памяти расширяет их возможности и преодолевает важный барьер для их использования во многих приложениях.

Дополнительная литература

  1. ИС решают проблему уменьшения силы света светодиодных ламп в схемах с триакомным управлением

Отказ от ответственности: мнения, убеждения и точки зрения, выраженные различными авторами и / или участниками форума на этом веб-сайте, не обязательно отражают мнения, убеждения и точки зрения Digi-Key Electronics или официальную политику Digi-Key Electronics.

Технический справочник

1. Введение

Быстрое развитие техники управления, микропроцессоров и полупроводников привело к широкому использованию систем с электронным управлением во всех отраслях промышленности. Это создало потребность в датчиках, которые являются недорогими, но в то же время достаточно прочными как электрически, так и механически, чтобы выдерживать температуры в широком диапазоне от -40 до +160 градусов по Цельсию, особенно в приложениях, требующих больших количеств.1 представлен обзор различных типов датчиков углового и линейного движения, которые используются сегодня.

В данной статье рассматриваются критерии качества (1) и (2), применимые к потенциометрам из проводящего пластика для использования в качестве датчиков углового и линейного движения. Такие потенциометры в основном состоят из следующих компонентов:

1. Элемент сопротивления (материал основы + контактная дорожка из токопроводящей пластмассы) 2. Грязесъемник (сплав благородных металлов) 3. Приводной вал или приводной стержень 4.Подшипники (шарикоподшипник или подшипник скольжения) 5. Корпус

| Начало страницы |


Рис.1

2. Терминология / термины и определения

Когда мы называем потенциометр датчиком, важно помнить, что приведенные здесь утверждения применимы только в том случае, если потенциометр подключен как делитель напряжения, а не как переменный резистор (реостат) (рис.2). Напряжение стеклоочистителя должно быть подключено без нагрузки к операционному усилителю, например, 741, OP 07 или другому компоненту с высоким входным сопротивлением.

На рис. 3 поясняются используемые термины, такие как электрическое и механическое перемещение. L1 указывает установленный электрический ход. L2 обозначает непрерывный ход, который также включает в себя нелинейные соединительные поля (рис. 4). L3 обозначает полный ход электрического контакта потенциометра. L4 указывает на механический ход. Нет необходимости определять электрический потенциал на протяжении всего пути.

| Начало страницы |


Рис.2

Рис.3

Рис.4

3. Линейность

Из всех упомянутых качественных характеристик линейность и соответствие наиболее часто определяются в существующей литературе (2). Эти термины выражают степень, в которой выходное напряжение потенциометра, а также других типов датчиков углового линейного перемещения отличается от заданной теоретической функции.В подавляющем большинстве случаев желаемая выходная функция прямо пропорциональна входному углу или линейному перемещению.

Формула: Рис. 5.

При этом m характеризует градиент, напряжение смещения потенциометра и линейный или угловой ход.

| Начало страницы |


Фиг.5

3.1 Независимая линейность

Если напряжение Uo подается на потенциометр с линейной характеристикой, как на рис. 5, и стеклоочиститель перемещается в направлении a (стандартизованное перемещение, угол 0: 1), то соотношение, показанное на рис. 6, будет существовать между выходным напряжением. и механически введенное значение. Максимальное отклонение кривой потенциометра от идеальной прямой линии называется независимой погрешностью линейности.

Наклон и пересечение оси этой прямой могут быть выбраны таким образом, чтобы ошибка f в пределах хода L1 была минимальной.Ошибка +/- f указывается как процентное отклонение выходного напряжения от теоретического по отношению к входному напряжению. Поскольку прямое измерение характеристики потенциометра не позволяет оценить степень такой ошибки, только разница между характеристикой потенциометра и характеристикой практически совершенного ведущего потенциометра отображается, как в практическом примере, приведенном на рис. 7. Сегодня типичные значения независимой линейности лежат между 0.2% и 0,02%.

| Начало страницы |


Фиг.6


Фиг.7

3,2 Абсолютная линейность

С постоянно растущей автоматизацией сборочных линий пользователи обнаруживают, что значения абсолютной линейности неуклонно приобретают все большее значение. В отличие от независимой линейности, для абсолютной линейности контрольный наклон полностью определен (рис.8), так что нет необходимости в последующей подстройке системы. Определение индексной точки устанавливает взаимосвязь между механическим входным значением (ход или угол) и выходным напряжением. Потенциометры, линейность которых определяется этими критериями, могут быть установлены без необходимости последующей регулировки. Как и в случае с независимой линейностью,

лучше всего определять абсолютную линейность потенциометра, сравнивая его выходной сигнал с выходным сигналом ведущего потенциометра. При абсолютной линейности часто требуется ступенчатое изменение полей допуска.На рис. 9 показан практический пример.

| Начало страницы |


Фиг.8

Фиг.9

3.3 Абсолютное соответствие

Как уже указывалось в пункте 3, соответствие является более общим понятием, чем линейность. Определение абсолютного соответствия аналогично определению абсолютной линейности. Важно определить точку индекса.Функциональная связь может быть определена математически или путем построения ряда точек для построения кривой с помощью подходящей интерполяции. С помощью потенциометра также можно достичь постоянно увеличивающихся или постоянно уменьшающихся функций, таких как логарифмические, экспоненциальные, синусоидальные или косинусные функции.

| Начало страницы |

4. Контактное сопротивление

Контактное сопротивление — это сопротивление между клеммой стеклоочистителя и непосредственной точкой контакта дворника на резистивной дорожке потенциометра.Как будет объяснено ниже, это контактное сопротивление влияет на все важные качественные характеристики потенциометра. Контактное или переходное сопротивление можно разбить на три составляющих. Первая составляющая описывает интегральное падение напряжения между токоведущей дорожкой и контактной поверхностью. Этот компонент во многом зависит от технологических факторов и составляет несколько сотен Ом.

Второй компонент, внешний компонент, намного сложнее освоить, чем первый.Это внешнее переходное сопротивление имеет много общего с контактными сопротивлениями, возникающими в переключателях и штепсельных разъемах. Это вызвано тем, что переход между дворником и дорожкой потенциометра не идеален с электрической точки зрения. Оксиды, хлориды и сульфиды металлов, смешанные с различными органическими веществами, могут привести к образованию тонких непроводящих покрытий на границе раздела. Если это внешнее переходное сопротивление не укладывается в установленные рамки, при неблагоприятных условиях оно может привести к полному отказу от соблюдения допустимых значений.Совершенно необходимо, чтобы материалы, используемые при изготовлении потенциометров, подвергались строгому контролю качества и соответствовали друг другу.

Третий компонент, динамический компонент, связан с динамическими движущими силами, действующими на стеклоочиститель при высоких скоростях срабатывания. С помощью демпфированных дворников скорость срабатывания до 10 м / сек может быть достигнута без какого-либо заметного увеличения динамической составляющей контактного сопротивления.

| Начало страницы |

5.Ошибки линейности из-за электрических схем

С этого момента нас интересуют только линейные характеристики (линейность). Отношения должны быть соответствующим образом адаптированы для приложений с нелинейными характеристиками (соответствие), но существенных различий нет. Как уже упоминалось в разделе 2, требуемые значения линейности могут использоваться только до тех пор, пока выходной сигнал потенциометра датчика не проходит через ток.

Теперь рассмотрим влияние тока стеклоочистителя на линейность.На рис. 10а показана функциональная взаимосвязь между током стеклоочистителя, контактным сопротивлением и погрешностью линейности. Как показано в примере на рис. 10b (характеристика 4), при токе стеклоочистителя 10 мкА и контактном сопротивлении 10 кОм потенциометр с сопротивлением 2 кОм уже имеет погрешность линейности 1,1%. Аналогичная ситуация возникает с омической нагрузкой. Это ясно показывает важность роли, которую играют ток стеклоочистителя и контактное сопротивление.

| Начало страницы |


Фиг.10а


Рис. 10b

6. Погрешности линейности из-за механического соединения

Если имеется осевое смещение (эксцентриситет) между приводным валом и валом потенциометра, используемого для определения углового движения, это вызовет погрешность линейности, которая увеличивается по мере уменьшения радиуса муфты по отношению к степени эксцентриситета. Следующее уравнение определяет максимальную относительную погрешность:

F макс = Eπ¹ ¥ rk

, где E = эксцентриситет, а
rk = радиус муфты.

Полностью использовать преимущества линейности или соответствия потенциометров, как и любой системы датчиков вращения, можно только в том случае, если ошибки центровки муфты (смещение и угловое смещение) исключены или, по крайней мере, сведены к минимуму. Это означает, что при использовании высокоточных измерительных систем необходимо делать поправку на любую несоосность муфты в соответствии с приведенным выше уравнением.

| Начало страницы |

7.Определение гладкости

Когда около 30 лет назад были впервые представлены потенциометры из проводящего пластика, было очевидно, что, хотя скачки обмотки, которые были характерны для потенциометров с проволочной обмоткой, были преодолены, абсолютная плавность выходного напряжения не могла быть достигнута. После фундаментальных исследований Wormser (4, 5, 6) термин «гладкость» был включен в стандарт, выпущенный Институтом переменных резистивных компонентов (VRCI). Хотя это определение было адекватным в то время, оно не могло служить системным определением для многих приложений.Это связано с тем, что теперь возможно производить потенциометры с значительно лучшими значениями плавности и линейности. По этой причине компания Novotechnik в течение последних 15 лет стремилась разработать определения, более подходящие для современного состояния дел.

Различные используемые методы обсуждаются и оцениваются ниже.

| Начало страницы |

7,1 Гладкость

Плавность — это мера отклонений от идеальной регулярности, которые появляются в выходном напряжении потенциометра.Эта неравномерность измеряется на заданном шаге хода, например 1%, и выражается в процентах от приложенного напряжения. Для измерения плавности определение VRCI требует использования полосового фильтра в качестве средства подавления любой ошибки линейности и для работы потенциометра с сопротивлением нагрузки (например, 100 * Rp). Этот метод имеет определенные недостатки:

a) Использование фильтра приводит к тому, что как абсолютная скорость стеклоочистителя, так и любые изменения этой скорости влияют на значения плавности.Поскольку фильтр частично интегрирует и частично дифференцирует, кривая гладкости, записанная на диаграмме, неточно показывает изменения в выходном сигнале.

b) Нагрузка, приложенная к потенциометру, также вносит свой вклад в ошибку, вызывая изменение контактного сопротивления, которое является наибольшим для стеклоочистителя на стороне приложения напряжения и наименьшим на заземленном конце дорожки потенциометра.

c) Использование окна оценки 1% недостаточно точно для многих современных приложений.

d) Иногда произвольный выбор типа фильтра, сопротивления нагрузки и шага перемещения приводит к несопоставимости значений плавности напрямую.

| Начало страницы |

7.2 Микролинейность

В 1978 году компания Novotechnik ввела термин «микролинейность», который определяется как максимальное изменение линейности в пределах хода или углового приращения, которое составляет — как при измерении плавности — до 1% электрического диапазона, если не указано иное.Микролинейность указывается в процентах от приложенного абсолютного напряжения. На рис. 11 показана характеристика, полученная для потенциометра с погрешностью микролинейности. Это было оценено системой, поддерживаемой компьютером, при выполнении измерений линейности. Приращения хода накладываются на кривую линейности и имеют перекрытие не менее 50%. В отличие от измерения гладкости, здесь ошибка является чисто линейной ошибкой, которая описывает максимальную ошибку в пределах определенного приращения.Однако микролинейность не позволяет определить, подходит ли потенциометр для конкретного применения, потому что изменения градиента (чувствительности) могут быть определены только со значительными трудностями.

| Начало страницы |


Фиг.11

7.3 Относительное отклонение градиента (RGV)

Если в высокочувствительной системе управления усиление должно быть устроено так, чтобы цепь управления была стабильной при среднем наклоне (градиенте) датчика.Важно знать о любых изменениях этого наклона (Рис. 12a, Рис. 12b). Если в какой-то момент градиент будет заметно круче, чем средний градиент, в этом положении будет более высокий коэффициент усиления замкнутого контура, и это может привести к колебаниям обратной связи. Если, с другой стороны, градиент в какой-то момент будет менее крутым, чем средний градиент, то повторяемость будет снижена и точность управления будет меньше

Отношение вариации местного градиента (gl) к среднему градиенту (go) потенциометра, то этот критерий не зависит от длины потенциометра и может использоваться для прямого сравнения различных потенциометров.


(рис.13)

RGV указывается как отклонение +/- в процентах от L (стандартизованный средний градиент).


Фиг.13


| Начало страницы |


Рис. 12a


Рис. 12b

7.4 Интерпретация RGV

Измерения показали, что у потенциометров из проводящего пластика градиентные колебания статистически распределяются по шагам перемещения менее 1 мкм, т.е.е. нет периодичности или закономерности. На рис. 14а показана кривая RGV, а на рис. 14b — значения RGV с шириной шага 0,1, 0,2 и 0,3 °. Форма этих распределений более или менее соответствует нормальному распределению, ожидаемому с учетом принципа центрального предельного значения. Среднее значение распределения составляет около 1 (средний градиент), дисперсия (STDEV) уменьшается по мере увеличения ширины шага. Поскольку каждое отдельное значение RGV представляет собой среднее значение, следует ожидать, что дисперсия таких средних значений будет уменьшаться с помощью корневой функции пропорционально увеличению размера шага, поскольку каждое такое увеличение составляет увеличение размера случайный пример.
(относится к STDEV)

На рис. 15 это отклонение изображено как функция ширины шага. Таким образом, отклонение RGV можно рассматривать как характерную черту качества потенциометра. Функциональная взаимосвязь также служит для указания максимального разрешения потенциометра, которое не бесконечно, как предполагают многие производители потенциометров. Максимальные значения RGV также показаны на рис. 15. Эта кривая, как и кривая минимального значения, конечно, не подчиняется статистическим законам, а возникает из-за включения дефектных положений и неисправностей в систему? Потенциометр? в целом.Эти значения являются жизненно важными критериями для оценки ожидаемой стабильности и повторяемости системы управления.


Фиг.15


| Начало страницы |


Фиг. 14a


Рис. 14b

8. Разрешение, гистерезис, повторяемость и воспроизводимость

8.1 Разрешение

При измерении значений RGV потенциометров до размера синхронизатора 20 из серийного производства с шириной шага 0,1¡ получаются значения RGV ± 10%. Если мы укажем значение RGV ± 100% в качестве предела разрешения, из уравнения в 7.4 мы получим с 10% разрешение 1/1000. Степень разрешения в первую очередь определяется однородностью и гранулометрическим составом в проводящем пластическом слое, при этом контактная поверхность грязесъемника проходит параллельно эквипотенциальным линиям (рис.16а и 16б) и током стеклоочистителя.


Рис. 16b


| Начало страницы |


Рис. 16a

8,2 Гистерезис

Значение гистерезиса определяет разность сигналов, возникающую при приближении к заданной позиции с одной стороны, перемещении точки и приближении к той же позиции с другой стороны.На гистерезис в основном влияют механические факторы, такие как подшипники, жесткость системы стеклоочистителя и коэффициент трения между проводящим слоем и грязесъемником. По этой причине необходимо следить за тем, чтобы механическое соединение было беззазорным и жестким. Это может быть достигнуто, например, с помощью подпружиненного конического пальца или рычага. На рис. 18 показан зарегистрированный гистерезис стандартного потенциометра Novotechnik. Измерения проводились при трехкратном вращении по часовой стрелке и против часовой стрелки.В то время как кривые, записанные в одном направлении, почти совпадают (что свидетельствует о хорошем разрешении), в противоположном направлении они указывают на гистерезис около четырех тысячных долей градуса. Тот факт, что кривые в одном направлении почти совпадают и что имеется постоянный гистерезис в противоположном направлении, указывает на стабильное смещение линии контакта стеклоочистителя, что означает отсутствие эффекта прерывистого скольжения.

| Начало страницы |


Фиг.18

8.3 Повторяемость

Этот термин обычно заменяется на воспроизводимость. Под повторяемостью мы понимаем любое дополнительное движение захода на посадку в заданном положении с одного и того же направления.
| Начало страницы |

8,4 Воспроизводимость

Этот термин используется для обозначения любого факультативного захода на посадку в направлении предписанной позиции с различных направлений.Он представляет собой сумму 2-кратного разрешения + гистерезис.

| Начало страницы |

9 . Коэффициенты температуры и влажности

Во многих технических паспортах, выпущенных производителями потенциометров, делается ссылка на температурный коэффициент (Tk) и коэффициент влажности (Fk) номинального сопротивления. Если в качестве делителей напряжения используются потенциометры (рис.2) эти значения не имеют значения. В этом приложении значения Tk и Fk, применимые к поведению делителя напряжения, имеют значение. Часто бывает, что влажность не поддерживается постоянной при проведении измерений Tk, в результате чего смесь Tk и Fk часто задается как температурный коэффициент. Детальные измерения, проведенные Novotechnik, показали, что Tk и Fk номинального сопротивления в потенциометрах из токопроводящего пластика (без корпуса) имеют порядок величины — менее 200 ppm / ¡C и 500 ppm /%. RH соответственно.Характеристики делителя напряжения Tk и Fk примерно на два порядка ниже. Это означает, что можно ожидать изменений в диапазоне менее 5 ppm / ¡C и 5 ppm /% относительной влажности, обеспечивая постоянство в широком диапазоне температуры и влажности. Однако это преимущество может быть использовано только при наличии подходящего по конструкции корпуса и, например, если в цепи потенциометра не используются подстроечные сопротивления.

| Начало страницы |

10.Срок службы

Величина контактного сопротивления и износа, которому подвергается контактная дорожка, и связанное с этим изменение электрических характеристик определяют количество операций, которым может подвергаться потенциометр, и, следовательно, его срок службы. Хотя это имеет большое значение для промышленного применения, до сих пор не выпущено ни одного стандарта, который бы определял срок службы или конкретный метод тестирования. Конечно, наиболее сложно указать значение износа или увеличения контактного сопротивления для данного количества циклов срабатывания, поскольку на эти значения заметно влияют такие внешние факторы, как температура и влажность, а также механические и химические воздействия.Такие значения необходимо устанавливать для каждого конкретного приложения. В меньшей степени это относится к методам тестирования, и здесь установление стандартного метода облегчило бы сравнение срока службы различных потенциометров. Если заказчик не укажет другую процедуру, Novotechnik теперь использует два метода тестирования. Первый — это практический тест, в котором моделируются чрезвычайно малые движения стеклоочистителя, которые часто происходят в системах управления с обратной связью. Типичные значения: Ход стеклоочистителя ± 2¡ Испытательная частота 100 Гц.Этот тест на дизеринг обеспечивает относительно быстрый результат, демонстрирующий надежность контакта и любое изменение градиента в микродиапазоне, поскольку при такой высокой частоте можно выполнять около 8,6 миллионов циклов ежедневно.

Второй тест, тест на половину хода, дает информацию об изменениях линейности, смещении нулевой точки и износе стеклоочистителя. Этот тест проводится с частотой 10 Гц (0,86 миллиона циклов в день) на 50% длины дорожки. Как показано на рис. 19, это приводит к максимальному изменению линейности.Критерием отказа здесь может быть увеличение линейности в два раза по отношению к новому состоянию и максимальное значение контактного сопротивления.

| Начало страницы |


Фиг.19

Патент США на патент потенциометра с несколькими разрешениями (Патент № 9,741,478, выдан 22 августа 2017 г.)

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ

Это частичное продолжение U.Заявка на патент S. Сер. № 14 / 483,255, озаглавленный «ПОТЕНЦИОМЕТР ДВОЙНОГО РАЗРЕШЕНИЯ», поданный 11 сентября 2014 г., который включен в настоящий документ посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

1. Область изобретения

Настоящее изобретение относится к потенциометру и, более конкретно, к потенциометру с множеством разрешений.

2. Описание предшествующего уровня техники

Резистор — это пассивный электрический компонент, который демонстрирует электрическое сопротивление как элемент схемы.Резисторы пропускают ток, пропорциональный приложенному к ним напряжению. Резисторы могут иметь фиксированное или переменное сопротивление, например, те, что используются в термисторах, варисторах, подстроечных резисторах, фоторезисторах, гумисторах, пьезорезисторах и потенциометрах.

Потенциометры — обычные устройства, используемые в промышленности, часто неофициально называемые «горшком», и представляют собой трехконтактный резистор со скользящим контактом, который образует регулируемый делитель напряжения. Если используются только два вывода потенциометра, один конец и стеклоочиститель, он действует как переменный резистор или реостат.

Потенциометры обычно используются для управления элементами электрической цепи, что позволяет использовать их для таких целей, как регулировка громкости на звуковом оборудовании. Потенциометры, приводимые в действие механизмом, могут использоваться в качестве датчиков положения, например, в джойстике. Потенциометры обычно используются для непосредственного управления небольшими количествами мощности.

Потенциометры включают резистивный элемент, скользящий контакт, также называемый стеклоочистителем, который перемещается вдоль элемента, обеспечивая хороший электрический контакт с частью резистивного элемента, электрические клеммы на каждом конце элемента, механизм, который перемещает стеклоочиститель из один конец к другому, и корпус, содержащий резистивный элемент и стеклоочиститель.

Некоторые потенциометры сконструированы с резистивным элементом, образованным в виде дуги окружности, обычно немного меньше полного оборота, и стеклоочиститель скользит по этому элементу при вращении, обеспечивая электрический контакт. Резистивный элемент с выводами на каждом конце может быть плоским или угловым. Стеклоочиститель подключается к третьей клемме, обычно между двумя другими. Для однооборотных потенциометров стеклоочиститель обычно проходит менее одного оборота при прохождении через резистивный элемент.

Другой тип потенциометра — потенциометр с линейным ползунком, который имеет скребок, который скользит вдоль линейного элемента, а не вращается.Преимущество ползункового потенциометра состоит в том, что положение ползунка дает визуальную индикацию его настройки.

Резистивный элемент потенциометров может быть изготовлен из графита, резистивной проволоки, частиц углерода в пластике и смеси керамики и металла в виде толстой пленки. В потенциометрах с токопроводящей дорожкой используются пасты для резисторов из токопроводящих полимеров, которые содержат износостойкие смолы и полимеры, а также смазку в дополнение к углю, который обеспечивает токопроводящие свойства.

Потенциометры часто используются в составе оборудования и предназначены для регулировки для калибровки оборудования во время производства или ремонта и не регулируются каким-либо иным образом.Обычно они физически намного меньше, чем доступные для пользователя потенциометры, и, возможно, для управления ими потребуется отвертка, а не ручка. Их обычно называют «предустановленными потенциометрами» или «подстроечными горшками». Доступ к некоторым предустановкам можно получить с помощью небольшой отвертки, проталкиваемой через отверстие в корпусе, что позволяет проводить обслуживание без демонтажа.

Многооборотные потенциометры также управляются вращением вала, но на несколько оборотов, а не менее чем на полный оборот. Некоторые многооборотные потенциометры имеют линейный резистивный элемент со скользящим контактом, перемещаемый ходовым винтом; другие имеют спиральный резистивный элемент и грязесъемник, который совершает 10, 20 или более полных оборотов, перемещаясь по спирали при ее вращении.Многооборотные потенциометры часто позволяют более тонкую регулировку относительно вращения поворотного потенциометра.

Некоторые потенциометры имеют двойное разрешение с механизмом, который переключается между разрешениями некоторым действием оператора. Например, у некоторых потенциометров есть регулировка сопротивления хода путем поворота ручки, а затем, потянув ручку в фиксированное положение, регулировка сопротивления продолжается с более высокой скоростью. При возврате ручки в исходное положение разрешение возвращается в исходное положение.Этот тип механизма дорог, занимает много места и может выйти из строя.

В данной области техники требуется простой в эксплуатации и недорогой в изготовлении потенциометр с несколькими уровнями разрешения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение обеспечивает потенциометр с двойным разрешением, который изменяет разрешение при перемещении в обратном направлении.

Изобретение в одной форме направлено на электрическую сборку, включающую в себя проводниковую систему и потенциометр с различным разрешением, электрически соединенный с проводящей системой.Потенциометр с несколькими разрешениями включает в себя первый резистивный элемент, имеющий первый механизм регулировки и первый стеклоочиститель, и второй резистивный элемент, имеющий второй механизм регулировки и второй стеклоочиститель. Первый механизм регулировки гистерезис соединен со вторым механизмом регулировки. Сеть резисторов обеспечивает электрический выход для потенциометра и электрически связывает первый стеклоочиститель со вторым стеклоочистителем.

Изобретение в другой форме направлено на потенциометр с различным разрешением, включающий в себя первый резистивный элемент, имеющий первый механизм регулировки и первый стеклоочиститель; и второй резистивный элемент, имеющий второй механизм регулировки и второй дворник.Первый механизм регулировки гистерезис соединен со вторым механизмом регулировки. Сеть резисторов обеспечивает электрический выход для потенциометра и электрически связывает первый стеклоочиститель со вторым стеклоочистителем.

Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что потенциометр регулируется до трех значений в зависимости от направления регулировки.

Еще одно преимущество настоящего изобретения состоит в том, что переключение на более высокое разрешение не требует каких-либо действий, кроме действия настройки, выполняемого с более высоким разрешением.

Еще одно преимущество настоящего изобретения состоит в том, что потенциометр, естественно, допускает более точную настройку после выхода за пределы выходного значения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Вышеупомянутые и другие особенности и преимущества этого изобретения, а также способ их достижения станут более очевидными, и изобретение будет лучше понято при обращении к нижеследующему описанию вариантов осуществления изобретение в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

ФИГ.1 — схематическая диаграмма потенциометра известного уровня техники;

РИС. 2 схематично изображает схему известного уровня техники, работающую в качестве потенциометра;

РИС. 3 — вид в перспективе с пространственным разделением деталей, который иллюстрирует применение варианта осуществления настоящего изобретения в форме электрического узла с ручным управлением;

РИС. 4 — другой вид в перспективе электрического узла, показанного на фиг. 3;

РИС. 5 — схематическая диаграмма, иллюстрирующая электрические характеристики узла, показанного на фиг.3 и 4;

РИС. 6 — вид одной из электрических частей, показанных на фиг. 3 и 4;

РИС. 7 — вид еще одной из электрических частей, показанных на фиг. 3 и 4;

РИС. 8 — вид в перспективе с пространственным разделением деталей, который иллюстрирует применение другого варианта осуществления настоящего изобретения в форме электрического узла с ручным управлением;

РИС. 9 — другой вид в перспективе электрического узла, показанного на фиг. 8;

РИС. 10 — схематическая диаграмма, иллюстрирующая электрические характеристики узла, показанного на фиг.8 и 9;

РИС. 11 — вид в перспективе с пространственным разделением деталей, который иллюстрирует применение еще одного варианта осуществления настоящего изобретения в форме электрического узла с ручным управлением;

РИС. 12 — другой вид в перспективе электрического узла, показанного на фиг. 11;

РИС. 13 — схематическая диаграмма, иллюстрирующая электрические характеристики узла, показанного на фиг. 11 и 12;

РИС. 14 — вид в перспективе с пространственным разделением деталей, который иллюстрирует применение еще одного варианта осуществления настоящего изобретения в форме электрического узла с ручным управлением;

РИС.15 — другой вид в перспективе электрического узла, показанного на фиг. 14;

РИС. 16 — схематическая диаграмма, иллюстрирующая электрические характеристики узла, показанного на фиг. 14 и 15;

РИС. 17 — вид в разрезе еще одного варианта осуществления настоящего изобретения в форме электрического узла с ручным управлением;

РИС. 18 — вид сбоку в разрезе электрического узла, показанного на фиг. 17;

РИС. 19 — вид в перспективе с вырезом электрического узла, показанного на фиг.17 и 18;

РИС. 20 — резистивный слой электрического узла, показанного на фиг. 17-19;

РИС. 21 — еще один резистивный слой электрического узла, показанного на фиг. 17-19;

РИС. 22 — изображение выходного слоя электрического узла, показанного на фиг. 17-19;

РИС. 23 — вид сбоку выходного слоя по фиг. 22;

РИС. 24 — вид с частичным разрезом электрического узла, показанного на фиг. 17-19, показывающий регулировку электрического узла в положении полностью против часовой стрелки;

РИС.25 — вид с частичным разрезом электрического узла, показанного на фиг. 17-19 показывает регулировку электрического узла в среднем положении;

РИС. 26 — вид с частичным разрезом электрического узла, показанного на фиг. 17-19, показывающий регулировку электрического узла в крайнем положении по часовой стрелке;

РИС. 27 — схематическая диаграмма, иллюстрирующая электрические характеристики узла, показанного на фиг. 17-19 и 24-26;

РИС. 28 — вид в разобранном виде электрического узла, показанного на фиг.17-19 и 24-27;

РИС. 29 — вид в разрезе еще одного варианта осуществления настоящего изобретения в форме электрического узла с ручным управлением;

РИС. 30 — вид сбоку в разрезе электрического узла, показанного на фиг. 29;

РИС. 31 — вид в перспективе с вырезом электрического узла, показанного на фиг. 29 и 30;

РИС. 32 — резистивный слой электрического узла, показанного на фиг. 29-31;

РИС. 33 — еще один резистивный слой электрического узла, показанного на фиг.29-31;

РИС. 34 — иллюстрация выходного слоя электрического узла, показанного на фиг. 29-31;

РИС. 35 — вид сбоку выходного слоя по фиг. 34;

РИС. 36 — вид с частичным разрезом электрического узла, показанного на фиг. 29-31, показывающий регулировку электрического узла в положении полностью против часовой стрелки;

РИС. 37 — вид с частичным разрезом электрического узла, показанного на фиг. 29-31, показывающий регулировку электрического узла в среднем положении;

РИС.38 — вид с частичным разрезом электрического узла, показанного на фиг. 29-31, показывающий регулировку электрического узла в крайнем положении по часовой стрелке;

РИС. 39 — схематическая диаграмма, иллюстрирующая электрические характеристики узла, показанного на фиг. 29-31 и 36-38;

РИС. 40 — вид в разобранном виде электрического узла, показанного на фиг. 29-31 и 36-39;

РИС. 41 — схематическое представление узла схемы, использующего электрическую сборку одного из предыдущих фигур;

РИС.42 — вид в перспективе с пространственным разделением деталей, который иллюстрирует применение еще одного варианта осуществления настоящего изобретения в форме электрического узла с ручным управлением;

РИС. 43 — другой вид в перспективе электрического узла, показанного на фиг. 42;

РИС. 44 — схематическая диаграмма, иллюстрирующая электрические характеристики узла, показанного на фиг. 42 и 43;

РИС. 45 — вид в перспективе с пространственным разделением деталей, который иллюстрирует применение другого варианта осуществления настоящего изобретения в форме электрического узла с ручным управлением;

РИС.46 — другой вид в перспективе электрического узла, показанного на фиг. 45; и

РИС. 47 — схематическая диаграмма, иллюстрирующая электрические характеристики узла, показанного на фиг. 45 и 46.

Соответствующие ссылочные позиции обозначают соответствующие части на нескольких видах. Приведенные здесь примеры иллюстрируют несколько вариантов осуществления изобретения, и такие примеры не следует истолковывать как ограничивающие объем изобретения каким-либо образом.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Теперь обратимся к чертежам, а более конкретно к фиг.3 и 4 показан вариант осуществления потенциометра 110 с двойным разрешением настоящего изобретения в разобранном виде с элементами, включая потенциометр 110 a, , потенциометр 110 b, и потенциометр. 110 c, и некоторые соединительные электрические проводники, так что потенциометр 110 образует схему, подобную той, которая представлена ​​на фиг. 5. Потенциометр 110 a имеет соединение зацепления 112 , и аналогично потенциометр 110 b имеет соединение зацепления 114 , а потенциометр 110 c имеет соединение зацепление 116 .Кроме того, потенциометр , 110, , c имеет шлицевый регулирующий механизм , 118, , в который вставлено зацепляющее соединение , 114, с небольшим, по существу небольшим или без наклона между ними. Потенциометр , 110, , b, имеет прорезной механизм регулировки гистерезиса , 120, , в который вставлено зацепляющее соединение , 112, , имеющее заранее заданную величину наклона между ними. Регулирующий механизм , 122, , который является частью потенциометра , 110, a, , сконфигурирован для регулировки потенциометров , 110, , , c.

Потенциометр 110 имеет характеристики, показанные на фиг. 5, при этом поскольку механизм регулировки , 122, вращается, скажем, вправо (по часовой стрелке), выходной сигнал регулируется на основе разрешения Ra до тех пор, пока зацепляющее соединение 112 не достигнет конца диапазона, соответствующего щелевому механизму регулировки гистерезиса 120 , то выход регулируется перемещением дворников в потенциометрах 110 b и 110 c по резистивным элементам Rb и Rc.Это движение по Rb и Rc позволяет регулировать курс по резистивным элементам 10K. Когда направление вращения регулирующего механизма , 122, меняется на противоположное (в данном случае против часовой стрелки), то разрешение определяется перемещением дворника потенциометра , 110, и вдоль резистивного элемента Ra 1 кОм, что позволяет для более точной настройки потенциометра 110 . Как только зацепляющее соединение , 112, достигает противоположной стенки механизма регулировки гистерезиса , 120, с прорезями, регулировка потенциометра , 110, возобновляется, главным образом, на основе движения дворников, связанных с Rb и Rc.

Теперь, дополнительно обращаясь к фиг. 6 и 7 четко показана разница между механизмом регулировки с прорезями , 118, и механизмом регулировки гистерезиса 120 с прорезями, что позволяет потенциометру , 110, , и перемещаться только на часть поворота, в то время как потенциометры 110 b и 110 c не перемещены. Затем, как обсуждалось ранее, когда пальцы зацепляющего соединения , 112, касаются стенок паза , 120, , потенциометры , 110, , , и , 110, , , , снова входят в зацепление, и регулировка курса возобновляется.

Теперь, дополнительно обращаясь к фиг. 8-10 показан другой вариант осуществления настоящего изобретения, где каждый номер ссылки имеет добавление 100 к числам, используемым в ранее обсужденном варианте осуществления. Здесь, как и в предыдущем варианте осуществления, когда Rb и Rc регулируются, выходная мощность изменяется с высокой скоростью, затем, когда регулирующий механизм , 222, меняет местами, выполняется настройка Ra, которая изменяет выходную мощность с меньшей скоростью, в основном на основе номиналы постоянных резисторов, обеспечивающих смещение напряжения на двух ножках схемы.

Теперь, дополнительно обращаясь к фиг. 11-13 показан другой вариант осуществления настоящего изобретения, где каждый номер ссылки имеет добавление 100 к числам, используемым в ранее обсужденном варианте осуществления. Здесь снова, когда потенциометр 310 b регулируется, Выходной сигнал изменяется быстрее, чем при регулировке механизма 322 — это просто регулировочный потенциометр 310 a при включении соединения 312 работает в зоне гистерезиса между стенками прорези 320 .Преимущество этого варианта осуществления настоящего изобретения состоит в том, что он требует использования только двух потенциометров. Эта конфигурация, в отличие от некоторых других представленных здесь, не позволяет регулировке полностью достичь двух крайних значений напряжения. Это не обязательно является недостатком, потому что в некоторых приложениях лучше избегать такой настройки.

Теперь, дополнительно обращаясь к фиг. 14-16 показан другой вариант осуществления настоящего изобретения, где к каждому номеру ссылки добавлено 100 к числам, используемым в ранее обсужденном варианте осуществления.Здесь снова, когда потенциометр 410 b регулируется, Выход изменяется с большей скоростью, чем когда регулирующий механизм 422 просто регулирующий потенциометр 410 a при включении соединения 412 работает в зоне гистерезиса между стенками прорези 420 . В этой конфигурации два потенциометра функционируют как реостаты и в целом соединены проводом для работы как реостат, но с возможностью двойной регулировки согласно настоящему изобретению.Когда регулирующий механизм , 422, вращается и Rb регулируется, выполняется регулировка резистивного элемента 10 кОм, затем, когда осуществляется обратное движение регулирующего механизма , 422, , регулировка выполняется на Ra, который находится вдоль резистивного элемента 1 кОм. позволяя более тонкую и точную настройку общего значения сопротивления.

Теперь, дополнительно обращаясь к фиг. 17-28 показаны различные виды другого варианта осуществления настоящего изобретения, который электрически ведет себя так, как показано на схеме на фиг.27. Значения, показанные здесь и на других фигурах, предназначены для иллюстративных целей, и фактические значения, используемые в любом варианте осуществления, могут быть выбраны для удовлетворения потребностей конкретного приложения. Здесь первый резистивный слой 530 и второй резистивный слой 532 , а также третий слой 534 взаимодействуют, чтобы обеспечить функции для потенциометра 510 с двойным разрешением.

Шайба 526 расположена на болте 544 между слоями 530 и 532 .Стеклоочистители , 528, соединены с одной стороной резистивного слоя 532 и имеют электрический контакт с резистивным слоем 530 , расположение дворников 528 обеспечивает наличие резистивного элемента между ними на резистивном слое 530 , который является показано как 10 кОм на фиг. 27. Резистивный слой , 532, показан как имеющий диапазон приблизительно 30 °, как показано на фиг. 21. Шайба 536 показана как находящаяся между слоем 534 и слоем 532 .Стеклоочистители 538 установлены на узле стеклоочистителя 540 , а шайба 542 расположена между слоем 534 и узлом стеклоочистителя 540 . Поскольку узел стеклоочистителя 540 вращается перемещением механизма регулировки 522 , один дворник 538 перемещается по выходному слою 534 , который можно рассматривать как проводник, а другой дворник 538 перемещается по поверхности резистивного слоя 532 для изменения резистора 1 кОм на фиг.27, которая является частью точного разрешения механизма регулировки 522 . Когда узел стеклоочистителя 540 достигает конца диапазона, в данном примере диапазона 30 °, узел стеклоочистителя 540 встречает выступ, который заставляет резистивный слой 532 вращаться, а дворники 528 перемещаться по поверхности резистивный слой , 530, , который показан на фиг. 27 как движение резистора 1 кОм вдоль элемента 100 кОм, что является грубой регулировкой.Обратите внимание, что 40K и 50K представляют только одно положение дворников , 528, , и значения меняются при вращении механизма регулировки , 522, . Чтобы вернуться в режим точной регулировки, механизм регулировки 522 меняет направление, а дворники 538 перемещают на 30 ° резистор 1 кОм. Когда регулировочный механизм , 522, достигает выступа на другом конце поворота на 30 °, тогда регулировка снова выполняется в грубом режиме.

Теперь, дополнительно обращаясь к фиг.29-40 показаны различные виды еще одного варианта осуществления настоящего изобретения, который электрически ведет себя так, как показано на схеме на фиг. 39. Значения, показанные здесь и на других фигурах, предназначены для иллюстративных целей, и фактические значения, используемые в любом варианте осуществления, могут быть выбраны для удовлетворения потребностей конкретного приложения. Здесь первый резистивный слой 630 и второй резистивный слой 632 , а также третий слой 634 взаимодействуют, чтобы обеспечить функции для потенциометра 610 с двойным разрешением.

Шайба 626 расположена на болте 644 между слоями 630 и 632 . Стеклоочистители , 628, подключены к одной стороне резистивного слоя 632 и находятся в стирающем электрическом контакте с резистивным слоем 630 , расположение дворников 628 обеспечивает наличие резистивного элемента между ними на резистивном слое 630 , который является показано как 10 кОм на фиг. 39. Резистивный слой , 632, показан как имеющий диапазон приблизительно 330 °, как показано на фиг.33. Шайба 636 показана как находящаяся между слоем 634 и слоем 632 . Стеклоочистители 638 установлены на узле стеклоочистителя 640 , а шайба 642 расположена между слоем 634 и узлом стеклоочистителя 640 . Поскольку узел стеклоочистителя , 640 вращается за счет движения механизма регулировки 622 , один дворник 638 перемещается по выходному слою 634 , который можно рассматривать как проводник, а другой дворник 638 перемещается по поверхности. резистивного слоя , 632, для изменения резистора 1 кОм на фиг.39, которая является частью точного разрешения механизма регулировки , 622, , которая простирается на 330 ° или на какой-то другой заданный угол. Когда узел стеклоочистителя , 640 достигает конца диапазона, в данном примере диапазона 330 °, узел стеклоочистителя 640 встречает выступ, который заставляет резистивный слой 632 вращаться, а дворники 628 перемещаться по поверхности резистивный слой , 630, , который показан на фиг. 39 как перемещение резистора 1 кОм вдоль элемента 100 кОм, что является грубой регулировкой.Обратите внимание, что 40K и 50K представляют только одно положение дворников , 628, , и значения меняются при повороте механизма регулировки , 622, . Чтобы вернуться в режим точной регулировки, механизм регулировки 622 меняет направление, а дворники 638 перемещают резистор 1 кОм на 330 °. Когда механизм , 622, регулировки достигает выступа на другом конце движения 330 °, тогда регулировка снова выполняется в грубом режиме.

Для сравнения двух предыдущих вариантов осуществления настоящего изобретения, если предположить, для обсуждения, что 100 В подается от вывода + V к выводу -V, тогда приблизительно 1 В присутствует на резистивном элементе 1 кОм. .Когда дворники 538 и 638 соответственно перемещаются через слои сопротивления 532 и 632 , они оба регулируют выходную мощность в диапазоне регулировки приблизительно в 1 вольт. Разница в том, что в первом из этих двух вариантов регулировка осуществляется более чем на 30 °, а во втором варианте осуществления — более чем на 330 °. В результате регулировка в первом случае даст примерно 33 мВ на градус вращения (1 В / 30 °), а во втором — примерно 3 мВ на градус вращения (1 В / 330 °).Это подчеркивает значительные преимущества настоящего изобретения в том, что быстрая грубая регулировка может быть выполнена путем поворота механизмов регулировки 122 , 222 , 322 , 422 , 522 и 622 , а затем при изменении направлений возможна точная регулировка. Этот тип регулировки даже интуитивно понятен, потому что часто при регулировке уровня напряжения (или некоторого наблюдаемого результата, контролируемого уровнем напряжения) нет ничего необычного в превышении заданного выходного сигнала, тогда с настоящим изобретением обратное движение автоматически становится точной регулировкой. позволяя легко выбрать желаемый результат.

Теперь, дополнительно обращаясь к ФИГ. 41 показан электрический узел 150 , имеющий проводники 152 , электрический компонент 154 и потенциометр с двойным разрешением 110 , 210 , 310 , 410 , 510 или 610 в сборе 150 . Абстрактная природа фиг. 41 является преднамеренным, поскольку природа электрического компонента , 154, является электрическим компонентом любого типа.Проводник 152 может быть электрически подключен к выходу потенциометра с двойным разрешением 110 , 210 , 310 , 410 , 510 или 610 , который имеет возможность точной настройки потенциометра с двойным разрешением. 110 , 210 , 310 , 410 , 510 или 610 .

Теперь, дополнительно обращаясь к фиг. 42-44 показан другой вариант осуществления настоящего изобретения, где к каждому номеру ссылки добавлено 100 к числам, используемым в ранее обсужденных вариантах осуществления.Здесь снова, когда потенциометр 710 b регулируется, Выходной сигнал изменяется с большей скоростью, чем при регулировке механизма 722 — это просто регулировочный потенциометр 710 a при включении соединения 712 работает в зоне гистерезиса между стенками прорези 720 . В этой конфигурации два потенциометра имеют свои дворники, подключенные к сети с двумя резисторами R 1 , R 2 , которые подключены с возможностью двойной регулировки настоящего изобретения.Когда регулирующий механизм , 722, вращается, и Rb регулируется, выполняется регулировка резистивного элемента 1 кОм, затем, когда осуществляется обратное движение регулирующего механизма , 722 , регулировка выполняется на Ra, который находится вдоль резистивного элемента 10 кОм. позволяя более тонкую и точную настройку общего значения сопротивления. Наличие резисторов R 1 и R 2 и их выбранные значения приводят к тому, что механизм 710 имеет повышенное разрешение по сравнению с рассмотренными выше.

Теперь, дополнительно обращаясь к фиг. 45-47 показан другой вариант осуществления настоящего изобретения, где к каждому номеру ссылки добавлено 100 к числам, используемым в ранее обсужденном варианте осуществления. Здесь показан вариант осуществления потенциометра 810 с тройным разрешением по настоящему изобретению в разобранном виде с элементами, включая потенциометр 810 a, , потенциометр 810 b, и потенциометр 810 . c, и некоторые соединительные электрические проводники, так что потенциометр , 810, образует схему, подобную той, что представлена ​​на фиг.47. Потенциометр 810 a имеет замыкающее соединение 812 , и аналогично потенциометр 810 b имеет замыкающее соединение 814 и потенциометр 810 c имеет замыкающее соединение 816 . Потенциометры 810 b и 810 c , соответственно, имеют щелевой механизм регулировки гистерезиса 820 , 818 , в который вставляются зацепляющие соединения 812 и 814 соответственно с заранее заданной величиной наклона между ними.Регулировочный механизм 822 , который является частью потенциометра 810 a, сконфигурирован для регулировки потенциометров 810 a c.

Потенциометр 810 имеет характеристики, показанные на фиг. 47, в котором механизм регулировки 822 вращается, скажем, вправо (по часовой стрелке), выход регулируется на основе разрешения Ra, измененного сетью резисторов R 1 , R 2 , R 3 до тех пор, пока зацепляющее соединение , 812, не достигнет конца диапазона, указанного в механизме регулировки гистерезиса с прорезями 820 , затем выход регулируется перемещением дворника в потенциометрах 810 b. Затем, когда зацепляющее соединение 814 достигает конца диапазона, указанного в механизме регулировки гистерезиса с прорезями 818 , выход регулируется перемещением дворника в потенциометрах 810 a c, но это в первую очередь зависит от движения потенциометра 810 c, , поскольку последовательное сопротивление R 3 имеет более низкое значение сопротивления. Это движение по Ra, Rb и Rc обеспечивает корректировку курса по резистивным элементам.Когда направление вращения регулирующего механизма , 822, меняется на противоположное (в данном случае против часовой стрелки), то разрешение определяется перемещением дворника потенциометра 810 a вдоль резистивного элемента Ra 100 кОм, что позволяет для более точной настройки потенциометра 810 . Как только зацепляющее соединение , 812, достигает противоположной стенки механизма регулировки гистерезиса , 820, с прорезями, регулировка потенциометра , 810, возобновляется со средним разрешением, основанным, главным образом, на движении дворников, связанных с Rb.Конечно, другое реверсирование механизма , 822, регулировки затем вызывает более точную регулировку разрешения Ra, поскольку тогда будет регулироваться только Ra. Однако, если, скорее, это изменение направления потенциометра 810 a, , если механизм 822 продолжает работу до тех пор, пока зацепляющее соединение 814 не достигнет конца диапазона, указанного в механизме регулировки гистерезиса с прорезями 818 , тогда регулировка потенциометра Затем инициируется 810 .

Хотя это изобретение было описано в отношении по меньшей мере одного варианта осуществления, настоящее изобретение может быть дополнительно модифицировано в пределах сущности и объема этого раскрытия. Таким образом, это приложение предназначено для охвата любых вариаций, использования или адаптации изобретения с использованием его общих принципов. Кроме того, эта заявка предназначена для охвата таких отклонений от настоящего раскрытия, которые входят в известную или обычную практику в данной области техники, к которой относится это изобретение, и которые находятся в пределах прилагаемой формулы изобретения.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.