Потенциометрические датчики перемещения: Потенциометрические датчики — линейные потенциометры

Потенциометрические датчики перемещения

Датчик данного типа в своей основе имеет электрический контур, содержащий потенциометр (Рисунок 11). Линейное перемещение объекта приводит к изменению сопротивления потенциометра (переменного резистора). Если через потенциометр пропускать постоянный ток, то падение напряжения на нём будет пропорционально величине сопротивления, и, следовательно, величине линейного перемещения интересующего объекта.

 

Рис. Потенциометрический датчик перемещения.

 

Наряду с механическими датчиками перемещения, потенциометрические датчики получили наиболее широкое распространение в силу своей простоты и низкой стоимости, однако для универсальных, прецизионных и бесконтактных измерений в последнее время всё чаще используются датчики на основе оптических эффектов.

3. Прецизионные датчики линейных перемещений

Прецизионные датчики линейных перемещений строятся на основе растровых шкал, метрологических дифракционных решеток и лазерных интерферометров.

Первые два вида ДЛП строятся на одинаковом принципе контроля перемещений. Они имеют длинную шкалу в виде периодически нанесенных штрихов и визирную короткую шкалу с таким же или кратным периодом штрихов и отверстий. Если пространственная частота расположения штрихов на шкалах не превышает 50-100 мм^-1, они называются растровыми шкалами, а если выше 100 мм^-1 – метрологическими дифракционными решетками (или дифракционными решетками). Так как дискретность перемещений часто бывает менее 1 мкм, то казалось бы, чем выше частота штрихов, тем легче конструировать схемы формирования электрических импульсов. Однако простая замена растровых шкал дифракционными решетками затрудняется рядом возникающих при этом эффектов, делающих ДЛП чувствительными к изменению расстояния между мерой и визирной шкалой, длиной волны и пр. Системы на основе растровых шкал дифракционных решеток имеют две разновидности – накапливающие системы и системы, использующие эффект муаровых картин.

3. Накапливающие системы

Накапливающие системы используют систему отражающих или пропускающих оптических решеток. Конструкция оптических ДЛП с отражающей решеткой показана. Диафрагма сканирующей головки содержит 4 щели. Щели размещены так, что выходные сигналы фотоприемников сдвинуты на четверть периода измерительной решетки. Так сигналы, из-за смещения щелей сдвинуты по фазе и квазисинусоидальные сигналы фотоприемников. Разрешающая способность таких систем 0.5 мкм, что при общей погрешности не более 1 мкм для измерения перемещений в диапазоне 1-2 см.

Недостаток метода: требуется строгая параллельность линий рисок и линейки двигателя. Вторая система решеток использует метод муаровых полос.

3. Метод муаровых полос.

Муаровые полосы – система темных зон, образуемых при наложении и подсвечивании двух идентичных слегка смещенных под углом друг относительно друга решеток.

Рисунок — ДЛП перемещений с отражающей решеткой.

1 – источник света, 2 – конденсорные линзы, 3 – стальная шкала с решеткой, 4 — диафрагма, 5 – фотоприемник.

При смещении решеток друг относительно друга зоны (темные и светлые) смещаются друг относительно друга вверх-вниз на расстояние l. Р – шаг решетки, θ – угол наклона.

Основные преимущества способа: (отражательной оптики)

1. муаровая картина не зависит от длины волны света в сравнительно широком диапазоне длин волн. Это позволяет применять в качестве источника света обычные миниатюрные лампы накаливания.

2. сохраняется высокий контраст муаровой картины при относительно больших (до десяти мм) зазорах между решетками.

3. шаг муаровой картины может соответствовать величине перемещений в несколько раз меньше, чем расстояние между штрихами решеток.

Муаровая картина формируется на выходе прозрачной решетки. Линейная ширина периода муаровой картины равна:

, (1)

где, d₁ – постоянная прозрачной решетки, θ – угол разворота штрихов.

Рисунок — Схема образования муаровых полос.

В ДЛП этот угол равен примерно 10^-4, так, что перемещению решетки на 1 мкм соответствует сдвиг муаровой картины на 10 мм, что легко фиксируется фотоприемником.

Обычно достаточно двух фотоприемников. При перемещении в них формируются сигналы:

I₁ = k₁(E₀ + Ecos2πX/ε) (2)

I₂ = k₂(E₀ ± Esin2πX/ε), (3)

где k₁, k₂ – чувствительность фотоприемника, Е₀ – уровень постоянной составляющей и амплитуды переменной составляющей освещенности муаровой картины, Х – величина перемещения, — цена периода муаровой картины.

d₂ – постоянная отражающей решетки, q_i – порядок дифракционного максимума.

Поскольку на 2 максимуме отражения при равнобедренных рисках приходится 80% отражающей энергии, то q = 2, ε = d₂/4.

При определении положения с точностью ±ε возникают трудности интерполяции из-за колебаний постоянной освещенности Е₀, которая зависит от многих факторов, в том числе и от колебаний яркости источника света, от изменяющееся отражательной способности решеток и т.д.

Поэтому иногда в ДЛП применяются фотоприемники, расположенные вдоль муаровой картины, со сдвигом на четверть периода и формируются два сигнала, каждый из которых представляет собой разность сигналов двух фотоприемников, расположенных на расстоянии половины периода муаровой картины.

LWH — потенциометрический датчик линейного перемещения

Описание

Датчики положения с резистивной и коллекторной дорожкой, изготовленной из проводящей пластмассы, обеспечивают прямое и точное измерение хода в приложениях с дисплеем или обратной связью.

Высокое разрешение (0,01 мм) в сочетании с длиной хода до 900 мм позволяет точно измерять линейное смещение. Стойка и шестерни или подобные устройства не требуются, потому что конструкция датчиков Novotechnik такова, что они могут быть встроены непосредственно в механическую систему.

Более жесткие допуски на экструдированном корпусе в сочетании со специальной обработкой поверхности обеспечивают высокие рабочие скорости и уменьшают износ. Поворотный передний подшипник преодолевает «залипание» даже при возникновении угловых ошибок или нарушении параллельности.

Метод крепления датчика LWH и подсоединения к резистивной дорожке обеспечивает высочайшую степень надежности даже в тяжелых условиях работы.

При потолочном монтаже на труднодоступных механизмах можно предварительно установить зажимы на монтажную поверхность, а затем просто «защелкнуть» на них датчик.

Датчик положения имеет монтажные канавки на всех четырех поверхностях корпуса. Таким образом, потенциометр всегда может быть установлен с нагревательным элементом, направленным вверх (это можно узнать по положению средней монтажной канавки, которая располагается прямо напротив нагревательного элемента), независимо от монтажной поверхности.

Следовательно, частицы, образующиеся в результате эрозии внутри датчика, не будут попадать на нагревательный элемент, что способствует продлению срока службы датчика.

Конструктивные особенности:
Высокое разрешение 0,01 мм		Исключительная линейность до ±0,04 %
Очень высокая скорость работы		Класс защиты IP55
Подключение с помощью штепсельного разъема в соответствии с DIN 43 650 (гидравлический соединитель)		Длительный срок службы – до 100 млн. перемещений в зависимости от применения

Характеристики

Метод измерения	потенциометрический
Материал корпуса	анодированный алюминий
Интерфейс	аналоговый
Линейность	≤ ±0,04%
Удар (IEC 60068-2-27)	50г (11 мс)
Вибрация (IEC 60068-2-6)	5. ..2000 Гц, Amax = 0.75 мм, amax = 20 г
Диапазон измерения	75…900 мм
Диапазон рабочих температур	-30…+100 °С
Ресурс	>100×106
Класс защиты	IP54

Коды заказа

LWH-0060		LWH-0200		LWH-0360		LWH-0550
LWH-0075		LWH-0225		LWH-0375		LWH-0600
LWH-0100		LWH-0250		LWH-0400		LWH-0650
LWH-0130		LWH-0275		LWH-0425		LWH-0750
LWH-0150		LWH-0300		LWH-0450		LWH-0800
LWH-0175		LWH-0325		LWH-0500		LWH-0900

Техническая документация

LWH

224 Кб

LWH_Drawing

125. 4 Кб

DXF

LWH_Drawing.dxf

151.4 Кб

EXE

LWH_075.exe

4.2 Мб

LWH_100.exe

4.2 Мб

LWH_130.exe

4.2 Мб

LWH_150.exe

4.2 Мб

LWH_175.exe

4.2 Мб

LWH_200.exe

4.2 Мб

LWH_225.exe

4.2 Мб

LWH_250.exe

4.2 Мб

LWH_275.exe

4.2 Мб

LWH_325.exe

4.2 Мб

LWH_360.exe

5.1 Мб

LWH_375.exe

4.2 Мб

LWH_400.exe

4.2 Мб

LWH_450.exe

4.2 Мб

LWH_500. exe

4.2 Мб

LWH_550.exe

4.2 Мб

LWH_600.exe

4.2 Мб

LWH_750.exe

4.2 Мб

LWH_900.exe

4.2 Мб

IGES

LWH_075.igs

865.8 Кб

LWH_100.igs

865.6 Кб

LWH_130.igs

866 Кб

LWH_150.igs

865.9 Кб

LWH_175.igs

865.6 Кб

LWH_200.igs

865.3 Кб

LWH_225.igs

865.7 Кб

LWH_250.igs

865.6 Кб

LWH_275.igs

865.7 Кб

LWH_360.igs

525.3 Кб

LWH_375.igs

865.9 Кб

LWH_400. igs

865.9 Кб

LWH_450.igs

865.8 Кб

LWH_500.igs

866.1 Кб

LWH_550.igs

866.1 Кб

LWH_600.igs

866.1 Кб

LWH_750.igs

866.1 Кб

LWH_900.igs

866.2 Кб

STEP

LWH_075.step

523.6 Кб

LWH_100.step

553.2 Кб

LWH_130.step

548.2 Кб

LWH_150.step

536.4 Кб

LWH_175.step

541 Кб

LWH_200.step

535.6 Кб

LWH_225.step

540.3 Кб

LWH_250.step

539.8 Кб

LWH_275.step

539. 7 Кб

LWH_325.step

553.1 Кб

LWH_360.step

273.9 Кб

LWH_375.step

556.4 Кб

LWH_400.step

557.2 Кб

LWH_450.step

558.3 Кб

LWH_500.step

561.9 Кб

LWH_550.step

558 Кб

LWH_600.step

559.4 Кб

LWH_750.step

563 Кб

LWH_900.step

562.5 Кб

Потенциометрические датчики смещения — датчики и преобразователи

• Механические

2 декабря 2020 г.

Потенциометрический датчик смещения — это первичный датчик, который преобразует линейное или угловое движение вала в изменения сопротивления. Это тип резистивного датчика перемещения. Линейные потенциометры представляют собой датчики, которые производят выходное сопротивление, пропорциональное линейному смещению или положению.

Линейные потенциометры представляют собой переменные резисторы, сопротивление которых изменяется за счет перемещения ползунка по резистивному элементу.

Поворотный потенциометр — это датчики, которые производят выходное сопротивление, пропорциональное угловому смещению или положению. Они могут быть проволочными или из токопроводящего пластика, прямоугольными или цилиндрическими.

Иллюстрирует основной принцип работы линейного потенциометра. В линейном потенциометре используется электропроводящий линейный скользящий элемент (также называемый скользящим элементом), соединенный с переменным проволочным резистором (обмоткой), который изменяет сопротивление в соответствии с линейным положением контролируемого устройства.

При перемещении скользящего контакта вдоль обмотки сопротивление изменяется линейно в зависимости от расстояния от одного конца потенциометра.

Для измерения смещения потенциометр обычно подключается как «делитель напряжения», так что выходное напряжение пропорционально расстоянию, пройденному стеклоочистителем. На концы резистора подается известное напряжение.

Контакт привязан к движущемуся интересующему объекту. Выходное напряжение на контакте пропорционально смещению.

Разрешение определяется количеством витков на единицу расстояния, и следует учитывать влияние нагрузки схемы делителя напряжения.

В поворотном потенциометре используется поворотный ползун, соединенный с переменным проволочным резистором, который изменяет сопротивление в соответствии с угловым положением контролируемого устройства.

Другие принципы работы такие же, как у линейного потенциометра.

Потенциометр можно использовать в качестве делителя напряжения для получения регулируемого вручную выходного напряжения на ползунке (движке) из фиксированного входного напряжения, приложенного к двум концам обмотки резистивного провода.

Цепь потенциометра с резистивной нагрузкой и цепь с эквивалентными постоянными резисторами соответственно. Напряжение на R _L можно рассчитать по формуле: Датчики смещения потенциометра

VL=(R2RL)R1RL+R2RL+R3RL) × VS

Если R _L велико по сравнению с другими сопротивлениями (например, на входе операционный усилитель), выходное напряжение можно аппроксимировать более простым уравнением.

vL=R2R1+R2×VS

Предположим, например, что

В _с = 12 В, R ₁ = 1k𝜴 , R ₂ = 3k𝜴 и R _L = 200k𝜴.

Поскольку сопротивление нагрузки велико по сравнению с другим сопротивлением, выходное напряжение В _L будет приблизительно равно

VL=31+3×12=9 В чуть ниже: ≈8,966В.

Одним из наиболее распространенных применений современных маломощных потенциометрических датчиков являются устройства управления звуком. Как ползунки (также известные как фейдеры), так и поворотные потенциометры (обычно называемые ручками) регулярно используются для регулировки громкости, затухания частоты и других характеристик аудиосигналов.

The following factors to be considered while selecting the potentiometers:

• Operating temperature
• Shock and vibration
• Humidity
• Contamination and seals
• Life cycle
• Dither

Advantages and Disadvantages of Potentiometers

Преимущества:

• Простота использования
• Низкая стоимость
• Высокоамплитудный выходной сигнал
• Проверенная технология
• Прочная конструкция
• Очень высокая электрическая эффективность
• Доступность в различных формах, диапазоны и размерах

Диспасный износ

• Узнать больше : Работа датчика давления в шинах
• Узнать больше : Работа фотоэлектрического датчика
• Узнать больше : Терминология производительности датчика
• Узнать больше: Центральный процессор (ЦП)

Механический

Об авторе

Сантакумар Раджа

Привет! Этот блог предназначен для студентов, чтобы быть в курсе последних событий в сфере образования.