Sensor potenciométrico: descripción, dispositivo y circuito.

En tecnología, los instrumentos se utilizan ampliamente para medir la magnitud de los desplazamientos de objetos con su conversión en señales eléctricas. El sensor potenciométrico en la mayoría de los diseños es un reóstato y un contacto deslizante conectado al objeto, del cual se elimina la señal. El parámetro de salida es el valor de la resistencia eléctrica, dependiendo del movimiento angular o lineal del elemento móvil.

Principio de funcionamiento

El potenciómetro convierte los desplazamientos lineales o angulares en los valores de voltaje, corriente o resistencia apropiados. Debido a esto, es posible trabajar con muchas cantidades no eléctricas: presión, nivel, caudal, etc.

Los sensores potenciométricos, cuyo principio es medir el desplazamiento o la ubicación de la posición, están conectados por sus contactos móviles de la resistencia variable a los objetos. Pueden ser válvulas, antenas, herramientas de corte y mucho más. Después de suministrar energía al sensor, la señal de la posición del motor del potenciómetro se elimina, como con un divisor de voltaje.

El método básico de registro en todos los modelos sigue siendo el mismo, pero existen diferencias estructurales. La señal se puede tomar directamente o usando un circuito electrónico después de su procesamiento y normalización. Es importante que cumpla con ciertos estándares.

Ventajas de los sensores potenciométricos.

• Simplicidad de diseño.
• Bajo costo
• Buena resolucion.
• Compacto y ligero.
• La estabilidad de las lecturas.

Diseño

Los sensores de movimiento de alambre potenciométricos son comunes en la industria. Tienen alta precisión y estabilidad, tienen pequeños valores de temperatura y resistencia de transición y un bajo nivel de ruido. Las desventajas incluyen: una pequeña cantidad de resistencia, baja resolución, desgaste de piezas móviles y uso limitado cuando se trabaja con corriente alterna.

Los dispositivos constan de tres elementos principales:

1. Estructura metálica Hecho de material aislante conductor de calor o metal revestido dieléctrico, que no cambia las dimensiones geométricas cuando se calienta. La forma puede ser en forma de anillo, placa curva, varilla.
2. Bobinado aislado. Se lleva a cabo con la colocación exacta del cable, en cuyo paso depende la resolución del dispositivo.
3. Cepillo movible. En lugares de contacto con el devanado, las vueltas se limpian de aislamiento. El contacto móvil en los dispositivos puede moverse traslacional o rotacionalmente. En este último caso, los dispositivos pueden ser de ejecución de una o varias vueltas.

Materiales

El marco está hecho de material dieléctrico: cerámica, getinaksa, textolita, plástico. Aplique metal con una capa aislante. Su alta conductividad térmica permite eliminar bien el calor del cable del sensor.

El metal del devanado tiene una alta resistividad eléctrica, resistencia a la corrosión, un ligero efecto de temperatura, resistencia a la abrasión y al desgarro. Manganina, constantan, aleaciones de níquel-cromo cumplen con estos requisitos. El devanado también puede ser laminilla o película.

Los contactos deslizantes reducen la fiabilidad de los sensores y complican el diseño. Desventajas de los potenciómetros de alambre:

• baja confiabilidad de los contactos;
• inestabilidad de la resistencia de transición entre el motor y el devanado debido a la oxidación y electroerosión del cable;
• rebote de contactos.

Los plásticos conductivos, que también tienen una mejor linealidad, tienen un gran recurso.Los sensores basados ​​en ellos se usan donde se requiere alta confiabilidad, especialmente en la aviación.

Las escobillas de contacto están hechas con la adición de metales nobles para que sean más suaves que el material del devanado.

Esquemas

Los sensores de tipo potenciométrico tienen una característica estática: tensión de salida U_fuera del contacto móvil X. La relación entre estos parámetros en un potenciómetro descargado suele ser lineal:

U_fuera = kX,

donde L es la longitud del sensor, k es la sensibilidad (k = U_hoyo/ L).

En realidad, el sensor potenciométrico contiene una resistencia de carga R_n en el siguiente enlace del sistema de control automático, que afecta el valor de U_fuera

La baja confiabilidad de los sensores asociados con la pérdida de contacto, el devanado de circuito abierto o el circuito entre vueltas, lleva a la necesidad de cambiar el diagrama de cableado.

Si el signo de la señal de salida no cambia, el sensor se llama unipolar. Es un dispositivo simple como una resistencia variable.

Se utiliza un circuito de sensor potenciométrico de tipo push-pull para el control automático, donde el signo de la señal cambia en la salida, según la entrada que sea. La dirección del movimiento de control del cuerpo de trabajo depende de esto.

El voltaje puede eliminarse del cepillo y del medio del potenciómetro. También se utilizan otros diagramas de cableado. Cuando se alimenta con corriente continua, cuando el contacto móvil pasa a través de su punto medio, el signo en la salida cambia a lo opuesto. Si se aplica voltaje de CA al devanado, la fase cambia en 180⁰.

En la automatización, se utilizan características no lineales de los sensores. Para esto, el diámetro del cable a lo largo del devanado, el paso del devanado cambia, se utilizan marcos de forma compleja, se desvían secciones de los potenciómetros con resistencias.

Características operativas

La respuesta inactiva del sensor es una línea recta (R / R_n = 0). La desviación de las curvas de ella aumenta al disminuir la resistencia de carga R_n.

Además de la resistencia activa, los sensores también tienen cargas dinámicas:

1. Función de transferencia.
2. Componente inductivo.
3. Ruido propio durante la transición del contacto móvil de bobina a bobina y de la vibración del cepillo.

La resistencia entre el contacto del motor y una de las conclusiones se llama salida. Se mide su magnitud, corriente o voltaje.

Errores del sensor

Los siguientes errores afectan las características reales de los sensores:

1. Zona muerta Cuando el contacto pasa de una vuelta del cable a otra, se produce un salto de voltaje, cuyo valor está determinado por la fórmula: DU = U_hoyo/ W, donde W es el número de vueltas.
2. La irregularidad de la característica estática asociada con las fluctuaciones en el diámetro del cable a lo largo de la longitud, su resistividad y precisión del devanado.
3. La presencia de juego entre el motor de contacto y la manga, que afecta la precisión de las lecturas.
4. Presión desigual del cepillo, que afecta el valor de la resistencia de contacto. Por lo general, la fuerza de presionar el motor al devanado se usa bastante grande. Sin embargo, esto no siempre es posible, porque la fuerza de los elementos sensibles (membranas, flotadores, placas bimetálicas) es pequeña.
5. El efecto de la resistencia de carga eléctrica R_n. Su valor se elige 10 ... 100 veces más que la resistencia del sensor.

Cita

El transmisor de posición potenciométrico está diseñado para los siguientes propósitos:

• control y medición de movimientos de mecanismos, cuerpos de máquinas y otros objetos;
• enlace de retroalimentación en robótica y sistemas de automatización;
• determinación de distancias a objetos;
• pruebas en laboratorios, monitoreo del funcionamiento de mecanismos.

Tipos de sensores

El uso de un sensor potenciométrico depende del tipo:

1. T / TS es un instrumento de alta precisión (0.075%) que opera en el rango de desplazamientos axiales de 150 mm. Adecuado para velocidades periféricas de hasta 10 m / s. Diseño: asegura el movimiento de la barra en dos direcciones de acuerdo con el principio de un divisor de voltaje.
2. TR / TRS: igual que el anterior, pero con un resorte de retorno. El desplazamiento alcanza los 100 mm. Resiste cargas laterales más altas en la punta.
3. TE1 es un modelo que contiene un circuito electrónico para normalizar señales con una salida analógica.
4. TE1 con muelle de retorno: modificación para resolver una gama más amplia de tareas. El sensor es más estable con mayores cargas laterales.
5. TEX es un sensor potenciométrico con un cabezal giratorio y que rastrea movimientos lineales de objetos de hasta 300 mm. La junta giratoria facilita la instalación y garantiza una larga vida útil.
6. TEX con una varilla de accionamiento roscada. Permite fijar rígidamente un objeto.
7. TEX con un resorte de retorno no requiere una fijación rígida del objeto a la barra.
8. TX2 con cabezal giratorio o con abrazaderas de montaje. Se usan en condiciones severas de operación. El nivel de protección es IP 67, precisión - 0.05%.

El uso de potenciómetros en sensores de presión.

Los parámetros de operación de varios dispositivos se convierten convenientemente en señales eléctricas. Un sensor potenciométrico de presión de líquido o gas se utiliza en sistemas de suministro de combustible en automóviles, gas en carreteras, etc. Por lo general, estos son dispositivos de medición de membrana.

Bajo la acción de una presión diferencial en ambos lados de la membrana, se mueve. Al mismo tiempo, el control deslizante también gira. Si la presión P₀ y P_y son iguales entre sí, el motor pasa a su posición izquierda original, en la que se establece la resistencia inicial del dispositivo. Cuando p_y disminuye, la membrana se mueve hacia la derecha y el control deslizante coloca el cepillo del potenciómetro en la posición correspondiente a la caída de presión.

Para reducir el error de un cambio discreto en la resistencia del potenciómetro, el número de vueltas se realiza al menos en 100. Se puede eliminar por completo moviendo el cepillo a lo largo del eje del cable calibrado del rechord.

Diseños de sensores

El sensor de desplazamiento lineal potenciométrico consiste en un marco dieléctrico de varias formas (placas, cilindros, anillos, etc.), en el cual se enrolla un cable aislado, se une a las abrazaderas y se asegura con abrazaderas en los extremos. Un cepillo de metal se mueve a lo largo del devanado. Para sensores de tipo rotativo, los marcos son en forma de anillo, longitudinales, rectos. En lugares de contacto con el motor, no hay aislamiento en el cable.

Los terminales están alimentados. La señal de salida se toma entre un extremo del cable y el contacto del cepillo, aunque existen otros esquemas de conexión.

Cada sensor potenciométrico lineal tiene una característica estática en la forma de una dependencia del valor de la señal de salida en el desplazamiento del contacto del cepillo.

Conclusión

El sensor potenciométrico debe ser confiable, conveniente y duradero cuando se usa en tecnología de medición y en sistemas de control automático. Los dispositivos para monitorear la posición de los objetos difieren en principio de operación y en los tipos de señales de salida, que deben cumplir con los estándares.