Резистивні перетворювачі механічних величин Призначення реостатних перетворювачві механічних величин Вимірювальні кола реостатних перетворювачів Конструкції реостатних давачів 1. Реостатні перетворювачі механічних величин Реостатним називають перетворювач, виконаний у вигляді реостата, повзунок якого переміщується під дією вхідної перетворюваної (вимірюваної) величини. Вихідною величиною є електричний опір, значення якого обумовлюється положенням повзунка. Реостатні перетворювачі використовують не лише для перетворень переміщень. Оскільки за допомогою механічних пружних елементів у переміщення можуть бути перетворені інші неелектричні величини, то реостатні перетворювачі застосовуються в давачах тиску, сили, витрат, прискорень тощо. Реостатні перетворювачі можуть бути дротяними та недротяними. Дротяні перетворювачі відрізняються високою точністю, стабільністю функції перетворення, мають малий перехідний опір, низький рівень шумів, малий температурний коефіцієнт опору (ТКО). Їх недоліком є низька роздільна здатність, порівняно малий опір (до десятків кілоом), обмежена можливість застосування на змінному струмі, обумовлена надлишковими індуктивністю та ємністю намотки. Названі недоліки відсутні у недротяних перетворювачах, однак останні значно поступаються дротяним за точністю. Найпоширенішими є дротяні реостатні перетворювачі поступального руху та перетворювачі обертального руху. Перші виготовляються звичайно на стержневих, трубчастих або пластинчастих каркасах, на які намотана із заданим кроком чи виток до витка дротина із провідникового матеріалу. У перетворювачах обертального руху провідникова дротина намотана на кільцевий каркас. Рухомим елементом у цих перетворювачах є контактна щітка, що ковзає по зачищеній поверхні резистора. Щітка електрично з'єднана з контактною пружиною, що ковзає по струмознімальному кільці. До матеріалу дроту для намотки реостатних перетворювачів ставляться певні вимоги, такі, як, зокрема, високий питомий електричний опір, малий ТКО, велика часова стабільність, корозійна стійкість. Тому тут найчастіше застосовують константан, манганін. Якщо перетворювач повинен працювати в умовах підвищених температур, використовують дротини з нікель-хромового чи залізо-хромового сплаву. Для забезпечення високої стабільності характеристик реостатних перетворювачів відповідні вимоги ставляться і до матеріалу каркаса. Каркас повинен зберігати свої розміри в широкому температурному діапазоні, в умовах підвищеної вологості, мати високу теплопровідність. Тому матеріалами каркасів є звичайно алюмінієві сплави. В перетворювачах низького класу точності може застосовуватись гетинакс, текстоліт. Джерелами похибок реостатних перетворювачів (рис. 1,) є дискретність вихідного опору, відхилення дійсної функції перетворення від номінальної, вплив температури довкілля, контактні шуми, вплив опору навантаження.
Рис 1 Джерелами похибок таких схем є також нестабільність напруги джерела живлення, опір з'єднувальних дротів та їх зміна від зміни температури довкілля. При роботі реостатних перетворювачів у колах змінного струму треба мати на увазі наявність залишкових реактивностей. 2. Вимірювальні кола реостатних перетворювачів Найчастіше реостатні перетворювачі вмикають у логометричні кола. Найпростіша схема магнітоелектричного логометра з реостатним перетворювачем наведена на рис..2, а.
а б Рис.2 –Вимірювальні кола реостатних перетворювачів Для зменшення впливу опорів з'єднувальних дротів на результат вимірювань застосовують трипровідне підключення перетворювача до логометра. Опір у цьому випадку знаходиться в колі живлення логометра і не впливає на його покази. Опори та , по-перше, ввімкнені послідовно з порівняно великими опорами рамок логометра, а, по-друге, будучи ввімкненими в кола різних рамок, мають деякий вплив на струми в цих колах, але дуже незначно впливають на відношення цих струмів, тобто на результат вимірювань. В приладах серійного виробництва використовують звичайно мостові логометричні кола (рис.2, б). Опори та додаються тут з опорами та , увімкненими в сусідні плечі моста, в результаті чого при = R2 та =вплив цих опорів, а також їх зміни в результаті зміни температури довкілля, взаємно компенсуються. При інших значеннях ?вплив опорів ліній та їх змін залишаються незначними. 3. Конструкції реостатних давачів На рис.3, а показана конструкція давача лінійних переміщень штокового типу.
Рис.3 –Давачі параметрів руху з реостатними перетворювачами Основними елементами давача є реостатний перетворювач 1 з рухомою контактною щіткою 2, шток 3 з профільованою канавкою, повзунок 4 із закріпленим в ньому штифтом 5. Під час переміщення досліджуваного об'єкта, який знаходиться в механічному контакті зі штоком, лінійно переміщується в підшипниках корпуса та кришки і сам шток. За допомогою профільованої канавки лінійне переміщення штока перетворюється в кутове переміщення повзунка та щіток реостатного перетворювача. Щітка, ковзаючи по обмотці реостата, змінює його вихідний опір залежно від вимірюваного переміщення. У давачі передбачені змінні штоки, які мають гвинтові канавки з різними кроками, що дає змогу застосовувати давач для вимірювань переміщень від одиниць міліметра до десятків сантиметрів. Максимальна похибка давана не перевищує 3 %. Давач лінійного акселерометра (рис. 3, б) має чутливий елемент у вигляді інерційної маси 1, закріпленої в центрі пружної мембрани 2, яка по периметру кріпиться до корпусу. Корпус давача встановлюється на об'єкті, прискорення якого вимірюють. Інерційна маса безпосередньо зв'язана з повзунком реостатного перетворювача. Якщо відсутнє прискорення, інерційна маса займе середнє (центральне) положення. Якщо ж об'єкт рухається зі сталим лінійним прискоренням, то інерційна маса переміщується на певну відстань х від центрального положення, при котрій сила інерції F=-ma (тут т - інерційна маса, а - прискорення досліджуваного об'єкта) зрівноважується силою пружності мембрани Fnp. Зауважимо, що в таких перетворювачах геометрична вісь інерційної маси повинна збігатись з напрямком вектора вимірюваного прискорення. Для заспокоєння коливань інерційної маси передбачений рідинний заспокоювач. Як перетворювач переміщень інерційної маси використовують реостатний перетворювач. Якщо інерційна маса знаходится в центральному положенні, напруга на виході перетворювача дорівнюватиме нулю. При зміщенні інерційної маси в той чи інший бік залежно від напряму вимірюваного прискорення на виході перетворювача виникає напруга, значення та полярність якої відповідає значенню та напряму вимірюваного прискорення. Лінійний акселерометр (рис. 4) має інерціальну систему, що складається із інерційної маси 1 та циліндричних пружин 3 і реостатного вторинного перетворювача. Інерційна маса під дією вимірюваного прискорення може переміщуватись уздовж своєї осі в напрямних 2. Протидійний момент створюється циліндричними пружинами, а заспокоєння внаслідок руху рухомої частини в рідині. Реостатний перетворювач переміщень умонтований в самій інерційній масі, а струмознімальний контакт - на корпусі акселерометра. У такому перетворювачі геометрична вісь інерційної маси також повинна збігатись з напрямком вектора вимірюваного прискорення.
Рис.4 – Давач реостатного акселерометра Якщо відсутнє прискорення, інерційна маса буде займати положення, при якому повзунок реостатного перетворювача буде знаходитись у центрі. Якщо реостатний перетворювач живиться від джерела постійної напруги, значення та полярність вихідної напруги будуть визначати величину та напрям прискорення досліджуваного об'єкта. На рис. 5 показана конструкція давача тиску з реостатним перетворювачем. Первинним перетворювачем тут є скручена трубка 1, котра під дією вимірюваного тиску розпрямляється, а незакріплений кінець трубки здійснює обертальний рух. Рухомий кінець трубки через систему передач з'єднаний з повзунком 2 реостатного перетворювача 3. Очевидно, що значення вихідного опору буде певною функцією вимірюваного тиску.
Рис.5 – Давач реостатного манометра Література Поліщук Є.С. Методи та засоби вимірювань неелектричних величин: підручник. – Львів: Видавництво Державного університету „Львівська політехніка”, 2000. 360с.(с45-86)
