Потенциометры линейных перемещений

Потенциометры линейных перемещений (ПЛП) – это электромеханические устройства, которые используются для измерения линейного перемещения объекта или для измерения углового перемещения, которое может быть преобразовано в линейное перемещение.

Основная структура ПЦП состоит из проводника, который называется потенциометром, и изменителя сопротивления, связанного с движущимся объектом. Потенциометр состоит из нескольких проводников, размещённых параллельно друг другу, соединенных с входным источником напряжения. Изменитель сопротивления состоит из подвижного контакта, двигающегося вдоль потенциометра, и двух зажимов, соединяющих изменитель сопротивления с внешними электрическими схемами.

При движении объекта меняется положение подвижного контакта, что в свою очередь изменяет сопротивление потенциометра. Это изменяет выходное напряжение потенциометра, которое может быть считано с изменителя сопротивления. Из зависимости сопротивления потенциометра от положения подвижного контакта можно вычислить перемещение объекта.

Потенциометры линейных перемещений используются во многих сферах, включая автомобильную и авиационную промышленность, медицину, науку и инженерию. Они широко используются в системах управления и автоматизации, а также для измерения движения объектов в научных исследованиях.

Существует несколько типов конструкций ПЛП, которые могут быть выполнены в зависимости от требований к точности измерения, рабочих условий и других факторов.

Одним из вариантов является Дворниковая ПЛП. Дворниковые ПЛП: в таких ПЛП используются две пластины, одна из которых выполняет роль подвижного контакта, а другая – стационарная. Подвижный контакт изменяет сопротивление между двумя пластинами. Такой тип ПЛП обеспечивает лучшую точность, чем проводнику ПЛП, но требует большей длины и большего количества материала.

Обычные дворниковые потенциометры состоят из трех основных элементов: подвижного контакта, стационарного элемента и контактного потенциометра. Подвижный контакт чувствителен к изменению положения, а стационарный элемент содержит определенное сопротивление, которое зависит от длины стационарного элемента между контактами. Подвижный контакт обеспечивает изменение контактного участка на стационарном элементе, и в результате меняется общее сопротивление ПЦП.

Стационарный элемент может иметь форму прямоугольника, круга или спирали. В некоторых случаях для увеличения точности измерений могут использоваться металлизированные слои на нержавеющей стали. Материал стационарного элемента может быть разным, включая углеродную керамику, металлическую пленку, углеродную пленку или композитные материалы.

Контактный потенциометр – это третий элемент ПЛП, состоящий из регулируемого резистора, который может быть использован для регулирования сопротивления ПЛП в соответствии с требованиями пользователя. Этот элемент отвечает за точность и чувствительность ПЦП.

В зависимости от требований к точности, размеру, форме и материалу подвижного контакта и стационарного элемента могут быть выполнены различные типы дворниковых потенциометров. Они могут быть высокоточными, среднеточными или низкоточными в зависимости от требований к точности измерения.

Обычно ПЛП могут иметь два типа выходных сигналов – аналоговый и цифровой. Аналоговый сигнал обычно измеряется в омах (Ом) и может быть представлен резистивным сигналом, например 5 кОм. Цифровой сигнал обычно измеряется в миллиамперах (мА) и может быть представлен сигналом 4-20 мА, где 4 мА соответствует минимальному значению перемещения, а 20 мА соответствует максимальному значению перемещения. Выбор между резистивным сигналом и 4-20 мА зависит от конкретных требований к системе измерения и электронной обработки данных.

Резистивный выходной сигнал обычно подается на выходе ПЦП в виде переменного сопротивления, значение которого изменяется в зависимости от перемещения подвижной контактной пластины вдоль резистивной дорожки. Обычно используются потенциометры с установившейся резистивной дорожкой, что обеспечивает линейную зависимость между перемещением и изменением сопротивления.

К примеру, если потенциометр имеет резистивную дорожку 5 кОм, значения сопротивления могут изменяться от 0 до 5 кОм в зависимости от перемещения. Такой сигнал можно считать с использованием простой электрической схемы, включающей источник питания, измерительный прибор (например, вольтметр) и резистор. Но для более точного измерения обычно используются специализированные аналого-цифровые устройства (АЦП), которые могут считать значение сопротивления и преобразовать его в цифровой формат.

Сигнал 4-20 мА является типом выходного сигнала, обычно используемого в промышленной автоматизации для передачи измерительных данных. Он передается через проводники со стандартным сопротивлением (обычно 250 Ом) и измеряется в миллиамперах. Значение 4 мА соответствует минимальному перемещению, а 20 мА соответствует максимальному перемещению.

Потенциометры линейных перемещений могут иметь разные конструкции в зависимости от их назначения и используемых материалов. Для линейных потенциометров существуют следующие конструкции:

Потенциометры со штоком (или стержнем) – у этих потенциометров смещение происходит с помощью штока, выходящего из корпуса прибора. Такие потенциометры используются, например для измерения относительных перемещений в устройствах пневматической и гидравлической автоматики.

Потенциометры с шарнирами – в этих потенциометрах используются шарниры, обеспечивающие ограниченное движение подвижной части. Такие потенциометры могут использоваться для измерения углового перемещения, например в приводах руля автомобилей.

Ползуночные потенциометры – у этих потенциометров подвижная контактная пластина смещается вдоль резистивной дорожки с помощью ползуна, что обеспечивает более точную регулировку и обеспечивает большую долговечность.

Кроме того, существуют такие типы потенциометров как угловые и поворотные, которые используются для измерения углового перемещения. В угловых потенциометрах вместо резистивной дорожки используется ротационная дорожка, а у поворотных потенциометров подвижная контактная пластина смещается посредством поворота оси прибора.