Потенціометри лінійних переміщень

Потенціометри лінійних переміщень (ПЛП) - це електромеханічні пристрої, які використовуються для вимірювання лінійного переміщення об'єкта або для вимірювання кутового переміщення, яке може бути перетворене на лінійне переміщення.

Основна структура ПЛП складається з провідника, який називається потенціометром, та змінювача опору, який пов'язаний з рухомим об'єктом. Потенціометр складається з декількох провідників, розміщених паралельно один одному, з'єднаних з вхідним джерелом напруги. Змінювач опору складається з рухомого контакту, який рухається вздовж потенціометра, та двох затискачів, які з'єднують змінювач опору зі зовнішніми електричними схемами.

При русі об'єкта змінюється положення рухомого контакту, що в свою чергу змінює опір потенціометра. Це змінює вихідну напругу потенціометра, що може бути зчитано зі змінювача опору. Із залежності опору потенціометра від положення рухомого контакту можна обчислити переміщення об'єкта.

Потенціометри лінійних переміщень використовуються у багатьох галузях, включаючи автомобільну та авіаційну промисловість, медицину, науку та інженерію. Вони широко застосовуються у системах керування та автоматизації, а також для вимірювання руху об'єктів у наукових дослідженнях.

Існує декілька типів конструкцій ПЛП, які можуть бути виконані в залежності від вимог до точності вимірювання, робочих умов та інших факторів

Одним з варіантів є Двірникові ПЛП. Двірникові ПЛП: у таких ПЛП використовуються дві пластини, одна з яких виконує роль рухомого контакту, а інша - стаціонарна. Рухомий контакт змінює опір між цими двома пластинами. Такий тип ПЛП забезпечує кращу точність, ніж провідникові ПЛП, але вимагає більшої довжини і більшої кількості матеріалу.

Звичайні двірникові потенціометри складаються з трьох головних елементів: рухомого контакту, стаціонарного елементу і контактного потенціометра. Рухомий контакт є чутливим до зміни положення, а стаціонарний елемент містить певний опір, який залежить від довжини стаціонарного елементу між контактами. Рухомий контакт забезпечує зміну контактної ділянки на стаціонарному елементі, і в результаті змінюється загальний опір ПЛП.

Стаціонарний елемент може мати форму прямокутника, круга або спіралі. У деяких випадках для збільшення точності вимірювань можуть використовуватися металізовані шари на нержавіючій сталі. Матеріал стаціонарного елемента може бути різним, включаючи вуглецеву кераміку, металеву плівку, вуглецеву плівку або композитні матеріали.

Контактний потенціометр - це третій елемент ПЛП, який складається з регульованого резистора, який може бути використаний для регулювання опору ПЛП відповідно до вимог користувача. Цей елемент відповідає за точність і чутливість ПЛП.

У залежності від вимог до точності, розміру, форми та матеріалу рухомого контакту та стаціонарного елемента, можуть бути виконані різні типи двірникових потенціометрів. Вони можуть бути високоточними, середньоточними або низькоточними, залежно від вимог до точності вимірювання.

Зазвичай ПЛП можуть мати два типи вихідних сигналів - аналоговий та цифровий. Аналоговий сигнал зазвичай вимірюється в омах (Ом) і може бути представлений резистивним сигналом, наприклад, 5 кОм. Цифровий сигнал зазвичай вимірюється в міліамперах (мА) і може бути представлений сигналом 4-20 мА, де 4 мА відповідає мінімальному значенню переміщення, а 20 мА відповідає максимальному значенню переміщення. Вибір між резистивним сигналом та сигналом 4-20 мА залежить від конкретних вимог до системи вимірювання та електронної обробки даних.

Резистивний вихідний сигнал зазвичай подається на виході ПЛП у вигляді змінного опору, значення якого змінюється залежно від переміщення рухомої контактної пластини вздовж резистивної доріжки. Зазвичай використовуються потенціометри зі сталою резистивною доріжкою, що забезпечує лінійну залежність між переміщенням та зміною опору.

Наприклад, якщо потенціометр має резистивну доріжку 5 кОм, значення опору можуть змінюватися від 0 до 5 кОм в залежності від переміщення. Такий сигнал можна зчитати з використанням простої електричної схеми, що включає джерело живлення, вимірювальний прилад (наприклад, вольтметр) та резистор. Але для більш точного вимірювання зазвичай використовуються спеціалізовані аналого-цифрові пристрої (АЦП), які можуть зчитати значення опору та перетворити його в цифровий формат.

Сигнал 4-20 мА є типом вихідного сигналу, який зазвичай використовується в промисловій автоматизації для передачі вимірювальних даних. Він передається через провідники зі стандартним опором (зазвичай 250 Ом) і вимірюється в міліамперах. Значення 4 мА відповідає мінімальному значенню переміщення, а 20 мА відповідає максимальному значенню переміщення.

Потенціометри лінійних переміщень можуть мати різні конструкції в залежності від їхнього призначення та використовуваних матеріалів. Для лінійних потенціометрів існують такі конструкції:

Потенціометри зі штоком (або стержнем) - у цих потенціометрів зміщення відбувається за допомогою штоку, який виходить з корпусу приладу. Такі потенціометри використовуються, наприклад, для вимірювання відносних переміщень у пристроях пневматичної та гідравлічної автоматики.

Потенціометри з шарнірами - у цих потенціометрів використовуються шарніри, які забезпечують обмежений рух рухомої частини. Такі потенціометри можуть використовуватися для вимірювання кутового переміщення, наприклад, в приводах керма автомобілів.

Повзункові потенціометри - у цих потенціометрів рухома контактна пластина зміщується вздовж резистивної доріжки за допомогою повзуна, що забезпечує більш точну регулювання та забезпечує більшу довговічність.

Крім того, існують такі типи потенціометрів, як кутові та поворотні, які використовуються для вимірювання кутового переміщення. У кутових потенціометрів замість резистивної доріжки використовується ротаційна доріжка, а у поворотних потенціометрів рухома контактна пластина зміщується за допомогою повороту осі приладу.