Во избежание образования дуги или искры мощность, разрываемой контактами, не должна превосходить 100-150 мВт. Поэтому при применении в качестве сигнального, измерительного или исполнительного элемента устройств, потребляющих мощность меньше 100-150 мВт, их можно включать непосредственно в цепь контактов преобразователя. Если же эти элементы потребляют большую мощность, то их включают через усилители (релейные, полупроводниковые, ламповые и др.).
В качестве примера электрической цепи, в которой сигнальный элемент включен непосредственно в цепь контактов преобразователя, на рис.3- а приведена цепь прибора для разбраковки изделий на три группы:
годен, брак+, брак-. Как сигнальные использованы неоновые лампы, потребляющие мощность порядка 80-150 мВт (1-1.5мА при 80 –100 В). Ключом К замыкают измерительную цепь после того, как изделия установлено, непосредственно перед измерением.
В качестве примера включения исполнительного элемента (электромагнита) с усилителем на рис. 3- б показана цепь сортирующего автомата с ламповыми усилителями, питаемыми переменным током. При контроле годных деталей обе лампы отперты и оба электромагнита, катушки которых P1, P2 включены в анодные цепи ламп, возбуждены. При наличии брака, то есть при замыкании одного из контактов, соответствующая лампа запирается и электромагнит отпускает свой якорь, производя отбраковку деталей. Питание цепи контактов осуществляется через ключ К, работающий от кулачка, расположенного на распределительном валу автомата. При необходимости получения значительной мощности в электромагните разбраковочного автомата используются усилители на тиратронах.
Рис.3 Примеры электрических цепей с контактными преобразователями
II. Реостатные преобразователи
2.1 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Реостатным преобразователем называют реостат, движок которого перемещается под действием измеряемой неэлектрической величины. Естественной входной величиной реостатных преобразователей является перемещение движка, а выходной – сопротивление.
На рис. 4 показано устройство реостатного преобразователя.
На каркас 1 из изоляционного материала намотана с равномерным шагом проволока 2. Изоляция проволоки на верхней грани каркаса зачищается, и по металлу проволоки скользит щетка 3. Добавочная щетка 5 скользит по токосъемному кольцу 4. Обе щетки изолированы от приводного валика 6.
Рис. 4 Устройство реостатного преобразователя
Реостатные преобразователи выполняются как с проводом, намотанным на каркас, так и реохордного типа. Чаще всего используется провод из различных сплавов платины, обладающих повышенной коррозионной стойкостью и износостойкостью; применяется также манганин, константан, фехраль. Микропровод позволяет выполнять миниатюрные преобразователи, имеющие габариты до 5х5 мм.
Каркас выполняется из керамических материалов, пластмассы, гетинакса, металлов (алюминий, дюраль), покрытых слоем лака или оксидной изоляцией. Каркас должен обладать большой теплоотдачей.
Обмотку выполняют из эмалированного или оксидированного провода с последующим покрытием лаком. Следует выбирать материалы проволоки и каркаса так, чтобы их температурные коэффициенты расширения отличались бы незначительно. В противном случае изменение температуры преобразователя может привести к распусканию обмотки или к появлению недопустимых напряжений.
Токосъемные щетки выполняют в виде проволок или лент из бронзы, платиноиридиевого сплава и других упругих материалов или в виде ролика. Последний ставят с некоторым перекосом для обеспечения небольшого скользящего трения и зачистки контактной дорожки.
В жидкостных реостатах подвижным элементом является ртуть.
2. 2 КЛАССИФИКАЦИЯ РЕОСТАТНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПО КОНСТРУКТИВНЫМ ОСОБЕННОСТЯМ
Существует большое разнообразие конструкций реостатных преобразователей перемещения. Они могут быть проволочными и непроволочными. Проволочные отличаются высокой точностью преобразования и стабильностью функции преобразования. Их недостатки – низкая разрешающая способность, невысокое сопротивление (до десятков килоом). Указанные недостатки отсутствуют у непроволочных преобразователей, однако они значительно уступают проволочным по точностным характеристикам. Реостатные преобразователи делятся также на преобразователи с линейным и вращательным перемещением подвижного элемента.
Наиболее распространенными являются следующие конструкции реостатных преобразователей перемещения:
Многообходный преобразователь (рис. 5- а) состоит из кольцевого каркаса,
на который равномерно намотана обмотка. При вращении подвижного
контакта сопротивление возрастает от нуля до максимальной величины
(рис. 5- б). При прохождении контакта вне зоны обмотки сигнал отсутствует.
а) б)
|
зона нечувствительности
Рис. 5 Многообходный реостатный преобразователь:
а) конструкция; б) характеристика
Многооборотный преобразователь (рис. 6) обладает расширенным
диапазоном входных величин, достигающим 25-40 оборотов. На
алюминиевый спиралевидный каркас наматывается проволочная обмотка.
Щетка, совершая вращательное и поступательное движения, скользит по
поверхности провода. При равномерной намотке провода статическая
характеристика преобразователя имеет линейный характер.
щетка
Рис. 6 Многооборотный реостатный преобразователь
Функциональный преобразователь (рис. 7) обеспечивает реализацию
функциональной статической характеристики. Функциональные
преобразователи могут иметь профилированную высоту каркаса (рис. 7- а)
при постоянной ширине, либо они состоят из ряда сопротивлений (рис. 7- б).
шунтируемых при замыкании контактов подвижным контактом.
б)
|
Рис.7 Функциональные преобразователи:
а) с переменной высотой каркаса; б) с шунтированными сопротивлениями
Выбирая форму каркаса, можно получить определенную функциональную зависимость между перемещением и выходным сопротивлением. Выходное сопротивление реостатного преобразователя, периметр каркаса p и входное перемещение x связаны между собой зависимостью:
(1)
r - сопротивление 1м провода
w0 - число витков на единицу длины преобразователя
Из заданной зависимости R= j(x) можно определить зависимость R= f(x)
2.3 ФУНКЦИЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
|
При перемещении подвижного элемента изменяется сопротивление преобразователя. Выходного сигнал преобразователя можно получать в виде напряжения или тока, как показано на рис.8
а) реостатный преобразователь б) реостатный преобразователь
перемещения в напряжение перемещения в ток
Рис. 8 Реостатные преобразователи перемещения
Статические характеристики реостатных преобразователей имеют следующий вид:
(2)
(3)
(4)
где:
RS - полное сопротивление реостата
Rab – сопротивление реостата, соответствующее перемещению движка на расстояние ab
W – число витков обмотки (обычно W составляет 100-200, а в прецизионных преобразователях – десятки тысяч)
d – диаметр провода обмотки
r - удельное сопротивление провода
h и s - высота и ширина каркаса
Xmax – максимально возможное перемещение подвижной части
Uсети - напряжение сети
На рис.9 показан вид статических характеристик реостатных преобразователей перемещения, а на рис. 10 приведены их структурные схемы.
а) б) в)
|
|
|
Рис. 9 Статические характеристики реостатных преобразователей
перемещения:
а) с выходным сопротивлением
б) с выходным напряжением
в) с выходной величиной тока
а)
X
|
 |  |
б)
|
|
 |  |  |
в)
|
|
| | |
Рис. 10 Структурные схемы реостатных преобразователей:
а) перемещения в сопротивление
б) перемещения в напряжение
в) перемещения в ток
2.4 ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ
Согласно формулам (2-4) чувствительность преобразователей можно увеличить за счет увеличения W, увеличения h и d, уменьшения d, использования проводов обмоток с большим удельным сопротивлением r.
Реостатные преобразователи аналогично контактным являются ступенчатыми (дискретными) преобразователями (за исключением преобразователей реохордного типа), поскольку непрерывному изменению входной величины соответствует ступенчатое изменение сопротивления.
Реальная статическая характеристика реостатных преобразователей имеет ступенчатый характер (рис.11). И поэтому при увеличении габаритов h и d происходит увеличение погрешности из-за ухудшения разрешающей способности, т.е. минимального значения входной величины, изменение которой вызывает изменение входной величины. Это обстоятельство вызывает погрешность квантования, уменьшающуюся при увеличении числа витков W преобразователя (при уменьшении диаметра обмотки d).При уменьшении диаметра провода обмотки d одновременно улучшается разрешающая способность преобразователя (рис.11- б), ступени при этом не заметны. Отсюда следует, что основные пути увеличения чувствительности:
уменьшение d и увеличение r.
а) б)
|
|
Рис. 11. Ступенчатые характеристики преобразователей:
а) с большим диаметром провода; б) с малым диаметром провода
2.5 ТОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Источники основной погрешности:
- загрязнение контактной пары щетка-провод и ее окисление;
- стирание контактной поверхности;
- гистерезис щетки преобразователя вследствие нежесткого ее крепления;
- температура внутреннего нагрева.
Источники дополнительной погрешности:
1) погрешность квантования 
(5)
2) влияние внешних магнитных полей на преобразователи с выходным током и напряжением, заключающееся в наведении дополнительной ЭДС в обмотке;
3) колебание частоты питающей сети;
4) колебание напряжения Uсети;
5) влажность воздуха;
6) изменение величины контактного сопротивления при изменении скорости перемещения подвижной части, которое может достигать значительных величин;
7) вибрация, которую уменьшают путем выполнения волосков щетки разной длины (это приводит к различным собственным частотам колебаний).
8) влияние внешней температуры на размеры h, d, d и удельное сопротивление r;
Суммарная погрешность, вызванная непостоянством параметров преобразователей составляет 0,05-0,1%. Температурная погрешность обычно не превышает 0,1% на 10 градусов.