Резистивные преобразователи перемещения
СОДЕРЖАНИЕ:
Стр.
Введение ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3
I.Контактные преобразователи
1. принцип действия и основные типы контактных преобразователей-------------------------------------------------------- 4
2. требования к электрической цепи, область применения ------------------------------------------------------------------------- 6
II. Реостатные преобразователи
2.1 принцип действия ------------------------------------------------------------------------------- 8
2.2 классификация реостатных преобразователей по
конструктивным особенностям --------------------------------------------------- 9
2.3 функция преобразования ------------------------------------------------------------------11
2.4 чувствительность---------------------------------------------------------------------------------13
2.5 точностные характеристики--------------------------------------------------------------14
2.6 схемы включения в измерительную цепь------------------------------------ 15
2.7 эксплуатационные характеристики------------------------------------------------ 18
2.8 область применения----------------------------------------------------------------------------- 18
Заключение----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 20
Контрольные вопросы-------------------------------------------------------------------------------------- 21
Список литературы-------------------------------------------------------------------------------------------- 22
ВВЕДЕНИЕ
Резистивные преобразователи перемещения составляют широкий класс измерительных преобразователей. В преобразователях данного типа измеряемая неэлектрическая величина (перемещение) преобразуется в электрическую (напряжение или ток) величину, которая затем может быть передана в измерительный тракт и представлена в форме, удобной для дальнейшей обработки, хранения, передачи и непосредственного восприятия человеком. Поэтому резистивные преобразователи перемещения широко применяются в технике в качестве промежуточных элементов измерительных и регулирующих устройств.
Электромеханические резистивные преобразователи перемещения представлены реостатными и контактными преобразователями. Если у контактных преобразователей выходной величиной является замкнутое или разомкнутое состояние контактов (т.е. выходная величина принимает только дискретные значения), то у реостатных преобразователей выходная величина непрерывна и представляет собой изменение сопротивления, пропорциональное перемещению движка.
Изменение сопротивления (при постоянстве всех остальных параметров электрической цепи) может быть однозначно преобразовано в изменение напряжения или тока. В этом заключается основной принцип действия электромеханических резистивных преобразователей перемещения.
В данной работе рассматриваются также способы включения рассматриваемых преобразователей в измерительную цепь, точностные характеристики, конструктивные особенности, эксплуатационные свойства и другие вопросы.
I. Контактные преобразователи
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ОСНОВНЫЕ ТИПЫКОНТАКТНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Контактными называются измерительные преобразователи, в которых измеряемое механическое перемещение преобразуется в замкнутое или разомкнутое состояние контактов, управляющих электрической цепью. Таким образом, естественной входной величиной контактных преобразователей является пространственное перемещение.
Простейший контактный преобразователь является однопредельным и имеет одну пару контактов (рис.1- а), замыкание которых происходит в функции измеряемого перемещения, например изменения размера изделия 1. При увеличении размера изделия переместится шток 2, и укрепленный на нем контактирующий элемент 3 войдет в соприкосновение с контактом 4. При этом активное сопротивление между контактами 3 и 4 изменится от бесконечности до малой величины, определяемой значением контактного сопротивления.
При контроле размеров чаще всего используютсядвухпредельные контактные преобразователи с двумя парами контактов (рис.1- б). Встречаются конструкции многопредельных преобразователей с несколькими парами контактов (рис.1- в); контакты могут быть расположены как с обеих сторон контактирующего элемента, так и с одной его стороны.
Контактные преобразователи могут работать либо на замыкание (или размыкание) всей цепи, либо на замыкание (размыкание) участка цепи (рис.1- г).
Рис.1 Основные типы контактных преобразователей
Конструктивно измерительный шток закрепляют на плоских пружинах (рис.2- а) или помещают в цилиндрические направляющие (рис.2- б). С точки зрения точности работы преобразователя оба способа закрепления щитка равноценны, однако при применении цилиндрических направляющих требуется защита от загрязнения и создание дополнительного устройства, предотвращающего поворот щитка.
Рис.2 Способы крепления штока контактного преобразователя
Для повышения чувствительности преобразователя и облегчения настройки неподвижных контактов часто применяют рычажную передачу, увеличивающую перемещение контактирующего элемента по сравнению с перемещением штока преобразователя. Крепление рычага целесообразнее всего осуществлять на крестообразно расположенных плоских пружинах (рис.2- б). При таком креплении отсутствует сухое трение. Ось вращения рычага проходит по линии пересечения пружин.
Контакты в преобразователях обычно имеют сферическую поверхность (часто один из контактов – плоский). У подобных контактов контактная точка образуется близко к центральной точке сферической поверхности контакта и по мере износа превращается в небольшую площадку круглой формы.
Контакты являются наиболее ответственной частью преобразователя. Материал, конструкция и выполнение контактов, а также режим их работы, определяют как точность, так и надежность и стабильность работы преобразователя во времени.
Особенно опасен для контактов такой режим работы, при котором между контактами возникает электрическая дуга. Дуга может появиться при размыкании контактов или пробое (при их сближении), если ток и напряжение между контактами больше некоторых значений I0 и U0, определенных для каждого из контактных материалов. Например, для серебра и меди значения I0 и U0 равны примерно 0.4А и 13В соответственно, для платины и вольфрама 0.9А и 17В, а для сплава платины и иридия 0.74А и 20В. Если ток между контактами меньше тока I0, то возникает искра. Для уменьшения мощности искры или дуги применяют цепи искропогашения, например, шунтируют контактный промежуток цепью из последовательно соединенных конденсатора и активного сопротивления (рис. 1- а).
В результате образования дуги (или искры) между контактами происходит износ контактов (эрозия). Однако эрозия возможна и при отсутствии дуги или искры. При весьма малых расстояниях между контактами (меньших длины свободного пробега электрона) между ними создается электрическое поле значительного градиента (при напряжении 10В и расстоянии между контактами 1мкм градиент поля равен 10000В/мм). Электроны, вырываемые из «катода» этим полем, бомбардируют «анод», разрыхляют его, вследствие чего ионы анода переносятся на катод; на катоде образуется выступ, а на аноде – углубление. При медленном размыкании контактов наблюдается возникновение металлических мостиков из материала анода.
Разрушение контактной поверхности может произойти также вследствие коррозии, т.е. образования оксидных, сульфидных и других пленок на контактах. В частности, образованию коррозии способствуют химические реагенты, выделяющиеся из некоторых изоляционных материалов. Так, при применении в конструкции преобразователя деталей из резины и эбонита, содержащих серу и сернистые соединения, происходит коррозия серебряных контактов. При применении деталей из текстолита и гетинакса, содержащих свободный фенол, возникает коррозия контактов из вольфрама. Поэтому следует критически относиться к выбору изоляционных материалов, используемых в преобразователе, отдавая предпочтение керамике.
Уменьшения влияния эрозии можно добиться соответствующим выбором материала контактов, расстояния между ними и электрических параметров цепи, замыкаемой контактами.