Код решения: 0019918
Потенциометр вместо датчика
Требование стоимостной эффективности датчиков, применяемых в системах автоматизации, является особенно актуальным. Создаваемые системы должны не только технически целесообразно выполнять заданные функции, но и обладать рыночными преимуществами. Такой результат может быть достигнут, благодаря применению в системах автоматики, потенциометров, которые адаптированы к определенному применению. Они должны соответствовать основным техническим требованиям, сохраняя приемлемую стоимость за счет невысоких характеристик и показателей, не относящихся к приоритетным. Например, экономия на стоимости материалов корпуса (IP-20) вполне допустима, если не требуется высокая степень защиты, Также считается оправданным, применение недорогих резистивных материалов, если разброс в 20 % номиналов сопротивления признается допустимым. То же касается долговечности эксплуатационного ресурса – при отсутствии острой необходимости в высоком значении этого показателя, возможно применение недорогих опорных подшипников.
В нашем случае, возможность сборки потенциометров, которые по совокупности своей стоимости и характеристик будут полностью адаптированы к конкретному применению, даст возможность получать изделие, обладающее преимуществами по своей конкурентоспособности.
Почти все потенциометрические датчики могут выпускаться с номиналами и степенью защиты, выбранными заказчиком. Также может быть задана требуемая длина оси и при необходимости обеспечена выступающая задняя часть вала (R22W, R33W, R33P). Выведение потенциометров такого типа на уровень более высоких параметров, будет сопровождаться вполне естественным удорожанием.
Существует ряд внешних факторов, лимитирующих применение потенциометров. Кроме часто упоминаемой вибрации, негативно влияющей на надежность работы ползунка и инициирующей быстрый износ проводящего слоя, существенным ограничением является скорость вращения оси потенциометра (скорость перемещения ползунка в линейном потенциометре), превышение которой также приводит к преждевременному отказу.
Имеются и менее известные факторы, которые также важны для эффективного применения потенциометрических датчиков:
• сопряжение входного импеданса измерительного усилителя с выходным сопротивлением потенциометра;
• спорадическое пропадание контакта ползунка по мере его износа.
Входной импеданс
Возможность контролировать напряжение, для всех систем автоматики является приоритетной задачей, которая требует исключительной точности и объективности. Для ограничения высокоомной интерференции и шумов, входной импеданс аналоговых схем обычно находится в диапазоне — 100 кОм. Если сопротивление потенциометра составляет, к примеру, 10 кОм, то ошибка измерения напряжения не превышает 1,5 % и может быть уменьшена при повышении входного сопротивления измерительного усилителя.
Спорадические пики контактного сопротивления
Системы опроса потенциометрических датчиков, как правило, отстраиваются в расчете на непрерывность поступающего от них выходного сигнала. В условиях постепенного износа потенциометра под воздействием его монтажной позиции, а также механических и климатических факторов, в произвольном месте его электрической рабочей зоны могут появляться спорадические пики контактного сопротивления ползунка, которым соответствует всплеск выходного сигнала. Среднестатистические показатели говорят о том, что этот эффект возникает практически у всех потенциометров в течение срока их эксплуатации. В системах прошлых поколений, этот эффект оставался незамеченным из-за его активного подавления входными емкостями измерительных усилителей, а также ограниченных возможностей и недостаточной чувствительности схем аналого-цифрового преобразования (АЦП).
В настоящее время быстродействующие АЦП в состоянии фиксировать этот эффект, даже если искажение сигнала от потенциометрического датчика носит очень кратковременный характер. Такая информация от датчика классифицируется электроникой управления как потенциальный отказ, и схема защиты срабатывает, согласно заданной программе. Достаточно часто оборудование миллионной стоимости принудительно останавливается из-за ложного выхода измеряемого параметра за установленные пределы. Радикально избавиться от последствий этого эффекта можно, прежде всего, за счет корректировки входной цепи измерительного усилителя.
Потенциометрические датчики по сей день остаются одним из самых востребованных элементов систем автоматики. Технологически их можно разделить на два типа:
• проволочные;
• выполненные на основе износостойкого токопроводящего пластика.
В зависимости от применяемого материала, определяется эксплуатационный ресурс потенциометрических датчиков. Параметрическая система этих устройств, применяемая при сравнительной оценке, включает допуски на номинальные значения сопротивления, разрешение, нелинейность и значение температурного коэффициента сопротивления,
В проволочных потенциометрах применяется намотка из легированного металла, которая обеспечивает минимальный допуск на такие значения, как номинал и нелинейность сопротивления, ресурс наработки и температурный коэффициент. Низкое значение разрешающей способности (переключения с витка на виток) и ограниченный эксплуатационный ресурс (105циклов), относятся к основным их недостаткам.
В потенциометрах на основе проводящего пластика, наносимого в виде расплава на подложку, преимущества и недостатки имеют прямо противоположное направление: на токопроводящем пластике очень сложно реализовать минимальный допуск по номиналу и добиться необходимой линейности сопротивления. Что касается температурного коэффициента сопротивления, то он намного выше, по сравнению с металлической проволокой. Однако ресурс наработки (105— 108 циклов) и разрешающая способность потенциометров на проводящем пластике, является их несомненным преимуществом.
Следует отметить, что столь противоположное распределение преимуществ и недостатков обеспечивает параллельное существование потенциометрических датчиков обоих типов.
