पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर

एक पोटेंशियोमीटर सेंसर एक वेरिएबल रेसिस्टर है, जिस पर आपूर्ति वोल्टेज लगाया जाता है, इसका इनपुट मान वर्तमान-संग्रहीत संपर्क का रैखिक या कोणीय विस्थापन है, और आउटपुट मान इस संपर्क द्वारा लिया गया वोल्टेज है, जो इसकी स्थिति के रूप में परिमाण में बदलता है। परिवर्तन।

पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर को रैखिक या कोणीय विस्थापन को विद्युत संकेत में बदलने के साथ-साथ एक सतत प्रकार के स्वचालित और स्वचालित उपकरणों में सरलतम कार्यात्मक निर्भरता को पुन: उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर कनेक्शन आरेख

प्रतिरोध द्वारा, पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर में विभाजित हैं

• निरंतर प्रतिरोध के साथ लैमेलस;

• तार का तार निरंतर घुमावदार के साथ;

• एक प्रतिरोधक परत के साथ।

लैमेलर पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर का उपयोग कुछ डिज़ाइन दोषों के कारण अपेक्षाकृत मोटे माप के संचालन के लिए किया गया था।

इस तरह के सेंसर में, एक विशेष तरीके से नाममात्र रूप से चुने गए निरंतर प्रतिरोधों को लैमेली में मिलाप किया जाता है।

लैमेला वैकल्पिक प्रवाहकीय और गैर-प्रवाहकीय तत्वों के साथ एक संरचना है जिस पर कलेक्टर संपर्क स्लाइड करता है।जब वर्तमान कलेक्टर को एक संवाहक तत्व से दूसरे में ले जाया जाता है, तो इससे जुड़े प्रतिरोधों का कुल प्रतिरोध एक प्रतिरोध के नाममात्र मूल्य के अनुरूप राशि से बदल जाता है। प्रतिरोध में परिवर्तन एक विस्तृत श्रृंखला में हो सकता है। माप त्रुटि संपर्क पैड के आकार से निर्धारित होती है।

लैमेलर पोटेंशियोमीटर सेंसर

वायर पोटेंशियोमीटर सेंसर अधिक सटीक माप के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। एक नियम के रूप में, उनके डिजाइन गेटिनैक्स, टेक्स्टोलाइट या सिरेमिक से बने एक फ्रेम होते हैं, जिस पर एक पतली तार एक परत में लपेटी जाती है, एक मोड़ में बदल जाती है, जिसकी साफ सतह पर एक वर्तमान संग्राहक स्लाइड करता है।

तार का व्यास निर्धारित करता है एक्यूरेसी क्लास पोटेंशियोमीटर सेंसर (उच्च 0.03-0.1 मिमी है, निम्न 0.1-0.4 मिमी है)। तार सामग्री: महान धातुओं पर आधारित मैंगनीन, फेच्रल, मिश्र धातु। तार को टूटने से बचाने के लिए स्लिप रिंग नरम सामग्री से बनी होती है।

पोटेंशियोमीटर सेंसर के फायदे:

• डिजाइन की सादगी;

• छोटा आकार और वजन;

• स्थिर विशेषताओं की रैखिकता का उच्च स्तर;

• विशेषताओं की स्थिरता;

• प्रत्यावर्ती धारा और प्रत्यक्ष धारा पर संचालन की संभावना।

पोटेंशियोमीटर सेंसर के नुकसान:

• एक फिसलने वाले संपर्क की उपस्थिति, जो संपर्क ट्रेस के ऑक्सीकरण, घुमावों को रगड़ने या स्लाइडर के झुकने के कारण नुकसान पहुंचा सकता है;

• भार के कारण संचालन में त्रुटि;

• अपेक्षाकृत छोटा रूपांतरण कारक;

• उच्च संवेदनशीलता दहलीज;

• शोर की उपस्थिति;

• आवेग निर्वहन के प्रभाव में विद्युत क्षरण की संवेदनशीलता।

पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर की स्थिर विशेषता

एक अपरिवर्तनीय पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर की स्थिर विशेषता

आइए एक उदाहरण के रूप में एक निरंतर कॉइल के साथ एक पोटेंशियोमीटर सेंसर पर विचार करें। एक एसी या डीसी वोल्टेज यू को पोटेंशियोमीटर टर्मिनलों पर लागू किया जाता है। इनपुट मान विस्थापन एक्स है, आउटपुट मान वोल्टेज यूआउट है। निष्क्रिय मोड के लिए, सेंसर की स्थिर विशेषता रैखिक है क्योंकि संबंध सत्य है: यूआउट = (यू / आर) आर,

जहां आर कुंडल प्रतिरोध है; आर कॉइल के एक हिस्से का प्रतिरोध है।

यह देखते हुए कि r / R = x / l, जहाँ l कुंडल की कुल लंबाई है, हम Uout = (U / l) x = Kx [V / m] प्राप्त करते हैं,

जहाँ K सेंसर का रूपांतरण (संचरण) गुणांक है।

जाहिर है, ऐसा सेंसर इनपुट सिग्नल के संकेत में बदलाव का जवाब नहीं देगा (सेंसर अपरिवर्तनीय है)। ऐसी योजनाएं हैं जो हस्ताक्षरों में परिवर्तन के प्रति संवेदनशील हैं। इस तरह के सेंसर की स्थिर विशेषता का रूप चित्र में दिखाया गया है।

एक पोटेंशियोमीटर सेंसर का प्रतिवर्ती सर्किट

एक प्रतिवर्ती पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर की स्थिर विशेषता

विभिन्न प्रकार की त्रुटियों की उपस्थिति के कारण परिणामी आदर्श विशेषताएँ वास्तविक से काफी भिन्न हो सकती हैं:

1. मृत क्षेत्र।

आउटपुट वोल्टेज बारी-बारी से अलग-अलग होता है, अर्थात यह क्षेत्र तब होता है, जब एक छोटे से इनपुट मान के लिए, Uout नहीं बदलता है।

वोल्टेज कूद का परिमाण सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है: DU = U / W, जहाँ W घुमावों की संख्या है।

संवेदनशीलता दहलीज कुंडल तार के व्यास द्वारा निर्धारित की जाती है: डीएक्स = एल / डब्ल्यू।

डेड बैंड के लिए पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर

2. तार व्यास, प्रतिरोध और घुमावदार पिच की परिवर्तनशीलता के कारण स्थिर विशेषताओं की अनियमितता।

3. मोटर के रोटेशन के अक्ष और गाइड आस्तीन के बीच हुई बैकलैश से त्रुटि (इसे कम करने के लिए संपीड़न स्प्रिंग्स का उपयोग किया जाता है)।

4.घर्षण के कारण त्रुटि।

पोटेंशियोमीटर सेंसर के ब्रश को चलाने वाले तत्व की कम शक्तियों पर, घर्षण के कारण ठहराव क्षेत्र हो सकता है।

ब्रश के दबाव को सावधानीपूर्वक समायोजित किया जाना चाहिए।

5. भार प्रभाव के कारण त्रुटि।

लोड की प्रकृति के आधार पर, स्थिर और गतिशील मोड दोनों में त्रुटि होती है। एक सक्रिय भार के साथ, स्थिर विशेषता बदल जाती है। आउटपुट वोल्टेज मान अभिव्यक्ति के अनुसार निर्धारित किया जाएगा: Uout = (UrRn) / (RRn + Rr-r2)

इन। यूआउट = एफ (आर) आरएन पर निर्भर करता है। आरएन >> आर के साथ यह दिखाया जा सकता है कि यूआउट = (यू / आर) आर;

जब Rn लगभग R के बराबर होता है, तो निर्भरता गैर-रैखिक होती है और सेंसर की अधिकतम त्रुटि तब होगी जब स्लाइडर (2/3))l से विचलित होता है। आमतौर पर Rн / R = 10 … 100 चुनें। x = (2/3) l पर त्रुटि का परिमाण अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित किया जा सकता है: E = 4/27η, जहाँ η= Rн / R — भार गुणक।

लोड के तहत पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर

ए - लोड के साथ एक पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर का समतुल्य सर्किट, बी - पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर की स्थिर विशेषता पर लोड का प्रभाव।

पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर की गतिशील विशेषताएं

संचरण समारोह

ट्रांसफर फ़ंक्शन को प्राप्त करने के लिए, लोड करंट को आउटपुट मान के रूप में लेना अधिक सुविधाजनक है; यह समतुल्य जनरेटर प्रमेय का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है। बी = यूआउट0 / (आरवीएन + जेएन)

दो मामलों पर विचार करें:

1. लोड विशुद्ध रूप से सक्रिय है Zn = Rn क्योंकि Uout0 = K1x In = K1x / (Rin + Rn)

जहाँ K1 सेंसर की निष्क्रिय गति है।

लाप्लास परिवर्तन को लागू करते हुए, हम ट्रांसफर फ़ंक्शन W (p) = In (p) / X (p) = K1 / (Rin + Rn) = K प्राप्त करते हैं

इस तरह, हमें एक जड़ता रहित कनेक्शन प्राप्त हुआ, जिसका अर्थ है कि सेंसर में इस कनेक्शन के अनुरूप सभी आवृत्ति और समय विशेषताएँ हैं।

बराबर सर्किट

2. एक सक्रिय घटक के साथ आगमनात्मक भार।

यू = आरवीएनइन + एल (डीआईएन / डीटी) + आरएनएइन

लाप्लास परिवर्तन को लागू करने पर, हमें Uoutx (p) = In (p) [(Rvn + pL) + Rn] प्राप्त होता है।

रूपांतरणों के माध्यम से, W (p) = K / (Tp + 1) के रूप में एक हस्तांतरण फ़ंक्शन पर पहुंचा जा सकता है - पहले क्रम का एक एपेरियोडिक कनेक्शन,

जहां के = के 1 / (आरवीएन + आरएन)

टी = एल / (आरवीएन + आरएन);

पोटेंशियोमीटर सेंसर का आंतरिक शोर

जैसा कि दिखाया गया है, जैसे ही ब्रश बारी-बारी से चलता है, आउटपुट वोल्टेज अचानक बदल जाता है। स्टेपिंग द्वारा बनाई गई त्रुटि ट्रांसफर फ़ंक्शन के आउटपुट वोल्टेज पर लगाए गए सॉटूथ वोल्टेज के रूप में होती है, यानी। शोर है। यदि ब्रश कंपन करता है, तो गति भी शोर (हस्तक्षेप) पैदा करती है। कंपन शोर का आवृत्ति स्पेक्ट्रम ऑडियो फ्रीक्वेंसी रेंज में है।

कंपन को खत्म करने के लिए, पेंटोग्राफ एक साथ मुड़े हुए अलग-अलग लंबाई के कई तारों से बने होते हैं। फिर प्रत्येक तार की प्राकृतिक आवृत्ति अलग होगी, यह तकनीकी अनुनाद की उपस्थिति को रोकता है। थर्मल शोर का स्तर कम है, उन्हें विशेष रूप से संवेदनशील प्रणालियों में ध्यान में रखा जाता है।

कार्यात्मक पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि स्वचालन में कार्यात्मक हस्तांतरण कार्यों का उपयोग अक्सर गैर-रैखिक निर्भरता प्राप्त करने के लिए किया जाता है। वे तीन तरीकों से निर्मित होते हैं:

• कॉइल के साथ तार के व्यास को बदलना;

• कॉइल पिच परिवर्तन;

• एक निश्चित विन्यास के साथ एक फ्रेम का उपयोग;

• विभिन्न आकारों के प्रतिरोधों के साथ रेखीय पोटेंशियोमीटर के वर्गों का संचालन करके।

उदाहरण के लिए, तीसरी विधि के अनुसार द्विघात निर्भरता प्राप्त करने के लिए, फ्रेम की चौड़ाई को रैखिक रूप से बदलना आवश्यक है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।

कार्यात्मक पोटेंशियोमीटर सेंसर

मल्टी-टर्न पोटेंशियोमीटर

पारंपरिक पोटेंशियोमीटर सेंसर की एक सीमित ऑपरेटिंग रेंज होती है। इसका मूल्य फ्रेम के ज्यामितीय आयामों और घुमावों की संख्या से निर्धारित होता है। वे अनिश्चित काल तक नहीं बढ़ सकते। इसलिए, मल्टी-टर्न पोटेंशियोमीटर सेंसर ने आवेदन पाया है, जहां एक प्रतिरोधक तत्व को सर्पिल रेखा में कई घुमावों के साथ घुमाया जाता है, उनकी धुरी को कई बार घुमाया जाना चाहिए ताकि मोटर कॉइल के एक छोर से दूसरे छोर तक जाए, यानी। ऐसे सेंसर की विद्युत सीमा 3600 की एक बहु है।

मल्टी-टर्न पोटेंशियोमीटर का मुख्य लाभ उनका उच्च रिज़ॉल्यूशन और सटीकता है, जो छोटे समग्र आयामों के साथ प्रतिरोधक तत्व की बड़ी लंबाई के कारण प्राप्त होता है।

फोटोपोटेंशियोमीटर

फोटोपोटेंशियोमीटर एक प्रतिरोधक परत के साथ पारंपरिक पोटेंशियोमीटर का एक गैर-संपर्क एनालॉग है, इसमें यांत्रिक संपर्क को एक फोटोकंडक्टिव द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, जो निश्चित रूप से विश्वसनीयता और सेवा जीवन को बढ़ाता है। फोटोपोटेंशियोमीटर से संकेत एक प्रकाश जांच द्वारा नियंत्रित किया जाता है जो स्लाइडर के रूप में कार्य करता है। यह एक विशेष ऑप्टिकल उपकरण द्वारा बनता है और फोटोकंडक्टिव परत के साथ बाहरी यांत्रिक क्रिया के परिणामस्वरूप विस्थापित हो सकता है। उस बिंदु पर जहां फोटोलेयर उजागर होता है, अतिरिक्त (अंधेरे की तुलना में) फोटोकंडक्टिविटी होती है और एक विद्युत संपर्क बनाया जाता है।

Photopotentiometers उद्देश्य से रैखिक और कार्यात्मक में विभाजित हैं।

कार्यात्मक फोटोपोटेंशियोमीटर प्रकाश स्रोत के स्थानिक संचलन को एक विशिष्ट प्रतिरोधक परत (हाइपरबोलिक, एक्सपोनेंशियल, लॉगरिदमिक) के कारण दिए गए कार्यात्मक रूप से विद्युत संकेत में परिवर्तित करने की अनुमति देते हैं।