Резистивные преобразователи

В работе резистивных преобразователей используют различные эффекты, вызывающие изменение активного электрического сопротивления под действием перемещения.

Простейшим резистивным преобразователем является контактный преобразователь (рис. 7.1, а), имеющий один электрический контакт. При приложении между основанием и штоком через скобы растягивающего усилия происходит их взаимное перемещение. При этом выступ штока воздействует на нижнюю пластину и контакт замыкается. Таким образом, данный преобразователь способен формировать два значения сигнала: сопротивление равно бесконечности или сопротивление равно нулю.

Рис. 7.1 Схемы резистивных измерительных преобразователей:

1 – скоба; 2 – направляющие втулки; 3,6 – контактные пластины; 4 – основание; 5 – выступ штока; 7– шток; 8– выводы; 9– электроды; 10– угольный порошок; 11 – резиновая трубка; 12– резиновые изоляторы; 13 – столбик из электропроводящих пластин или угольных таблеток; 14 – полоска электропроводящей резины; 15– подвижные щетки; 16– токосъемная шина; 17– каркас; 18– источник стабилизированного напряжения; 19– намотка; 20– токосъемное кольцо

В работе контактно-резистивных преобразователей (рис. 7.1, б и в) используется явление изменения сопротивления между находящимися в контакте электропроводящими элементами. Преобразователь (рис. 7.1,б) содержит резиновую трубку с угольным порошком, в торцах которой размещены электроды. При растяжении трубки ее поперечное сечение уменьшается, что приводит к увеличению контактного сопротивления между гранулами угольного порошка и общего сопротивления преобразователя.

Преобразователь, показанный на рис. 7.1, в, содержит столбик из нескольких слоев электропроводящей бумаги, металлических пластинок, на поверхности которых путем напыления нанесен высокоомный резистивный слой, или угольных таблеток, вмонтированных в резиновый изолятор. При осевом сжатии такого изолятора уменьшается его сопротивление за счет уменьшения контактного сопротивления между слоями.

Зависимость сопротивления R_k преобразователей, показанных на рис. 1, б и в, от перемещения (деформации) в первом приближении имеет вид

, ( 1)

где R₀ – начальное сопротивление преобразователя; – постоянный коэффициент.

В выражении (1) знак «плюс» соответствует растяжению, а знак «минус» – сжатию преобразователя.

Совсем простым по конструкции является резистивный преобразователь (рис. 7.1, г), в котором в качестве чувствительного элемента используется полоска из электропроводящей резины. При растяжении сопротивление резиновой полоски увеличивается в первом приближении пропорционально значению деформации.

Реостатные преобразователи линейных (рис. 7.1, д) и угловых (рис. 7.1, е) перемещений представляют собой реостаты, движок которых механически связан с элементом, чьи перемещения подлежат преобразованию. Для намотки реостатов используется тонкая манга и новая лакированная проволока, а их конструкция аналогична конструкции рассмотренных в гл. 3 реохордов для потенциометров и уравновешенных мостов. К намотке подключается стабилизированный источник напряжения. Выходным сигналом является напряжение, снимаемое между подвижной щеткой, находящейся в контакте с шиной (рис. 7.1, д) или кольцом (рис. 7.1, е), и одним из концов намотки. Наиболее распространенным является включение реостатных преобразователей как управляемых делителей напряжения (рис. 7.1, ж).

При перемещении щетки по намотке реостата та или иная доля напряжения питания поступает к вольтметру и служит выходным сигналом преобразователя. Этот сигнал в случае, когда для его измерений используется вольтметр с большим входным сопротивлением, описывается выражением

,,

где U_ст – стабилизированное напряжение питания; L – длина намотки реостата; – преобразуемое линейное перемещение (перемещение щетки); φ_в – верхний предел измерений углового перемещения; φ – угловое перемещение.

Погрешность реостатных преобразователей в основном определяется погрешностью стабилизации питающего напряжения и обычно составляет ± (0,25–1,00) %.