Резистивный датчик положения Советский патент 1992 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерению электрическими методами неэлектрических величин и может быть использовано в качестве преобразователя механического перемещения подвижного органа (или угла поворота) в электрический сигнал.

Известные датчики положения содержат обмотку, расположенную обычно на каркасе, подвижный орган с токосъемником, скользящим по обмотке, и щетки, обеспечивающие электрический контакт с токосъемной лентой (или осью).

Наиболее близким по техническому решению и назначению (прототипом) может быть признан резистивный датчик положения (потенциометр), содержащий обмотку и подвижный орган, имеющий с витками обмотки электрический контакт через ползунок.

Однако для съема информации этот датчик дополнительно должен содержать неподвижный контакт с щетки, что

увеличивает габариты датчика, снижает его надежность. Кроме того, этот датчик имеет только одну функциональную зависимость, заложенную в его конструкции, что снижает область применения датчика.

Цель изобретения - расширение области применения, уменьшение габаритов и повышение надежности.

Эта цель достигается тем, что резистивный датчик положения, содержащий каркас с обмоткой, подвижный относительно обмотки контактный элемент, вывод обмотки которого и общая шина образуют электрический вход датчика, дополнительно снабжен второй, электрически изолированной от первой обмоткой, витки которой размещены между витками первой обмотки, а вывод второй обмотки и общая шина образуют электрический выход датчика.

Изобретение имеет более широкую область применения за счет того, что датчик имеет несколько вариантов включения, в за(Л

С

ч

о

оо

ю со

&ь

висимости от которых его выходная характеристика может быть линейной, вогнутой или выпуклой. Что касается исключения второго ползунка, связанного с токоотводом и самого токоотвода как такового, то это позволяет уменьшить габариты датчика, и повысить его надежность по сравнению с прототипом.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых приведены конструкции и электрическая схема датчика (фиг. 1). На фиг. 2 и 3 приведены некоторые примеры схем включения датчика и его выходные характеристики (зависимость относительного выходного напряжения U/E от относительного перемещения а I/L, где U - выходное напряжение, Е - напряжение источника пи- тания, I - расстояние, пройденное ползунком датчика от исходного состояния, L - длина датчика).

Первая обмотка датчика с выводами 1-2 и вторая обмотка с выводами 3-4 намотаны одновременно и за счет изоляции (или принудительного шага намотки) не имеют между собой гальванической связи (фиг. 1а). Датчик содержит контактный элемент 5, имеющий электрическую связь с витками обеих обмоток одновременно и закрепленный на подвижном органе 6 (механический вход датчика).

Электрическая схема датчика (фиг. 16) может быть представлена в виде двух потенциометров, имеющих объединенный контактный элемент (ползунок) 5.

На фиг. 2а приведена схема включения датчика по типу потенциометра, когда выводы 1 и 2 первой обмотки связаны с источником напряжения Е и общей шиной и образуют электрический оход датчика, а вы- вод 3 второй обмотки и общая шина образуют электрический выход датчика.

На фиг. 26 приведена схема включения датчика в виде реостата, когда вывод 1 первой обмотки и общая шина связаны с источником напряжения Е и образуют вход датчика, а вывод 3 второй обмотки и общая шина образуют электрический выход датчика и связаны с приемником сигнала, имеющим входное сопротивление RH.

На фиг. 2в приведена схема включения датчика, вход которого образован выводами 1 и 2 первой обмотки и общей шиной и связан с источником напряжения Е, выход датчика образован выводом 3 второй обмотки и общей шиной, причем вывод 4 второй обмотки связан с общей шиной.

Нэ фиг, За приведена передаточная характеристика датчика, включенного по схеме фиг. 2а. По оси абсцисс отложено относительное отклонение а электрического контакта 5 от исходного состояния (выводов 2 и 4), по оси ординат - относительное изменение выходного напряжения U/E. На фиг, 36 приведена передаточная характеристика датчика, включенного по схеме реостата (фиг. 26). Здесь по оси ординат отложено значение сопротивления г датчика как такового и значение тока i через датчик при разных сопротивлениях нагрузки

RH.

На схеме фиг. Зв приведена выходная характеристика датчика, включенного по схеме фиг. 2в.

Рассмотрим работу датчика в той или

иной схеме включения.

Подвижный контактный элемент 5 (фиг. 1), перемещаясь вдоль обмоток 1-2 и 3-4, одновременно замыкает те или иные витки обеих обмоток, начиная с крайних витков,

расположенных у выводов 2 и 3, и кончая витками, расположенными у выводов 1 и 3 (или в обратном направлении). При этом одна из обмоток выполняет роль потенциометра (фиг. 2а), а с вывода (выводов) второй

обмотки снимается выходной сигнал, как с движка обычного потенциометра.

Для нижнего по схеме фиг. 2а положения контактного элемента 5 замыкаются выводы 2 и 4. При этом выходное напряжение

между любым выводом второй обмотки и общей шиной равно нулю. По мере подъема контактного элемента 5 на вывод 3 поступает все большее напряжение с обмотки 1-2. Для линейного датчика выходной сигнал

пропорционален отклонению от исходного положения, в данном случае - от нижнего по схеме положения, что отражено на фиг. За в виде прямой линии U/E а.

Передаточная характеристика датчика,

включенного по схеме фиг. 26. нелинейна и зависит не только от самого датчика, сопротивление которого изменяется по линейному закону г (1-а) - 2R0, но и от сопротивления нагрузки RH приемника. При

5 этом

i E/(RH+r) - (1-a) - 2R0. На фиг. 36 приведено семейство передаточных характеристик при RHI RHZ RH3

0 На фиг. 2в приведена схема включения датчика, выходная характеристика которого имеет нелинейный характер (фиг. Зв). Происходит это из-за того, что нижняя по схеме часть первой обмотки, сопротивление кото5 рой равно a-Ro, шунтировано нижней по схеме частью второй обмотки, сопротивление которой также равно а - R0. Из схемы получается U Е-а/(2-а) или U/E а/(2-а). Приведенными примерами не исчерпываются варианты подключения датчика к измерительным и информационным системам и виды передаточных характеристик. Так в схемах фиг. 2а и 26 выход можно образовать выводом 4 или включенными параллельно выводами 3 и 4. Если при этом учесть сопротивление нагрузки, одинаковое для всех ва- риантов схем, то передаточные характеристики будут иметь разный вид.

Если в схеме фиг. 2в замкнуть выводы 1 и 3, а выход образовать выводом 4, то выходная характеристика превратится из вогнутой в выпуклую.

В качестве выходного параметра датчика может использоваться его сопротивление как таковое.

0

Кроме того, двухобмоточными могут быть выполнены и функциональные датчики. Формула изобретения Резистивный датчик положения, содержащий каркас с обмоткой, подвижный относительно обмотки контактный элемент, вывод обмотки и общая шина образуют электрический вход датчика, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, уменьшения габаритов и повышения надежности, он снабжен второй, электрически изолированной от первой, обмоткой, витки которой размещены между витками первой обмотки, а вывод второй обмотки и общая шина образуют электрический выход датчика.

Изобретение относится к измерению неэлектрических величин электрическими методами и может быть использовано в качестве преобразователя механических перемещений в электрический сигнал. Устройство обладает большими функциональными возможностями, имеет более простую конструкцию, уменьшенные габариты и большую надежность. Устройство, содержащее обмотку, имеющую электрический контакт с подвижным контактным элементом, снабжено второй обмоткой, изолированной от первой, витки которой расположены между витками первой обмотки и также имеют электрический контакт с тем же подвижным контактным элементом. 3 ил.

J 7

Фиг. 7 .

фив.%

I