
В практике автоматизации производственных процессов машиностроения широко применяются реостатные датчики. Реостатными (потенциометрическими) датчиками называются датчики, которые строятся на основе преобразователей, представляющих собой реостат, движок которого движется под действием измеряемой неэлектрической величины. Входной величиной является при этом механическое перемещение движка, а выходной величиной - изменение сопротивления.
В реостатных датчиках на каркас, выполненный из изоляционного материала, с равномерным шагом наматывается обладающая определенным сопротивлением проволока. Изоляция проволоки с одной стороны каркаса зачищается, и по зачищенному участку скользит токосъемная щетка. Вторая щетка скользит по токосъемному кольцу. Обе щетки изолируются от оси, на которой они установлены. Обычно в реостатных преобразователях используется намотанная проволока на основе сплавов платины, обладающих высокими коррозионной стойкостью и износостойкостью. Используются также такие сплавы как фехраль, манганин и константан. Минимальные габаритные размеры реостатных датчиков лежат в пределах 5 мм. Выбирая форму каркаса; можно получить требуемую зависимость между механическим перемещением движка и выходным сопротивлением.
Несмотря на простоту и относительно большую распространенность реостатных датчиков они обладают определенными недостатками, главными из которых следует считать ограниченный срок службы (не превышающий одного миллиона циклов) и шумовой фон, возникающий вследствие механического перемещения контактных щеток.
На рисунке приведена принципиальная схема реостатного датчика с каркасом постоянной высоты, а на рис. 1.7, б показанf нагрузочная характеристика - зависимость его выходного напряжения от входного перемещения щеткидвижка.
На рис. 1.7 запитывающее напряжение реостатного датчика; L - длина реостатного датчика; х - измеряемое перемещение; иъых - напряжение на выходе датчика; RH - подключаемая нагрузка; р - коэффициент нагрузки, р = RH/Rn (Rn - полное сопротивление датчика).
Естественно, что при бесконечно большой нагрузке (т.е. при полном разрыве выходной цепи) напряжение на выходе датчика оказывается прямо пропорциональным входному перемещению. При любой нагрузке, подключенной к реостатному датчику, его характеристика преобразования теряет свой линейный характер.
Можно также построить и реверсивный реостатный д а т ч и к, т. е. такой датчик, у которого изменение знака входного перемещения приводит к изменению знака напряжения на выходе датчика. Такие реостатные датчики строятся на основе потенциометров со средней точкой.
Датчиками, омическое сопротивление которых изменяется под действием силовых факторов, являются также электроконтактные датчики сопротивления. Принцип действия используемых для построения таких датчиков преобразователей основан на изменении под действием механического давления электрического сопротивления между проводящими элементами, разделенными слоями из плохо проводящего электричество материала. В качестве такого материала могут использоваться слои электропроводящей бумаги, электропроводящей резины или металлические пластины, на которые путем напыления нанесен высокоомный резистивный слой.
Такие преобразователи используются, например, в тактильных датчиках роботов и манипуляторов. Здесь давление порядка 100 кПа вызывает изменение сопротивления преобразователя со 100 Ом до 2 кОм.
Другим примером электроконтактного датчика сопротивления может служить обычный угольный микрофон, преобразующий колебания акустического давления в соответствующие колебания электрического сопротивления.
Для повышения чувствительности и исключения температурных погрешностей в схемах промышленной автоматики часто используется дифференциальный угольный датчик.
В таких датчиках между двумя проводящими, обычно металлическими, пластинами, которые служат для подсоединения к ним проводников, набирается столб из угольных пластин. Посередине этого столба между двумя соседними угольными пластинами устанавливается металлическая пластина, одна сторона которой соединена с проводником, а другая - с рычажной системой, к которой прилагается измеряемое усилие. Когда это усилие равняется нулю, сопротивления угольных пластин верхней и нижней половин угольного столба равны между собой. Если измеряемое усилие оказывается не равным нулю, то сопротивление одной половины угольного столба увеличивается, а сопротивление другой его половины уменьшается.