Резистивный датчик положения

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 В 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4874052/28 (22) 15.10.90 (46) 15.10.92. Бюл. М 38 (71) Главное конструкторское бюро Научнопроизводственного обьединения Энергия" (72) А.А.Федосов (56) Кабеш К. Прецизионные потенциометры для автоматизации.- M;: Энергия, 1969, с. 12.

Кабеш К; Прецизионные потенциометры для автоматизации.- M. Энергия, 1969, с. 60. (54) РЕЗИСТИВНЫЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерению неэлектрических величин электрическими

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 токосьемником, скользящим по обмотке, и щетки, обеспечивающие электрический контакт с токосьемной 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 сьема информации этот датчик дополнительно должен содержать неподвижный контакт с щетки, что Ы» 1768934 А1 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. 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 за1768934 висимости от которых его выходная характеристика может быть линейной, вогнутой или выпуклой, Что касается искл>очения второго ползунка, связанного с токоотводам 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 относитель- 15 ного перемещения а =1/L, где 0 — выходное напряжение, Š— напряжение источника пи тания, I — расстояние, пройденное ползункам 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).

Злектрическая схема датчика (фиг, 16) может быть представлена в виде двух потенциаметров, имеющих абьединенный контактный элемент (ползунок) 5.

На фиг. 2а приведена схема включения датчика по типу потенциометра, когда выводы 1 и 2 первой обмотки связаны с истачником напряжения Е и общей шиной и образуют электрический вход датчика, а вывод 3 второй обмотки и общая шина образуют электрический выход датчика, На фиг. 26 приведена схема включения датчика s в и д е e рpеeоoсcтTа тTа, когда вывод 1 первой обмотки и общая шина связаны с истачником 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 аси абсцисс отложено относительное отклонение а электрическо20

f o контакта 5 от исходного состояния (BblBQдов 2 и 4), па аси ординат — относительное изменение выходного напряжения U/Å.

На фиг, Зб приведена передаточная характеристика датчика, включенного по схеме реостата (фиг, 26). Здесь по оси ординат отложено значение сопротивления r датчика как такового и значение тока i через датчик при разных сопротивлениях нагрузки йн, 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 падьема 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 — ат нижнего по схеме положения, что отражено на фиг. За в виде прямой линии О/Е - a.

Передаточная характеристика датчика, включенного по схеме фиг. 2б, нелинейна и зависит не только от самого датчика, сопротивление которого изменяется по линейному закону r = (1-а). — 2Во, но и or сопротивления нагрузки йн приемника. При этом

1= Е/(Вн+г) = Е/fR>+(1-а) — 2R,).

На фиг. Зб приведено семейство передаточных характеристик при н н2 Внз

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 которой равно а-Rp, шунтировано нижней па схеме частью второй обмотки, сопротивление которой также равно э — Ro. Из схемы получается U = Е-а/(2-а) или О/Е = а/(2-а), Приведенными примерами не исчерпываются варианты подключения датчика к иэ1768934 мерительным 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 сап ротивление 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.

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

Кроме того, двухобмоточными могут быть выполнены и функциональные датчики.

Формула изобретения

Резистивный датчик положения, содер5 жащий каркас с обмоткой, подвижный относительно обмотки контактный элемент, вывод обмотки и общая шина образуют электрический вход датчика, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения

10 области применения, уменьшения габаритов и повышения надежности, он снабжен второй, электрически изолированной от первой, обмоткой, витки которой размещены между витками первой обмотки, а вывод

15 второй обмотки и общая шина образуют электрический выход датчика.

1768934

Составитель А. Федосов

Техред М.Моргентал Корректор Н. Слободяник

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 3636 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5