مجسات قياس الجهد

مستشعر مقياس الجهد هو مقاوم متغير يطبق عليه جهد إمداد ، وقيمة إدخاله هي الإزاحة الخطية أو الزاوية لجهة اتصال تجميع التيار ، وقيمة الخرج هي الجهد المأخوذ بواسطة هذا التلامس ، والذي يتغير في الحجم حسب موضعه التغييرات.

تم تصميم مستشعرات قياس الجهد لتحويل الإزاحات الخطية أو الزاوية إلى إشارة كهربائية ، وكذلك لإعادة إنتاج أبسط التبعيات الوظيفية في الأجهزة الآلية والآلية من النوع المستمر.

مخطط اتصال مستشعر الجهد

حسب المقاومة ، تنقسم مجسات قياس الجهد إلى

• صفائح ذات مقاومة ثابتة ؛

• لفائف الأسلاك مع لف مستمر ؛

• بطبقة مقاومة.

تم استخدام مستشعرات قياس الجهد الصفائحي لإجراء قياسات رديئة نسبيًا بسبب عيوب تصميم معينة.

في مثل هذه المستشعرات ، يتم لحام المقاومات الثابتة ، التي يتم اختيارها اسميًا بطريقة خاصة ، بالصفائح.

الصفيحة عبارة عن هيكل يحتوي على عناصر موصلة وغير موصلة بالتناوب ينزلق عليها تلامس المجمع.عندما يتم نقل المجمع الحالي من عنصر موصل إلى آخر ، تتغير المقاومة الإجمالية للمقاومات المتصلة به بمقدار يتوافق مع القيمة الاسمية لمقاومة واحدة. يمكن أن يحدث التغيير في المقاومة على نطاق واسع. يتم تحديد خطأ القياس حسب حجم وسادات التلامس.

مستشعر مقياس الجهد الصفائحي

تم تصميم مستشعرات مقياس الجهد السلكي للحصول على قياسات أكثر دقة. كقاعدة عامة ، تصميماتهم عبارة عن إطار مصنوع من الجيتيناكس أو القماش أو السيراميك ، حيث يتم لف سلك رفيع في طبقة واحدة ، يتحول بدوره ، على السطح النظيف الذي ينزلق منه جامع التيار.

يحدد قطر السلك فئة الدقة مستشعر مقياس الجهد (مرتفع 0.03-0.1 مم ، منخفض 0.1-0.4 مم). مواد الأسلاك: المنجانين ، fechral ، السبائك القائمة على المعادن النبيلة. حلقة الانزلاق مصنوعة من مادة أكثر ليونة لمنع السلك من الاحتكاك.

مزايا مجسات مقياس الجهد:

• بساطة التصميم

• صغر الحجم والوزن

• درجة عالية من الخطية للخصائص الثابتة ؛

• استقرار الخصائص

• إمكانية التشغيل على التيار المتردد والتيار المباشر.

عيوب مجسات مقياس الجهد:

• وجود ملامس منزلق ، والذي يمكن أن يسبب ضررًا بسبب أكسدة أثر التلامس أو فرك المنعطفات أو ثني المنزلق ؛

• خطأ في العملية بسبب الحمل ؛

• عامل تحويل صغير نسبيًا ؛

• عتبة حساسية عالية

• وجود ضوضاء

• القابلية للتآكل الكهربائي تحت تأثير التفريغ النبضي.

خاصية ثابتة لأجهزة استشعار قياس الجهد

خاصية ثابتة لجهاز استشعار قياس الجهد لا رجعة فيه

دعونا نفكر كمثال على مستشعر مقياس الجهد مع ملف مستمر. يتم تطبيق جهد التيار المتردد أو التيار المستمر U على أطراف مقياس الجهد. قيمة الإدخال هي الإزاحة X ، وقيمة الخرج هي الجهد Uout. بالنسبة لوضع الخمول ، تكون الخاصية الثابتة للمستشعر خطية لأن العلاقة صحيحة: Uout = (U / R) r ،

حيث R هي مقاومة الملف ؛ r هي مقاومة جزء من الملف.

بالنظر إلى أن r / R = x / l ، حيث l هو الطول الإجمالي للملف ، نحصل على Uout = (U / l) x = Kx [V / m] ،

حيث K هو معامل التحويل (الإرسال) للمستشعر.

من الواضح أن هذا المستشعر لن يستجيب لتغيير في إشارة إشارة الإدخال (المستشعر لا رجوع فيه). هناك مخططات حساسة للتغييرات في التوقيعات. السمة الثابتة لمثل هذا المستشعر لها الشكل الموضح في الشكل.

دائرة عكسية لمستشعر مقياس الجهد

خاصية ثابتة لمستشعر الجهد العكسي

يمكن أن تختلف الخصائص المثالية الناتجة اختلافًا كبيرًا عن الخصائص الحقيقية نظرًا لوجود أنواع مختلفة من الأخطاء:

1. المنطقة الميتة.

يختلف جهد الخرج بشكل منفصل من منعطف إلى منعطف ، أي تحدث هذه المنطقة عندما لا يتغير Uout لقيمة إدخال صغيرة.

يتم تحديد حجم قفزة الجهد بواسطة الصيغة: DU = U / W ، حيث W هو عدد الدورات.

يتم تحديد عتبة الحساسية بقطر سلك الملف: Dx = l / W.

مستشعر قياس الجهد للفرقة الميتة

2. عدم انتظام الخصائص الساكنة بسبب تغير قطر السلك ، المقاومة ودرجة اللف.

3. خطأ من رد الفعل العكسي الذي حدث بين محور دوران المحرك وغطاء التوجيه (يتم استخدام نوابض الضغط لتقليله).

4.خطأ بسبب الاحتكاك.

في حالة القوى المنخفضة للعنصر الذي يقود فرشاة مستشعر مقياس الجهد ، قد تحدث منطقة ركود بسبب الاحتكاك.

يجب ضبط ضغط الفرشاة بعناية.

5. خطأ بسبب تأثير الحمل.

اعتمادًا على طبيعة الحمل ، يحدث خطأ ، في كل من الوضع الثابت والديناميكي. مع الحمل النشط ، تتغير الخاصية الثابتة. سيتم تحديد قيمة جهد الخرج وفقًا للتعبير: Uout = (UrRn) / (RRn + Rr-r2)

هؤلاء. Uout = f (r) يعتمد على Rn. باستخدام Rn >> R ، يمكن إظهار أن Uout = (U / R) r ؛

عندما يكون Rn مساويًا تقريبًا لـ R ، يكون الاعتماد غير خطي ويكون الخطأ الأقصى للمستشعر عندما ينحرف شريط التمرير عن (2/3)) l. اختر عادةً Rн / R = 10… 100. يمكن تحديد حجم الخطأ عند x = (2/3) l بالتعبير: E = 4 / 27η ، حيث η = Rн / R - عامل التحميل.

مستشعر الجهد تحت الحمل

أ - دائرة مكافئة لمستشعر قياس الجهد مع حمولة ، ب - تأثير الحمل على الخاصية الثابتة لمستشعر قياس الجهد.

الخصائص الديناميكية لأجهزة استشعار قياس الجهد

وظيفة الإرسال

لاشتقاق وظيفة النقل ، من الأنسب أخذ تيار الحمل كقيمة خرج ؛ يمكن تحديده باستخدام نظرية المولد المكافئ. B = Uout0 / (Rvn + Zn)

خذ بعين الاعتبار حالتين:

1. الحمل نشط تمامًا Zn = Rn لأن Uout0 = K1x In = K1x / (Rin + Rn)

حيث K1 هي سرعة الخمول للمستشعر.

بتطبيق تحويل لابلاس ، نحصل على وظيفة النقل W (p) = In (p) / X (p) = K1 / (Rin + Rn) = K

بهذه الطريقة ، حصلنا على اتصال خمول ، مما يعني أن المستشعر لديه كل خصائص التردد والوقت المقابلة لهذا الاتصال.

دائرة مكافئة

2. الحمل الاستقرائي مع عنصر نشط.

U = RvnIn + L (dIn / dt) + RnIn

بتطبيق تحويل لابلاس ، نحصل على Uoutx (p) = In (p) [(Rvn + pL) + Rn]

من خلال التحولات ، يمكن للمرء أن يصل إلى وظيفة نقل على شكل W (p) = K / (Tp + 1) - اتصال غير دوري من الدرجة الأولى ،

حيث K = K1 / (Rvn + Rn)

T = L / (Rvn + Rn) ؛

الضوضاء الداخلية لمستشعر مقياس الجهد

كما هو موضح ، عندما تنتقل الفرشاة من المنعطف إلى الدوران ، يتغير جهد الخرج بشكل مفاجئ. الخطأ الناتج عن الخطوة في شكل جهد سن المنشار متراكب على جهد الخرج لوظيفة النقل ، أي ضوضاء. إذا اهتزت الفرشاة ، فإن الحركة تخلق أيضًا ضوضاء (تداخل). طيف التردد للضوضاء الاهتزازية يقع في نطاق تردد الصوت.

للقضاء على الاهتزازات ، فإن البانتوجراف مصنوع من عدة أسلاك بأطوال مختلفة مطوية معًا. ثم سيكون التردد الطبيعي لكل سلك مختلفًا ، وهذا يمنع ظهور الرنين التقني. مستوى الضوضاء الحرارية منخفض ، يتم أخذها في الاعتبار في الأنظمة الحساسة بشكل خاص.

مجسات قياس الجهد الوظيفية

وتجدر الإشارة إلى أنه في الأتمتة ، غالبًا ما تُستخدم وظائف النقل الوظيفية للحصول على تبعيات غير خطية ، ويتم بناؤها بثلاث طرق:

• تغيير قطر السلك على طول الملف ؛

• تغيير درجة لفائف

• استخدام إطار بتكوين معين ؛

• عن طريق مناورة أقسام مقاييس فرق الجهد الخطية بمقاومات مختلفة الأحجام.

على سبيل المثال ، للحصول على اعتماد تربيعي وفقًا للطريقة الثالثة ، من الضروري تغيير عرض الإطار خطيًا ، كما هو موضح في الشكل.

جهاز استشعار الجهد الوظيفي

مقياس الجهد متعدد الأدوار

أجهزة استشعار مقياس الجهد التقليدية لها نطاق تشغيل محدود. يتم تحديد قيمتها من خلال الأبعاد الهندسية للإطار وعدد لفات الملف. لا يمكن أن تزيد إلى أجل غير مسمى. لذلك ، وجدت مستشعرات مقياس الجهد متعددة الدورات تطبيقًا ، حيث يتم لف عنصر مقاوم في خط حلزوني بعدة لفات ، يجب تدوير محورها عدة مرات حتى يتحرك المحرك من أحد طرفي الملف إلى الآخر ، أي النطاق الكهربائي لمثل هذه المستشعرات هو من مضاعفات 3600.

الميزة الرئيسية لمقاييس الجهد متعددة الدورات هي الدقة العالية والدقة ، والتي تتحقق بسبب الطول الكبير للعنصر المقاوم ذي الأبعاد الكلية الصغيرة.

مقاييس الجهد الضوئية

مقياس الجهد الضوئي - هو تناظرية غير ملامسة لمقياس جهد تقليدي بطبقة مقاومة ، يتم استبدال التلامس الميكانيكي الموجود فيه بآخر موصل ضوئي ، مما يزيد بالطبع الموثوقية وعمر الخدمة. يتم التحكم في الإشارة من مقياس الجهد الضوئي بواسطة مسبار ضوئي يعمل كمنزلق. يتكون بواسطة جهاز بصري خاص ويمكن إزاحته نتيجة عمل ميكانيكي خارجي على طول الطبقة الموصلة الضوئية. عند النقطة التي تتعرض فيها الطبقة الضوئية ، تحدث الموصلية الضوئية الزائدة (مقارنة بالظلام) ويتم إجراء اتصال كهربائي.

يتم تقسيم المقاييس الضوئية حسب الغرض إلى خطية ووظيفية.

تسمح مقاييس الجهد الضوئية الوظيفية بتحويل الحركة المكانية لمصدر الضوء إلى إشارة كهربائية ذات شكل وظيفي معين بسبب الطبقة المقاومة المحددة (الزائدية ، الأسية ، اللوغاريتمية).