г) Ошибка ступенчатости. Параметры потенциометрических датчиков

Потенциометр ические датчики небольшой мощности имеют малые габариты и монтируются непосредственно в измерительном устройстве или другом элементе системы. Форма каркаса, на который наматывается обмотка, выбирается из условия удобства монтажа и изготовления датчика.

Разрешающая способность или порог чувствительности проволочного потенциометрического датчика при отсутствии других посторонних помех определяется диаметром провода. Действительно, при перемещении движка по контактной дорожке потенциал движка меняется скачками, причем величина скачков приблизительно равна где напряжение, число витков потенциометра, а перемещение, при котором потенциал не меняется, имеет порядок диаметра провода (рис. 3-9).

Указанный характер изменения потенциала носит название ошибки ступенчатости. При точном определении ширины и высоты ступенек следует учитывать, что движок контактирует обычно не с одним, двумя или даже с несколькими витками. Диаметр провода, а стало быть, и разрешающая способность изменяются от 0,03 до в более грубых датчиках составляют

Ошибки ступенчатости не имеют места у потенциометрических датчиков со сплошным проводящим покрытием при достаточно высоком сопротивлении.

В качестве таких покрытий используются полупроводники или тонкая пленка твердого, слабоокисляющегося металла (родиевые потенциометры)

Ошибка ступенчатости при наличии вибраций щетки создает одну из составляющих шумов потенциометрического датчика. Частотный спектр этой составляющей лежите в области звуковых частот.

Другая составляющая шумов потенциометрического датчика обусловлена наличием скользящего контакта. Природа шумов, возникающих при протекании тока через скользящие контакты, сложна. Существенное значение в создании шумов имеют случайные изменения контактного сопротивления, местные искровые разряды и другие факторы. Частотный спектр шумов скользящих контактов охватывает широкий диапазон, начиная от инфранизкочастотного (частоты ниже 10 гц) и кончая высокими радиочастотами.

Помимо указанных двух составляющих шумов, имеющих относительно высокий уровень, потенциометрические датчики, как и любые проводники, являются источником тепловых шумов. Для проволочных потенциометров мощность тепловых шумов приходящихся на полосу частот выражается общей для всех металлических проводников формулой

где постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура проводника (потенциометра). Уровень тепловых шумов низок и должен учитываться лишь в особо чувствительных системах.

Входное усилие линейного потенциометра с одной щеткой выражается формулой где коэффициент трения, сила контактного нажатия.

Рис. 3-9. Ошибка ступенчатости.

Помимо указанного выше влияния нагрузки и ошибки ступенчатости, отклонение характеристики потенциометр ичеокого датчика от линейной вызывается неточностью изготовления каркаса, неравномерностью намотки, неодинаковым сечением провода и толщины изоляции по длине и другими факторами, зависящими от технологии производства. Тем не менее потенциометрические датчики относятся к элементам, допускающим высокую точность и стабильность характеристик. Потенциометры некоторых счетно-решающих устройств имеют класс точности . К числу других достоинств потенциометрических датчиков можно отнести простоту конструкции, малые габариты и вес, возможность питания как постоянным, так и переменным током, простоту регулирования, весьма малый вес подвижных частей датчика.

Основным недостатком потенциометрических датчиков является наличие скользящего контакта. Наибольшее число отказов возникает за счет нарушения контакта. Потенциометрические датчики имеют сравнительно высокий порог чувствительности. Этсчделает невозможным их применение для воспринимающих элементов, создающих малые перемещения. Коэффициент усиления потенциометрических проволочных датчиков сравнительно невысок. Условия охлаждения, трудность изготовления и применения провода весьма малого диаметра ограничивают допустимое падение напряжения значением

Несмотря на эти недостатки, потенциометр ические датчики благодаря своей простоте и универсальности имеют широкое распространение в автоматике.