Расчет сопротивления резисторов измерительной схемы автоматического потенциометра

Принципиальная схема  потенциометра типа КВП 1 приведена 
на рисунке 3. Измерительная схема этого потенциометра отличается 
от типовой схемы наличием дополнительного резистора R_x из манганиновой проволоки, который обычно выполняют для всех диапазонов измерений равным от 4,95 до 5,05 Ом.

 

 

Рисунок 3 - Принципиальная схема  автоматического потенциометра типа КВП 1

 

Кроме того, в измерительную схему включены подгоночные резисторы (r_н, r_п, r). Приборы КВП 1 снабжены устройством с кнопочным переключателем (КП) для контроля исправности его. Это устройство на схеме показано пунктиром. При нажатии КП замыкаются цепи термоэлектрического термометра и резистора (R_м), а резисторы (R_н) и (r_н) шунтируются резистором R₂. Если прибор исправен, то цилиндрический циферблат должен занять положение, при котором контрольная отметка па его шкале находится против неподвижного указателя. Нормированное значение сопротивления реохорда R_нp принято равным от 99,9 до 100,1 Ом.

Все элементы и узлы прибора  КВП 1 размещены в общем корпусе. 
На лицевой стороне потенциометра расположен кнопочный переключатель на шесть точек.

Автоматические показывающие потенциометры типа КПГ 11 имеют 
класс точности 0,5. Эти приборы в практике технологического контроля широко применяют с дополнительным переключателем в комплекте с термоэлектрическими термометрами для измерения температуры в нескольких точках. Потенциометры КПП 1 выпускаются с временем прохождения указателем всей шкалы 2,5 или 10 секунд в зависимости от модификации. Измерительная схема прибора выполнена аналогично  
рисунку 3.

В приборах КПП 1 и КВП 1 реохорд выполнен в виде отдельного 
модуля. Рабочая и токосъёмная спирали расположены на круглом пластмассовом основании реохорда.  В этих потенциометрах устанавливаются полупроводниковые усилители УПД 1 - 03 или УПД - 04.

Потенциометры типа КСП 3 являются одноточечными приборами 
с дисковой диаграммой (длина отсчетной дуги 95 мм). Пределы допускаемой основной погрешности показаний прибора 0,5 %, а записи 1 % нормирующего значения измеряемой величины. Эти потенциометры выпускаются с временем прохождения указателем всей шкалы 5 и 16 секунд.

На рисунке 4 приведена  принципиальная схема потенциометра 
КСП 3. Сопротивление спирали реохорда (R_p) в этом потенциометре для всех модификаций принято равным приблизительно 270 Ом.

Даваемые в заводской  монтажно-эксплуатационной инструкции 
на прибор КСП 3 рекомендации о возможности корректировать градуировку прибора по мере износа реохорда с помощью подгоночных резисторов r_п, следует считать ошибочными. Износ реохорда по его длине, как правило, неодинаковый и реохорд должен быть заменен новым. Замена старого реохорда на новый не создает каких-либо трудностей, если изготовлять его в виде отдельного модуля с заданным нормированным сопротивлением.

Резистор (R_в) является вспомогательным, его сопротивление равно сопротивлению медного резистора (R_м) при 0 °С. При работе прибора вспомогательный резистор закорочен перемычкой. При поверке прибора перемычка ставится в положение П.

Потенциометр снабжен  тумблером, для контроля исправности  прибора. При замыкании контактов  К₁ и К₂ шунтируется резистор (R_к) резистором (R_ки) и заворачивается цепь термоэлектрического термометра. При этом перемычка должна быть установлена в положение П.  При исправном приборе,  указатель должен занять положение против цветного индекса на шкале [1].

 

 

Рисунок 4 - Принципиальная схема  автоматического потенциометра типа КСПЗ

 

Автоматические  потенциометры с ленточной диаграммой. Автоматические потенциометры с ленточной диаграммой выпускаются нормальных габаритов типа КСП 4 классов точности 0,25 и 0,5; 
малогабаритные типа КСП 2 класса точности 0,5 и миниатюрные типа КСП 1 класса точности 1.

Потенциометры КСП 4 выпускаются  на одну точку и несколько 
(3, 6, 12) точек измерения с записью на складывающейся диаграммной ленте. Длина шкалы у этих приборов и ширина поля записи 
на диаграммной ленте 250 мм. Скорость продвижения диаграммной 
ленты лежит в следующих интервалах: у одноточечных приборов 
от 20 до 5400 мм/ч (I ряд) или от 200 до 54 000 мм/ч (II ряд); у многоточечных приборов — от 60 до 7200 мм/ч. Циклы печатания у многоточечных серийно выпускаемых потенциометров составляют четыре и 
двенадцать секунд (по специальным заказам одна секунда).

Пределы допускаемой основной погрешности показаний приборов КСП 4 классов точности 0,25 и 0,5 соответственно  0,25 % и 0,5 %.

Потенциометры КСП 4 выпускаются с временем прохождения указателем всей шкалы 2,5 и 5 секунд, а некоторые модификации одноточечных приборов одна секунда.

Приборы КСП 4 выпускаются без дополнительных, а также с дополнительными регулирующими и сигнализирующими устройствами или реостатным преобразователем для дистанционной передачи 
информации. Некоторые модификации приборов снабжаются передающими преобразователями с выходным унифицированным сигналом постоянного тока 10^-8 А или 10^-10 В. Пределы допускаемой основной погрешности унифицированного выходного сигнала не превышают одного процента нормирующего значения измеряемой величины.

Принципиальная схема  автоматического одноточечного  потенциометра КСП 4 показана на рисунке 5. Для питания измерительной схемы прибора используется источник стабилизированного питания типа ИПС 4. Для уменьшения влияния помех потенциометры КСП 4 (миллиамперметры  
КСУ 4) с временем прохождения указателем всей шкалы 2,5 и 5 секунд снабжают двойным Г-образным фильтром Ф1, состоящим из резисторов (R_ф1, R_ф2, R_ф3) и конденсаторов (С_ф1, С_ф2, С_фз), а с временем прохождения указателем всей шкалы равной одной секунде двойным Т-образным фильтром Ф2, состоящим из резисторов (R_ф4, R_ф5, R_ф6) 
и конденсаторов (С_ф4, С_ф5, С_ф6).

 

 

Рисунок 5 - Принципиальная схема автоматического потенциометра типа КСПЗ 4

 

В многоточечных потенциометрах КСП 4 (и других приборах, 
выполняемых на его базе) для последовательного присоединения 
термоэлектрических термометров к измерительной схеме устанавливают двухполюсный переключатель В3. Через систему зубчатой передачи синхронный электродвигатель СД (тип СД - 54) перемещает щетки переключателя с одной ламели на другую. Зажимы е и f переключателя соединяются с одноименными зажимами фильтров Ф1 или Ф2.

В приборах КСГ 14 применен линейный реохорд, который выполнен в виде отдельного модуля.

Автоматические  безреохордные потенциометры. Работа этих приборов основана на компенсационном принципе измерения ЭДС или напряжения постоянного тока, осуществляемого автоматически с помощью следящей системы действующей непрерывно. Компенсирующее напряжение, зависящее от угла поворота выходного вала исполнительного механизма следящей системы, вырабатывается бесконтактным устройством.

Упрощенная схема автоматического  безреохордного одноточечного потенциометра, выпускаемого харьковским заводом КИП, представлена на рисунок 6. Автоматический безреохордный потенциометр содержит входное устройство усилителя, реверсивный двигатель, преобразователь со струнным вибратором, выдающий частотный выходной сигнал (f_вых), преобразователь частотного сигнала (f_вых), в компенсирующее напряжение постоянного тока.

 

 

 

Рисунок 6 -  Упрощенная схема  автоматического безреохордового одноточечного потенциометра типа ЭПС

1.3 Основные параметры потенциометров

 

Любой потенциометр можно  рассматривать либо как конструктивный элемент электронного устройства, либо как конкретный функциональный элемент электрической схемы этого устройства, способный изменять ток или напряжение в электрической цепи схемы, в которую он включен.

В первом случае потенциометр характеризуется эксплуатационными  параметрами, такими, как электрическая прочность, ударная прочность, вибропрочность, виброустойчивость, влагоустойчнвость, теплоустойчивость, характеристиками качества и надежности.

Во втором случае потенциометр характеризуется номинальным 
сопротивлением и мощностью, функциональной зависимостью и точностью ее воспроизведения, разрешающей способностью, уровнем собственных шумов и шумами вращения, переходным и минимальным сопротивлением и др. Это так называемые электрические характеристики. Их можно разделить на следующие две группы:

а) статические электрические характеристики, описывающие 
параметры потенциометра при фиксированном неподвижном состоянии контакта подвижной системы;

б) динамические электрические характеристики, описывающие 
потенциометр в режиме, при котором контакт подвижной системы 
перемещается по резистивному элементу.

К статическим характеристикам  относятся:

— номинальная мощность;

— предельное рабочее напряжение;

— номинальное сопротивление;

— допуск на номинальное сопротивление;

— минимальное (начальное) сопротивление;

— уровень э. д. с. собственных шумов;

— температурный коэффициент сопротивления;

— сопротивление изоляции.

К динамическим характеристикам  следует отнести:

— функциональную характеристику;

— точность воспроизведения, функциональной характеристики;

— разрешающую способность;

— начальный скачок;

— переходное сопротивление;

— шумы вращения;

— электрическую плавность;

— рабочий электрический угол;

— механический угол;

— момент трогания;

— допустимая скорость перемещения подвижной системы;

— износоустойчивость.

Под номинальной мощностью  понимается наибольшая мощность, 
которую потенциометр может длительное время рассеивать при 
непрерывной электрической нагрузке в заданных условиях, сохраняя 
параметры в установленных пределах.

Величина номинальной  мощности рассеяния зависит от конструкции и примененных материалов для резистивного элемента, каркаса и подвижной системы.

Ограничивающими факторами  при эксплуатации потенциометра 
являются температура окружающей среды (t₀) и электрическая 
нагрузка, которая в конечном итоге создает дополнительный перегрев (t_п).

В сумме эти составляющие определяют допустимую температуру нагрева. Таким образом, нагрев потенциометров происходит благодаря 
мощности, выделяющейся при протекании электрического тока и 
тепловой энергии окружающей среды. С повышением температуры 
окружающей среды происходит нагрев потенциометра сверх допустимого теплового режима, в результате чего появляется необходимость снижения электрической нагрузки, т. е. уменьшения рассеиваемой мощности. Иными словами, фактическая мощность рассеяния не является величиной постоянной, а зависит от температуры окружающей среды и электрической нагрузки.

Номинальное сопротивление - расчетная величина сопротивления всего резистивного элемента в омах, обозначаемая на потенциометре.

Значения номинальных  сопротивлений, так же как и номинальных  мощностей, стандартизованы. Установлено шесть рядов E 6, Е 12, Е 48, Е 96, Е 192. Цифра после Е указывает число номинальных величин в каждом десятичном интервале. Например, по ряду Е6 значения номинальных сопротивлений должны соответствовать числам 1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7 и 6,8 или числам, полученным путем умножения этих чисел на 10ⁿ, где n - целое положительное или отрицательное число. Однако используются эти ряды не полностью, так как ряды Е 96 и Е 192 очень частые и в практике почти не встречаются. Имеются случаи использования и негостированных значений.

Фактические значения сопротивлений  могут отличаться от номинальных  в пределах определенных допусков. Ряд допускаемых 
отклонений от номинальных значений также нормализован. Для потенциометров используют обычно допуски 0,1, 0,2, 1,0, 2,0 и 0,5 %. Кроме номинального сопротивления потенциометры характеризуются следующими величинами сопротивления:

а) полное сопротивление - сопротивление между крайними выводами резистивного элемента;

б) установленное сопротивление - сопротивление между одним 
из крайних выводов резистивного элемента и подвижным контактом, установленным в любой точке;

в) минимальное сопротивление - сопротивление, измеренное 
между выводом токосъемника и любым выводом резистивного элемента при таком положении оси, когда получается наименьшая величина сопротивления. Для потенциометров с упорами - это сопротивление между одним из выводов резистивного элемента и выводом подвижного контакта при подведении его к упору, соответствующему данному выводу. Минимальное сопротивление является частным случаем установленного сопротивления;

г) сопротивление дополнительного отвода - сопротивление между крайним выводом резистивного элемента и выводом дополнительного отвода;

д) сопротивление изоляции -сопротивление между токоведущими частями и корпусом (осью). Этот параметр эксплуатационный. В нормальных условиях сопротивление изоляции для разных типов потенциометров может лежать в пределах от десятков до тысяч мегом. При увлажнении сопротивление изоляции падает до единиц мегом [2].

Температурным коэффициентом  сопротивления (ТКС) потенциометра  называется величина, характеризующая  относительное изменение сопротивления  потенциометра при изменении  температуры на один градус по Цельсию. ТКС характеризует обратимые изменения сопротивления резистивного элемента вследствие изменения температуры окружающей среды или изменения электрической нагрузки.