Описание потенциометрического эффекта

Курсовая работа

по дисциплине "Физические основы измерений"

Использование потенциометрического эффекта

Для измерения физических величин

Исполнитель:

студент группы 313028

Ли В. В.

Руководитель:

Доцент

Свистун А. И.

Минск 2010

Содержание

Введение

1. Описание потенциометрического эффекта

2. Измерение физических величин на основе потенциометрического эффекта

Заключение

Список использованных источников

Введение

В настоящее время широко применяются различные измерительные преобразователи. В любом каталоге электронных компонентов они представлены достаточно полно, причем каждый тип преобразователя имеет несколько вариантов исполнения.

Измерительный преобразователь является прибором, который преобразует изменение одной величины в изменение другой. В терминах электроники измерительный преобразователь определяется обычно как прибор, преобразующий неэлектрическую физическую величину (называемую измеряемой физической величиной) в электрический сигнал, или наоборот. Имеются, конечно, и исключения из этого правила.

Отсюда следует, что измерительные преобразователи используются в электронных системах, т.е. в технических устройствах с электрическим сигналом, отображающим результат измерений или наблюдений. С другой стороны, измерительный преобразователь может быть использован на выходе системы, чтобы, скажем, генерировать механическое движение в зависимости от электрического управляющего сигнала. Примером реализации преобразователей является справочная система, в которой микрофон (входной преобразователь) превращает звук (измеряемую физическую величину) в электрический сигнал. Последний усиливается, а затем поступает на громкоговоритель (выходной преобразователь), воспроизводящий звук существенно более громкий, нежели тот, который воспринимается микрофоном.

Довольно часто измеряемая величина согласно ее определению просто измеряется электронной системой, а полученный результат только отображается или запоминается. Однако в некоторых случаях измерения образуют входной сигнал управляющей схемы, которая служит либо для регулирования измеряемой величины относительно некоторого заранее установленного уровня, либо для управления переменной величиной в соответствии с измеряемой. Несмотря на очевидное частичное дублирование измерительных преобразователей в этих двух примерах, принято различать эти области использования преобразователей, называя их соответственно контрольно-измерительное оборудование и управляющее.

В свою очередь, эти две области подразделяются на телеметрическое контрольно-измерительное оборудование (в котором измерительные системы используются совместно с радио линиями связи между преобразователем и устройствами отображения информации), химический анализ (при котором система используется для того, чтобы определить и отобразить относительное содержание составляющих смесь веществ), процесс управления (в котором производственный процесс, например прокат стали, контролируется и управляется) и т.д.

Описание потенциометрического эффекта

Потенциометрический эффект нашёл широкое применение в технике, на его основе работают потенциометрические датчики, преобразователи и др. Весьма большим классом измерительных преобразователей являются резистивные преобразователи, принцип действия которых основан на преобразовании значения измеряемой величины в изменение сопротивления. Последнее может быть вызвано различными эффектами в преобразующем элементе, например нагреванием или охлаждением, механическим напряжением, воздействием светового потока (как в фотопроводящих преобразователях), увлажнением, осушением, механическим перемещением контактной щетки реостата. Если через резистивный материал во время изменения измеряемой величины протекает фиксированный ток, то результатом будет изменение напряжения вдоль материала, которое отражает изменение измеряемой величины. Одним из вариантов резистивного преобразователя является потенциометрический преобразователь [1], в котором изменение измеряемой величины преобразуется в изменение отношения напряжений вследствие изменения положения контактной щетки на резистивном материале, запитываемом от внешнего источника (рисунок 1.1). Определенный механический элемент преобразует изменение измеряемой величины в перемещение щетки. Потенциометр, изображенный на рисунке 1.1, можно представить в виде эквивалентной электрической схемы, как это сделано на рисунке 1.2 Его выходное напряжение определяется выражением

, (1.1)

где V₁ - напряжение на входе.

Рисунок 1.1 - Резистивное преобразование, при котором используется потенциометрическое устройство, вызывающее изменение выходного напряжения

Рисунок 1.2 - Эквивалентная схема потенциометрического устройства

Когда прикладываемое на вход прибора напряжение является постоянным и измеряемое значение определяется положением щетки потенциометра, тогда выходное напряжение есть непосредственно функция измеряемой величины.

В преобразователях могут использоваться потенциометрические устройства (с одним или несколькими сопротивлениями в схеме) либо они сами являются потенциометром. В последнем случае потенциометрический элемент будет переменным. Некоторые преобразователи имеют непроволочные сопротивления, такие, как металлокерамическая подложка или проводящая пластиковая пленка. Встречаются потенциометры, в которых полный диапазон изменений положения щетки равен 270°, в то время как другие конструкции имеют диапазон в 10 или даже 20 полных оборотов (3600 или 7200°).