Průvodce potenciometry
Co je potenciometr?
V principu je konstrukce a funkce všech potenciometrů stejná. Lineární potenciometrické snímače pracují s principem, jako je lineární proměnný odpor, jehož jezdec se pohybuje po lineární odporové dráze tak, že výstupní napětí je závislé na jeho poloze. U potenciometrů v roli nastavovacích prvků se můžeme setkat i s logaritmických průběhem, ale my se věnujeme jen průmyslovému provedení. U otáčivých potenciometrů je odporový prvek kruhový. Pro propojení s aplikaci mají otočné potenciometry mechanické (obvykle hřídel) a elektrické připojení (obvykle tři).
Potenciometry jsou v průmyslu velice dobře zavedenými senzory. Jsou oblíbené, protože se snadno integrují do aplikací, mají nízkou spotřebu energie a signál je okamžitě dostupný bez výpočetního času.
Především jsou dlouhodobě prověřené a jejich fungování bývá obecně známé. V podstatě se potenciometry používají všude tam, kde je potřeba měřit úhel nebo polohu. Velké množství typů potenciometrů a jejich varianty pokrývají velmi široké spektrum aplikací. I v rámci konkrétní technologie potenciometru existuje široká škála funkcí a možností. Vhodnost potenciometru závisí vždy na konkrétní aplikaci.
- Nejsou vhodné pro vysoké rázové zatížení
- Nejsou vhodné pro vysoké rychlosti (> 400 ot./min).
- Ale nejsou citlivé vůči vlivům EMC a ESD, protože se jedná o pasivní komponenty.
Elektrické zapojení a výstup signálu potenciometru
Potenciometry mají obvykle tři výstupy: Dva pro odporový prvek a jeden pro jezdec (výstup signálu). Pokud se budete řídit standardním schématem zapojení potenciometru, tak přivedete např. 0 V na pájecí plošku „jedna“, 5 V na plošku „tři“ a otočíte hřídelí potenciometru, kdy bude na plošku „dvě“ výstupní napěťový signál 0 až 5 V (na jezdci). Absolutní analogový signál je k dispozici okamžitě, bez jakéhokoli zpoždění zapnutí nebo doby výpočtu. Hodnota výstupního signálu závisí na napětí ve vztahu k poloze jezdce na odporové dráze. Změnou polohy a směru otáčení lze zjistit rozdíl napětí mezi polohou A a polohou B a určit tuto polohu v úhlových stupních.
Úhlovou polohu otočných potenciometrů lze snadno určit pomocí níže uvedeného vzorce:
Pokud se na jezdci naměří přibližně 4 V s celkovým úhlem 0° až 340° a rozsahem napětí 0 až 5 V, odpovídá to úhlu přibližně 272°. Toto je však teoretická hodnota, protože potenciometry mají různé hodnoty hystereze a tolerance linearity v závislosti na jejich konstrukci.
Na tuto otázku lze odpovědět pouze s ohledem na typ potenciometru. Ve většině případů mají potenciometry tři připojení nebo kontakty. Pokud je však několik potenciometrů namontováno na jedné hřídeli, počet kontaktů se zvyšuje. Například tandemový potenciometr (2 potenciometry za sebou) má šest připojení / kontaktů. Pokud aplikace vyžaduje potenciometr se středovou aretací, počet spojení / kontaktů se odpovídajícím způsobem zvýší, obvykle ze tří na čtyři.
Nelineární potenciometry (sinus / cosinus) mají pět připojení: jedno pro kladné a jedno pro záporné (opačné) napětí a jedno pro zem. Pro snímání signálu jezdce má potenciometr dva výstupy, které snímají napětí na odporové dráze posunuté o 90°.
Existují i součástky podobné potenciometrům, tzv. reostaty (nastavitelné odpory). Ty obvykle vyžadují pouze dvě připojení. Pokud mají tyto součástky pouze dvě připojení, znamená to, že se nejedná o potenciometry, ale o reostaty. Reostaty však nenabízíme.
Nabízíme přesné potenciometry ve třech různých odporových technologiích. Odporový prvek je z velké části zodpovědný za kvalitu a výkon aplikace.
Drátové potenciometry mají odporovou dráhu z drátu, obvykle navinutou kolem keramického jádra. Vodivé plastové potenciometry mají odporovou dráhu vyrobenou z vodivého plastového materiálu. Hybridní potenciometry mají odporovou dráhu, která se skládá z kombinace drátu a vodivého plastu.
Drátový potenciometr
V zásadě je lze použít i jako rezistory s proměnnou hodnotou. Dělič napětí však doporučujeme, protože tyto komponenty jsou pro něj uzpůsobeny. Snímače jsou k dispozici v jednootáčkové (<360°) a víceotáčkové (>7200°) verzi.
Mají omezenou životnost z důvodu opotřebení kvůli přeskokům při navíjení drátu ve výstupním signálu, které se projevují hlukem při pohybu jezdce.
.
Při požadavku na redundanci snímačů v aplikaci se často používají tzv. vícenásobné nebo tandemové potenciometry ve dvojitém provedení. Potenciometry se používají v aplikacích od strojírenství po letecký průmysl. Pro zachování malých tolerancí linearity potenciometrů je důležité zajistit, aby teplo vznikající při provozu negativně neovlivňovalo vlastnosti potenciometru. Je tedy nutné snížit jmenovité zatížení podle tabulky.
Tyto specifikace jsou platné za standardních podmínek (+15 °C až +35 °C). Pokud jsou potenciometry použity při vyšších teplotách, je třeba snížit zatížení. .
*Tento graf neplatí pro potenciometry plněné olejem. .
Potenciometry plněné olejem
Potenciometry plněné olejem se obvykle používají ve speciálních prostředích, kde mohou zatěžovat prostřední agresivní plyny, korozivní soli nebo vlhkost. Tyto potenciometry se vyznačují i tím, že přechodový odpor jezdce je velmi stabilní po celou dobu životnosti, protože olejová náplň potlačuje korozi v okolí jezdce a i jeho samotného.
Využívá se v aplikacích jako je stavba lodí, pobřežní elektroinstalace, jámy a doly, železárny, chemické závody, bezpilotní podzemní instalace a obráběcí stroje. Některé aplikace však mohou vyžadovat další schválení, jako je ochrana proti výbuchu, kterou je nutné získat pro každou aplikaci zvlášť.
Zesilovač / převodník signálu pro potenciometry
Potenciometry (jako pasivní součástky) nenabízejí standardizované výstupy jako 0..10 V, 4..20 mA. Vezměte prosím na vědomí, že výstupní signál potenciometrů by měl být odebírán pomocí děliče napětí a tak přes výstup nejde prakticky žádný proud.
Není tedy nutné používat samotný signál jako zdroj napětí nebo proudu pro převodník. Pro generování standardizovaných signálů v jednoduchém provedení nabízíme přístrojové zesilovače, které poskytují signály z externího napájecího zdroje. .
Typy obvodů
Dělič napětí Použijte pro potenciometr dělič napětí a omezte proud jezdce na minimum. Jen tak si potenciometr zachová optimální životnost a kvalitu signálu: .
- Tolerance celkového odporu není relevantní
- Vlivy teploty jsou téměř úplně potlačenyDělič napětí nabízí výhodu vysoké odolnosti proti parazitním odporům mezi odporovým prvkem a jezdcem. Pouze tento obvod umožňuje plně využít speciální konstrukční vlastnosti každého typu potenciometru v závislosti na aplikaci.
Reostat Nepoužívejte potenciometr ve dvouvodičovém obvodu, jako proměnný odpor nebo jako reostat. Tento typ obvodu má značné nevýhody z hlediska kvality signálu a životnosti potenciometru. Použití je možné pouze pro drátové potenciometry (při nízké zátěži).
Tímto typem zapojení se poškodí vodivé plastové i hybridní potenciometry!
Celkový odpor
Vysoký celkový odpor je výhodný v aplikacích, kde je vyžadován nízký výkon. Nízký celkový odpor je výhodný v aplikacích, kde je vyžadována „optimální“ kvalita signálu. .
Potenciometr 100k a více – pro aplikace napájené baterií 1k, 5k, 10k potenciometr – standardní aplikace
Středová odbočka
Napěťová a proudová odbočka
Napěťová odbočka
Napěťová odbočka nemůže přenášet zátěž. Středovou odbočkou by tedy neměl protékat žádný proud, jinak se součástka zničí. Pro obvod napěťové odbočky platí následující: Pokud je středová odbočka připojena k zemi a koncové odbočky jsou záporné i kladné, mělo by být zabráněno protékání proudu přes středovou odbočku připojením operačního zesilovače. Pokud je z jednoho konce, na odbočku připojenou k zemi, přivedeno pouze napětí jedné polarity, mezi odbočkou poteče příliš velký proud. V tomto případě musí být napětí přivedené mezi svorky 1 a 3 v každém případě sníženo pod 50 % jmenovitého napětí (doporučuje se méně než 10 %). Proudová odbočka
Proudová odbočka do určité míry ovlivní linearitu snímače. Pro více informací o charakteristikách senzoru ve vztahu k tomuto konkrétnímu připojení nás prosím kontaktujte přímo.
Joysticky jsou příkladem aplikace pro proudové odbočky: Pro rozsah napětí 0 až 5 V v rozsahu zdvihu je střední odbočka 2,5 V. I když jsou určité oblasti odporové stopy opotřebené, hodnota na středovém kohoutku bude vždy 2,5 V a nebudou generovány žádné „špatné“ výstupní signály. Proudové odbočky se používají v celém rozsahu, protože se očekává, že nějaký proud bude protékat středovým kohoutkem. .
Vlivy prostředí
Účinky vibrací a rázů U potenciometrů se obecně doporučuje vyhnout se vibracím a rázům. V závislosti na síle a četnosti těchto vlivů může jezdec „zvednout“ odporovou dráhu, což má za následek ztrátu signálu. Tyto vlivy navíc vedou ke zvýšenému opotřebení odporové dráhy, což má za následek ztrátu kvality signálu a snížení životnosti. Drátové potenciometry jsou o něco robustnější a vhodnější pro nízkofrekvenční aplikace než potenciometry z vodivého plastu. Teplotní vlivy U potenciometrů je vždy nutné si zjistit provozní teplotu. Nižší nebo vyšší teploty mohou ovlivnit kvalitu signálu, například zamrznutím vlhkosti ve vzduchu nebo odpařováním tuku na odporové dráze. Teplota také ovlivňuje točivý moment.
Pomoci může použití vhodných těsnění nebo speciálních maziv. Rádi vám pomůžeme s příslušnými požadavky pro vaši aplikaci. EMC/ESD kompatibilita Potenciometry jsou analogové, pasivní komponenty, které neobsahují žádnou elektroniku, která by omezovala jejich EMC nebo ESD vlastnosti. Potenciometry jsou proto považovány za necitlivé na elektromagnetické rušení, což je velká výhoda v kritických aplikacích.
Třída ochrany IP
Mechanický doraz a kluzná spojka
Mechanický doraz Ve většině případů se mechanický koncový doraz používá pro manuální aplikace požadované hodnoty. Vezměte prosím na vědomí, že všechny víceotáčkové potenciometry mají mechanický koncový doraz a maximální přípustný moment koncového dorazu. Potenciometry bez mechanického dorazu budou mít při přetočení konců kolísání napětí. Nepovažujte výstupní signály v této části dráhy za užitečné. Kluzná spojka
Kluzné spojky se používají s našimi víceotáčkovými potenciometry. Hlavním účelem kluzné spojky je chránit mechanický doraz před poškozením. Pokud je však spojka neustále namáhána, může dojít k jejímu rychlejšímu opotřebení a zkrácení její životnosti.
.
Provozní tipy
V některých aplikacích se mohou tvořit oxidové/sulfidové usazeniny. Kontaktujte nás prosím předem, abychom aplikovali vhodná protiopatření. Pomoci může například zvýšený přítlak na jezdec nebo vhodná těsnění.
Aplikace s velmi krátkým nepřetržitým pohybem
Uvědomte si prosím, že pokud je zdvih vždy stejný a velmi krátký, odporový prvek bude v tomto bodě vystaven zvýšenému opotřebení a životnost se sníží. Zároveň se na rezistoru na koncích zdvihu vytvoří mikroskopické usazeniny, které ovlivňují kvalitu signálu. Pravidelné přejíždění přes tyto body může dráhu odporu vyčistit.
Dodržujte prosím utahovací momenty a rozměry závitů a šroubů, aby nedošlo k poškození potenciometru. Zejména u potenciometrů s objímkou se může při nesprávné montáži zvýšit krouticí moment na hřídeli. Servopřírubové potenciometry jsou dodávány se svorkami pro montáž.
Mechanická spojka
Nevystavujte hřídel nadměrným axiálním a radiálním zatížením po dlouhou dobu. Normálně nejsou hodnoty < 1 N problém. Některé potenciometry mají zesílené uložení hřídele a umožňují hodnoty < 4 N (např. ALI17/19). Použijte spojku hřídele, abyste minimalizovali jakékoli smykové napětí (axiální a radiální). Při montáži dalších součástí, jako jsou hřídelové spojky, ozubená kola atd., dbejte na to, aby hřídel nebyla vystavena trvalému zatížení přesahujícímu 10 N. Krátkodobé zatížení této velikosti nepředstavuje problém.
Nastavení nulového bodu Drážka pro šroubovák na hřídeli usnadňuje nastavení nulového bodu. Možnost integrace drážky pro šroubovák na hřídel je k dispozici pro všechny řady s hřídelí a u některých je již standardně implementována. Potenciometry se servo přírubou lze vynulovat pouhým otočením pouzdra potenciometru. K tomu je třeba nejprve uvolnit synchronní svorky Tip pro pájení Použijte páječku s max. 60 W (<350 °C) pro pájení spojů a nedotýkejte se jich déle než tři sekundy. Typy instalace Pro montáž na panel je nutné potenciometr s hřídelí namontovat do přesného otvoru bez vůle. Pro potenciometry s fixačním kolíkem, tzv. antirotačním čepem, musí být zajištěn odpovídající otvor.U potenciometrů s dutou hřídelí je třeba se vyvarovat montáži pouzdra napevno. Dutá hřídel totiž není vhodná pro uložení ovládací hřídele.Hloubky a průměry uvedené v datovém listu pro velikosti těles potenciometrů neberou v úvahu rozměry elektrických přípojek. Pokud je prostor omezený, zvažte orientaci přípojek a další požadovaný prostor. .
.
Použití ve vysokofrekvenční technologii Drážka pro šroubovák na hřídeli usnadňuje nastavení nulového bodu. Možnost integrace drážky pro šroubovák na hřídel je k dispozici pro všechny řady s hřídelí a u některých je již standardně implementována. Potenciometry se servo přírubou lze vynulovat pouhým otočením pouzdra potenciometru. K tomu je třeba nejprve uvolnit synchronní svorky .
.
Nezávislost-linearita Linearita vyjadřuje odchylku křivky výstupního napětí od teoretické ideální křivky. Obvykle jsou potenciometry specifikovány s nezávislou linearitou, která nevyžaduje, aby přímka procházela nulou. K určení toho se křivkou skutečného výstupního napětí vede optimální přímka, aby se minimalizovaly odchylky křivky od přímky. Vzdálenosti (delta) na obrázku představují specifikovanou nezávislou linearitu danou v procentech. Čím nižší je hodnota linearity, tím menší odchylky od správné naměřené hodnoty lze očekávat.
Přizpůsobení produktu a možnosti
Již více než 60 let je MEGATRON spolehlivým partnerem s komponenty pro automatizaci. Kromě široké škály možností, které jsou k dispozici pro naše senzory, nabízíme také specifická provedení, která splní požadavky vaší aplikace, a to i v malých množstvích. Ať už se jedná o prototypový projekt nebo sériovou výrobu, jsme tu, abychom vám pomohli.
Obrovské množství možností prakticky znemožňuje prezentovat všechny možné elektrické a mechanické kombinace nebo je dokonce fyzicky skladovat. I pro relativně jednoduchý potenciometr je několik set až tisíc variant. To co nás odlišuje je naše schopnost optimalizovat produkt tak, aby vyhovoval požadavkům každé aplikace.
Proto je pro nás důležité co nejlépe rozumět aplikaci a její oblasti použití. Dokážeme tak určit technické možnosti a ekonomickou realizaci Vámi hledaného produktu a zároveň prověřit celé naše produktové portfolio. V rámci konzultace vybereme položku, která odpovídá vašim požadavkům, a případně navrhneme alternativní produkty.
Mechanické optimalizace a další
Definujte prosím své požadavky na aplikaci z hlediska podmínek prostředí a instalační situace – v případě potřeby se postaráme o realizaci, jako je zajištění výběru správných kabelů a konektorů pro nabízenou položku. Vše z jednoho zdroje – ušetříte čas i peníze.
Pro instalaci do aplikace můžeme, do námi nabízených potenciometrů, namontovat mechanické součásti, jako jsou ozubená kola, pružinové desky a mnoho dalšího. V případě potřeby můžeme identifikovat, zajistit nebo navrhnout všechny potřebné komponenty pro optimální spojení.
V prospektech uvádíme možnosti přizpůsobení hřídele potenciometru pro vaši aplikaci: Ať už se jedná o průměr hřídele, geometrii nebo průchozí hřídel, také s možností přizpůsobení geometrie. Kromě toho provádíme úpravy průchodky pro optimální připojení k aplikaci.
V zásadě je možné nastavit krouticí moment pro všechny potenciometry. Používáme speciální maziva s vhodnou viskozitou, aby vyhovovala aplikaci a podmínkám prostředí. Například v aplikacích, kde je vyžadována citlivá změna polohy, se používají snímače s poměrně nízkým točivým momentem. Tam, kde má být zabráněno neúmyslné změně požadované hodnoty v důsledku nesprávné obsluhy, která nezpůsobí poškození stroje nebo zranění osob, se používají potenciometry s vyšším kroutícím momentem.
V závislosti na prostředí je často nutné zvýšit IP krytí potenciometru. Nabízíme těsnění pro ochranu před vlhkostí a prachem mezi panel a snímač, nebo je také možné utěsnit samotné pouzdro. V mnoha případech je vyžadováno zalití pouzdra, ale jsou k dispozici i plně zalité potenciometry.
Elektrické optimalizace
Některé aplikace vyžadují nastavení mechanického úhlu natočení pomocí koncových dorazů a/nebo elektrického úhlu natočení pomocí omezení výstupní křivky tak, aby potenciometr nejlépe vyhovoval požadavkům.
Optimalizace hodnot linearity a odporu
Pro náročné aplikace můžeme u snímačů optimalizovat hodnoty linearity a/nebo odporu. U potenciometrů vyráběných vysoce temperovaným výrobním procesem jsme schopni splnit tyto požadavky v rámci technických možností.
