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Potenciómetro lineal
Sensores de posición lineal potenciométricos para la medición del desplazamiento
Guía potenciómetro lineal
Contenido
¿Preguntas básicas sobre los potenciómetros lineales? Aquí encontrará las respuestas
¿Qué es un potenciómetro lineal?
El principio de medición del potenciómetro fue descrito por Johann Christian Poggendorff ya en 1841 y se ha utilizado desde el inicio de la utilización de la electricidad. Un potenciómetro tiene una pista resistiva en cuya superficie se guía un contacto móvil deslizante que toma un potencial de tensión. Este elemento resistivo puede ser circular o rectilíneo. Sin embargo, el término "potenciómetro" para abreviar se utiliza hoy en día en la práctica técnica para los transductores angulares, es decir, para la variante redonda.
Los transductores de desplazamiento potenciométricos, por el contrario, son sensores que sirven para medir la longitud. Por lo tanto, es más probable encontrar estos sensores bajo las denominaciones "potenciómetro lineal" o, en general, bajo el término más general de "transductor de desplazamiento lineal", si se especifica un valor de resistencia o si es evidente que se trata de tecnología potenciométrica. Para hacer funcionar un sensor de este tipo, se conecta una fuente de alimentación al transductor de desplazamiento. Un cursor se desplaza a lo largo de la pista de resistencia por medio de una mecánica (cabezal de la sonda, deslizador, según el diseño), cuyo potencial cambia como resultado del desplazamiento: La tensión de salida en el cursor es proporcional a la posición del mismo en la pista de resistencia. La pista de resistencia está hecha de plástico conductor de alta calidad, que genera una señal de salida continua y permite velocidades de actuación de hasta 10 m/seg.
Ventajas de los potenciómetros lineales
- El principio de medición es un método absoluto, es decir, al conectar o tras un fallo de tensión, se vuelve a disponer inmediatamente del mismo valor medido.
- Es una tecnología probada desde hace tiempo y es fácil de manejar.
- Sólo se requiere una fuente de tensión de baja potencia porque el valor medido se toma con baja potencia.
- Con los sensores de desplazamiento potenciométricos, dependiendo del modelo, se pueden medir de forma rentable desplazamientos en el rango de 0 a 10 mm, pero también longitudes de hasta 2000 mm, y procesarlos posteriormente de forma analógica.
- Gracias al circuito divisor de tensión, los potenciómetros lineales son muy estables a la temperatura.
- Los transductores de desplazamiento potenciométricos son insensibles a las influencias de la EMC y la ESD.
En el caso de los potenciómetros lineales hay que tener en cuenta lo siguiente
- Recomendamos el montaje cabeza abajo para que las partículas resultantes de la abrasión del elemento de resistencia no se quede en la pista de resistencia si es posible.
- No deben aplicarse vibraciones excesivas al sensor de desplazamiento, ya que existe el riesgo de que el cursor se levante de la pista durante un breve periodo de tiempo y se interrumpa la señal del valor medido.
- Los sensores no son adecuados para aplicaciones con fuertes oscilaciones. Deben evitarse a toda costa los movimientos de alta frecuencia en un mismo punto: esto conduce a la abrasión puntual, a la pérdida de calidad de la señal de la pista de resistencia y, además, el cursor puede sufrir daños permanentes.
- Los transductores de desplazamiento potenciométricos con pista de plástico conductor sólo pueden funcionar en un circuito divisor de tensión, ya que el valor medido debe tomarse con baja potencia. Si se usan cómo reóstato, el cursor y/o la pista resistiva están permanentemente dañados. Esto significa que los potenciómetros lineales no deben utilizarse como resistencias variables.
Ejemplo de conexión eléctrica y medición
Los transductores de desplazamiento potenciométricos tienen siempre tres conexiones en la versión estándar, por ejemplo, los pines A, B y C. El transductor de desplazamiento recibe una tensión continua entre los puntos A y C. A modo de ejemplo, se asume aquí 10 V. La clavija A está a 0 V, la clavija C está, por tanto, a +10 V. La medición del desplazamiento se realiza según el principio del circuito divisor de tensión, es decir, el cursor móvil (conexión en el pin B) tiene un determinado potencial con respecto al punto de referencia (A), en función de la posición del cursor entre el principio y el final del recorrido de la resistencia.
Lo siguiente se aplica (simplificado) al ejemplo mostrado:
- Cuando la trayectoria de desplazamiento está en la posición inicial, el cursor está al principio de la trayectoria de resistencia, lo que significa que la tensión en el pin B es de aproximadamente 0 V.
- El cursor está en el centro, la tensión en el pin B es de aproximadamente 5 V.
- El recorrido de desplazamiento está en la posición final, el cursor está al final del recorrido de la resistencia, la tensión en el pin B es de aproximadamente +10 V.
Con el cableado correcto de los sensores en un circuito divisor de tensión, el valor de la tensión en el punto B es independiente del valor de la resistencia absoluta del transductor de desplazamiento. No obstante, tenga en cuenta que esta representación es simplificada, ya que en el funcionamiento del sensor siguen siendo válidos diferentes valores para el desplazamiento eléctrico y mecánico (véase el recorrido de ajuste mecánico y eléctrico). Además, no hay ningún sensor que funcione sin imprecisiones de medición. La desviación del resultado de la medición con respecto a la línea recta ideal se especifica mediante el valor de linealidad.
Capacidad de carga del cursor y de la resistencia
| Ejemplo | Tensión U | Resistencia R | Potencia P | ¿Aplicación posible? |
| 1 | 10 V | 1 kΩ | 0,1 vatios | sí |
| 2 | 20 V | 1 kΩ | 0,4 Watt | no |
| 3 | 25 V | 5 kΩ | 0,125 vatios | sí |
| 4 | 60 V | 10 kΩ | 0,36 Watt | no |
| 5 | 60 V | 20 kΩ | 0,18 vatios | sí |
Al conectar, tenga en cuenta la capacidad de carga máxima del cursor y del elemento de resistencia. Encontrará esta información en la ficha técnica correspondiente. Una corriente demasiado grande a través del cursor conduce a la destrucción inmediata del mismo y/o de la pista de resistencia en la posición actual. Para determinar la pérdida de potencia con la que se carga el transductor de desplazamiento, son importantes el valor de la resistencia y la tensión aplicada. A continuación se presentan algunos cálculos utilizando el transductor de desplazamiento MM10 como ejemplo:
- Capacidad de carga máx. 0,2 vatios
- Valores de resistencia disponibles 1, 2, 5, 10, 20 o 50 kΩ.
Para la pérdida de potencia se aplica lo siguiente: P = U² / R (potencia P = tensión U² dividida por la resistencia R)
Basándose en este ejemplo de cálculo, se ve inmediatamente que el transductor de desplazamiento con 1 kΩ no puede utilizarse con una tensión de funcionamiento de 20 V, porque de lo contrario la disipación de potencia con la que se carga el elemento de resistencia se hace demasiado grande. Tenga en cuenta también que, al procesar la señal en la electrónica, debe utilizar una resistencia de entrada muy alta para que la corriente a través del cursor (pin B) sea lo más pequeña posible. Para registrar los valores medidos, se mide la diferencia de tensión entre el pin B y el pin A.
Recorrido de ajuste mecánico y eléctrico
La característica de salida de la mayoría de los sensores potenciométricos de desplazamiento no es adecuada para el funcionamiento del sensor en todo el recorrido de desplazamiento disponible. Hay que hacer una distinción fundamental entre las siguientes gamas de viajes:
- Límites eléctricos efectivos: Es el recorrido real que se utilizará para la medición. Los valores de linealidad especificados en la hoja de datos se aplican a esta carrera y el funcionamiento continuo sólo debe tener lugar dentro de estos límites.
- Límites eléctricos totales: Dentro de este rango, el cursor proporciona una señal de salida, pero ésta ya no suele representar un cambio de recorrido en los extremos, sino que permanece constante. Se trata de una especie de "franja muerta", que está concebida por razones técnicas o de diseño y que no está presente en todos los sensores.
- Límites mecánicos: El desplazamiento real que puede realizar el sensor de posición. Los topes mecánicos impiden que el deslizador se desplace más allá de la pista de resistencia en la mayoría de los modelos.
En muchos modelos, la carrera mecánica corresponde también a la carrera eléctrica completa. Esto deja sólo dos de los tres rangos descritos anteriormente. Aunque esto simplifica la consideración, el recorrido de ajuste eléctrico efectivo debe seguir ajustándose a la aplicación al instalar el sensor. De lo contrario, la banda muerta descrita falseará los resultados de la medición. Tenga en cuenta las notas de las fichas técnicas del modelo elegido.
Potenciómetros lineales rellenos de aceite
Para aplicaciones con requisitos especiales en cuanto a la resistencia del sensor, existen sensores de desplazamiento potenciométricos rellenos de aceite. En particular, son la elección correcta para registrar los valores medidos en puntos de medición en entornos, especialmente sucios, húmedos o incluso corrosivos (sales, gases corrosivos). Los ámbitos de aplicación de estos sensores se encuentran en la industria pesada, como la construcción naval, en las minas, en las acerías, en las fábricas de productos químicos y en muchas otras.
La conversión más sencilla de un movimiento longitudinal en una cantidad eléctrica proporcional se puede realizar con sistemas de medición potenciométrica. Se trata de sistemas de medición absoluta con una resolución superior a 0,01 mm y la conocida ventaja de que las señales vuelven a aparecer inmediatamente en la posición correcta tras un fallo de la alimentación. Nuestros potenciómetros lineales registran distancias de medición mecánica de hasta 2000 mm.
Ya sea como sonda con muelle de retorno, con cabezales con rótula para compensar el desplazamiento lateral, como versión guiada por deslizamiento o para su instalación en aplicaciones hidráulicas, nuestros potenciómetros lineales disponen de un elemento de resistencia de muy alta calidad fabricado en plástico conductor (la excepción son nuestros sensores de desplazamiento llenos de aceite con elemento de hilo bobinado). Y a pesar de la diversidad y riqueza de variantes de los productos, algunas aplicaciones exigentes requieren la adaptación de los sensores.
En MEGATRON somos su socio para este proceso de adaptación y le acompañamos en la selección de productos hasta el final del ciclo de vida de su aplicación. Especialmente en el caso de los sensores potenciométricos, a menudo se requieren adaptaciones especiales de los recorridos de medición, de los conjuntos y mejoras en la precisión de los componentes, ya que en aplicaciones especiales exigentes, como en la tecnología médica, las variantes estándar no suelen cumplir todos los requisitos.