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Potentiomètre linéaire
Capteurs de position linéaires potentiométriques pour la mesure de déplacement
Guide potentiomètre linéaire
Contenu
- Qu'est-ce qu'un potentiomètre linéaire ?
- Avantages des potentiomètres linéaires
- Ce à quoi il faut faire attention avec les potentiomètres linéaires
- Raccordement électrique et exemple de mesure
- Capacité de charge du curseur et de l'élément résistif
- Course de réglage mécanique et électrique
- Capteurs de déplacement remplis d'huile
Des questions de base sur les capteurs de déplacement ? Vous trouverez ici les réponses
Qu'est-ce qu'un potentiomètre linéaire ?
Le principe de mesure du potentiomètre a été décrit dès 1841 par Johann Christian Poggendorff et est utilisé depuis le début de l'utilisation de l'électricité. Un potentiomètre possède une piste de résistance sur la surface de laquelle est guidé un contact de curseur mobile qui prélève un potentiel de tension. Cet élément résistif peut être circulaire ou allongé. Toutefois, dans la pratique technique actuelle, le terme "potentiomètre" est le plus souvent utilisé pour les capteurs angulaires, c'est-à-dire pour la variante ronde.
Les capteurs de déplacement potentiométriques, en revanche, sont des capteurs qui servent à mesurer la longueur. Ces capteurs sont donc plutôt connus sous le nom de "potentiomètres linéaires" ou, plus généralement, de "capteurs de déplacement linéaires" lorsqu'une valeur de résistance est indiquée ou lorsqu'il est évident qu'il s'agit d'une technologie potentiométrique. Pour le fonctionnement d'un tel capteur, une alimentation en tension est raccordée au capteur de déplacement. Un curseur est déplacé sur la piste résistive à l'aide d'un mécanisme (palpeur, chariot, selon le modèle), dont le potentiel varie en fonction du déplacement : La tension de sortie sur le curseur est proportionnelle à la position du curseur sur la piste résistive. La piste résistive est en plastique conducteur de haute qualité, qui génère un signal de sortie continu et permet des vitesses d'actionnement allant jusqu'à 10 m/sec.
Avantages des potentiomètres linéaires
- Le principe de mesure est un procédé absolu, c'est-à-dire que la même valeur de mesure est immédiatement disponible à la mise sous tension ou après une panne de courant.
- Il s'agit d'une technologie qui a fait ses preuves depuis longtemps et qui est facile à utiliser.
- Elle ne nécessite qu'une source de tension de faible puissance, car la valeur de mesure est prélevée avec une faible puissance.
- Les capteurs de déplacement potentiométriques permettent, selon le modèle, de mesurer à moindre coût des déplacements de 0 à 10 mm, mais aussi des longueurs allant jusqu'à 2000 mm, et de les traiter de manière analogique.
- Grâce au circuit diviseur de tension, les potentiomètres linéaires sont très stables en température.
- Les capteurs de déplacement potentiométriques sont insensibles à la CEM et aux influences ESD.
Ce qu'il faut savoir sur les potentiomètres linéaires
- Nous recommandons le montage avec la piste vers le bas afin que l'abrasion de l'élément de résistance ne reste pas, dans la mesure du possible, sur la piste de résistance.
- Il ne faut pas que le capteur de déplacement soit soumis à des vibrations trop fortes, car il y a un risque que le curseur se décolle brièvement de la piste et que l'évolution temporelle de la valeur mesurée, soit interrompue.
- Les capteurs ne sont pas adaptés aux applications à forte oscillation. Il faut absolument éviter les mouvements à haute fréquence au même endroit : cela entraîne une abrasion ponctuelle, une perte de la qualité du signal de la piste résistive et le curseur peut également être endommagé de manière permanente.
- Les capteurs de déplacement potentiométriques avec piste plastique conductrice ne doivent être utilisés que dans un circuit diviseur de tension, car la valeur de mesure doit être prélevée avec une faible puissance. Dans le circuit rhéostat, le curseur et/ou la piste résistive sont endommagés de manière permanente. Cela signifie que les potentiomètres linéaires ne doivent pas être utilisés comme résistance variable dans un circuit.
Raccordement électrique et exemple de mesure
Dans leur version standard, les capteurs de déplacement potentiométriques possèdent toujours trois connexions, par exemple les broches A, B et C. Le capteur de déplacement est alimenté par une tension continue entre les points A et C. On suppose ici, à titre d'exemple, que la tension est de 10 V. La borne A est à 0 V, la borne B est donc à +10 V. La mesure du déplacement s'effectue selon le principe du circuit diviseur de tension, c'est-à-dire que le curseur mobile (connexion à la broche B) a un certain potentiel par rapport au point de référence (A), en fonction de la position du curseur entre le début et la fin de la piste de résistance.
Pour l'exemple illustré, la règle est la suivante (simplifiée) :
- Lorsque la course de déplacement est à la première position finale, le curseur se trouve au début de la piste de résistance, ce qui fait que la tension sur la broche B est d'environ 0 V.
- Le déplacement se trouve au milieu, la tension sur B est d'environ 5 V.
- La course de déplacement se trouve à la deuxième position finale, le curseur se trouve à la fin de la piste de résistance, la tension sur la broche B est d'environ +10 V.
Si les capteurs sont correctement câblés en circuit diviseur de tension, la valeur de tension au point B est indépendante de la valeur de résistance absolue du capteur de déplacement. Veuillez toutefois noter que cette représentation est simplifiée, car pour le fonctionnement du capteur, différentes valeurs sont encore valables pour la course électrique et mécanique (voir course de réglage mécanique et électrique). En outre, aucun capteur ne fonctionne sans imprécision de mesure. L'écart du résultat de mesure par rapport à la droite idéale est spécifié par des indications de linéarité.
Capacité de charge du curseur et de l'élément de résistance
| Exemple | Tension U | Résistance R | Puissance P | Application possible ? |
| 1 | 10 V | 1 kΩ | 0,1 Watt | oui |
| 2 | 20 V | 1 kΩ | 0,4 Watt | non |
| 3 | 25 V | 5 kΩ | 0,125 Watt | oui |
| 4 | 60 V | 10 kΩ | 0,36 Watt | non |
| 5 | 60 V | 20 kΩ | 0,18 Watt | oui |
Lors du raccordement, veuillez tenir compte de la capacité de charge maximale du curseur et de l'élément de résistance. Vous trouverez ces indications dans la fiche technique correspondante. Un courant trop important passant par le curseur entraîne la destruction immédiate du curseur et/ou de la piste de résistance à la position momentanée du curseur. Pour déterminer la puissance dissipée à laquelle le capteur de déplacement est soumis, la valeur de la résistance et la tension appliquée sont importantes. Voici quelques calculs effectués sur l'exemple du capteur de déplacement MM10 :
- Capacité de charge max. 0,2 watt
- Valeurs de résistance disponibles 1, 2, 5, 10, 20 ou 50 kΩ.
Pour la puissance dissipée, on a : P = U² / R (puissance P = tension U² divisée par la résistance R).
Cet exemple de calcul permet de constater immédiatement qu'avec une tension de service de 20 V, le capteur de déplacement de 1 kΩ ne peut pas être utilisé, car la perte de puissance à laquelle est soumis l'élément résistif est alors trop importante. Veuillez également veiller à utiliser une résistance d'entrée très élevée lors du traitement du signal dans un système électronique, afin que le courant passant par le curseur (broche B) soit le plus faible possible. La différence de tension entre la broche B et la broche A est mesurée pour enregistrer les valeurs de mesure.
Course de réglage mécanique et électrique
La caractéristique de sortie de la plupart des capteurs de déplacement potentiométriques ne convient pas au fonctionnement du capteur sur toute la course de déplacement disponible. Il faut en principe faire la distinction entre les courses de réglage suivantes :
- Course de réglage électriquement efficace (en anglais effective electrical limits) : il s'agit de la course de réglage à utiliser effectivement pour la mesure. Les valeurs de linéarité indiquées sur la fiche technique s'appliquent à ce réglage et un fonctionnement continu ne devrait avoir lieu que dans ces limites.
- Course électrique totale (en anglais total electrical limits) : dans cette plage, le curseur fournit certes un signal de sortie, mais celui-ci ne reflète généralement plus aucune modification de course aux extrémités, mais reste constant. Il s'agit d'une sorte de "zone morte" qui est conçue de cette manière pour des raisons techniques ou de construction et qui n'existe pas sur tous les capteurs.
- Course de réglage mécanique (en anglais mechanical limits) : le déplacement effectif que le capteur de position peut effectuer. Sur la plupart des modèles, des butées mécaniques empêchent le curseur de se déplacer au-delà de la piste de résistance.
Sur de nombreux modèles, la course de réglage mécanique correspond également à la course de réglage électrique complète. Il ne reste donc que deux des trois plages décrites ci-dessus. Cela simplifie certes l'observation, mais la course de réglage électrique effective doit toujours être adaptée à l'application lors du montage du capteur. Sinon, la zone morte décrite fausse les résultats de mesure. Veuillez tenir compte des indications figurant sur les fiches techniques du modèle que vous avez choisi.
Capteurs de déplacement remplis d'huile
Pour les applications avec des exigences particulières en matière de résistance du capteur, il existe des capteurs de déplacement potentiométriques remplis d'huile. Ils constituent notamment le bon choix pour l'enregistrement de valeurs de mesure à des points de mesure dans des environnements particulièrement sales, humides ou même corrosifs (sels, gaz corrosifs). Les domaines d'application de ces capteurs se trouvent dans l'industrie lourde comme la construction navale, les mines, les aciéries, les usines chimiques et bien d'autres encore.
La conversion la plus simple d'un mouvement longitudinal en une grandeur électrique proportionnelle s'effectue toujours à l'aide de systèmes de mesure potentiométriques. Il s'agit de systèmes de mesure absolue avec une meilleure résolution que 0,01 mm et l'avantage bien connu que les signaux sont immédiatement réaffichés en position correcte après une coupure de l'alimentation. Nos potentiomètres linéaires mesurent des courses mécaniques allant jusqu'à 2000 mm.
Qu'il s'agisse de sondes avec retour par ressort, de têtes articulées pour compenser le décalage latéral, de versions guidées par chariot ou de montage dans des applications hydrauliques ; ils possèdent un élément de résistance de très haute qualité en plastique conducteur (à l'exception de nos capteurs de déplacement remplis d'huile avec élément à fil bobiné). Et malgré la diversité et la richesse des variantes des produits, certaines applications exigeantes nécessitent une adaptation du capteur.
Chez MEGATRON, nous sommes votre partenaire pour ce processus d'adaptation et nous vous accompagnons dans le choix du produit, jusqu'à la fin du cycle de vie de votre application. Les capteurs potentiométriques, en particulier, nécessitent souvent des adaptations spéciales des voies de mesure, des confections et des améliorations de la précision des composants, car les variantes standard ne répondent souvent pas à toutes les exigences des applications spéciales exigeantes, comme celles de la technique médicale.