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Potenziometri lineari
Sensori di posizione lineare potenziometrici per la misurazione della distanza
Guida ai potenziometri lineari
Indice
Domande di base sui sensori lineari? Qui troverete le risposte
Che cos'è un sensore lineare potenziometrico?
Il principio di misura del potenziometro è stato descritto da Johann Christian Poggendorff nel 1841 ed è stato utilizzato fin dall'inizio dell'uso dell'elettricità. Un potenziometro ha una pista di resistenza sulla cui superficie è guidato un contatto mobile scorrevole che tocca un potenziale di tensione. Questo elemento di resistenza può essere circolare o allungato.
Tuttavia, il termine "potenziometro", o "pot" in breve, è oggi più comunemente usato per i sensori angolari, cioè la versione rotonda.
I trasduttori di spostamento potenziometrici, invece, sono sensori utilizzati per misurare la lunghezza. È quindi più probabile che questi sensori vengano chiamati "potenziometri lineari" o "trasduttori di spostamento lineari" quando viene specificato un valore di resistenza o quando è evidente che si tratta di tecnologia potenziometrica.
Per far funzionare un sensore di questo tipo, al trasduttore di spostamento viene collegata un'alimentazione. Un cursore (wiper) viene spostato sulla traccia del resistore per mezzo di un dispositivo meccanico (sonda, cursore, a seconda della versione), il cui potenziale cambia in seguito allo spostamento: La tensione di uscita è proporzionale alla posizione del cursore sulla traccia del resistore. La pista di resistenza è realizzata in plastica conduttiva di alta qualità, che genera un segnale di uscita a variazione continua e consente velocità di attuazione fino a 10 m/sec.
Vantaggi dei potenziometri lineari
- Il principio di misura è assoluto, cioè lo stesso valore misurato è immediatamente disponibile all'accensione o dopo un'interruzione di corrente.
- La tecnologia è ben collaudata e facile da gestire.
- È necessaria solo una sorgente di tensione a bassa potenza, perché il valore misurato viene rilevato a bassa potenza.
- Con i sensori di spostamento potenziometrici, è possibile misurare spostamenti nell'intervallo da 0 a 10 mm, ma anche lunghezze fino a 2000 mm, con un sensore economico ed elaborarli ulteriormente in forma analogica.
- I potenziometri lineari sono molto stabili alla temperatura quando vengono usati nel circuito partitore di tensione
- I trasduttori di spostamento potenziometrici sono robusti contro le influenze EMC e ESD
Con i potenziometri lineari è necessario osservare quanto segue
- Si consiglia il montaggio a soffitto, in modo che le abrasioni dell'elemento di resistenza non rimangono sullo stesso elemento.
- Il sensore di spostamento non deve essere sottoposto a vibrazioni eccessive, poiché esiste il rischio che il cursore si sollevi brevemente dalla pista e interrompa la curva temporale del valore misurato.
- I sensori non sono adatti ad applicazioni con vibrazioni elevate. Si devono assolutamente evitare movimenti ad alta frequenza nello stesso punto! Ciò provocherebbe un'abrasione localizzata, la perdita di qualità del segnale sulla traccia della resistenza e il danneggiamento permanente del cursore.
- I trasduttori potenziometrici con pista in plastica conduttiva devono essere utilizzati solo in un circuito a partitore di tensione, poiché il valore misurato deve essere rilevato a bassa potenza. In un circuito reostatico, la pista in plastica conduttiva si danneggia in modo permanente. Ciò significa che i potenziometri lineari non devono essere utilizzati come resistenze variabili in un circuito.
Esempio di collegamento elettrico e misura
I trasduttori potenziometrici hanno sempre tre connessioni standard, ad esempio i pin A, B e C. Il trasduttore viene alimentato con una tensione continua tra i punti A e C. A titolo di esempio, si ipotizza una tensione di 10 V. La misurazione dello spostamento si basa sul principio del circuito divisore di tensione, ossia il wiper mobile (collegato al pin B) ha una certa tensione. Il terminale A è a 0 V e il terminale C è a +10 V. La misurazione dello spostamento si basa sul principio del circuito divisore di tensione, ossia il cursore mobile (collegato al pin B) ha un determinato potenziale rispetto al punto di riferimento (A), a seconda della posizione del cursore tra l'inizio e la fine della traccia di resistenza.
Per l'esempio illustrato (semplificato):
- Se la corsa si trova nella prima posizione finale, il cursore si trova all'inizio della traccia della resistenza, quindi la tensione sul pin B è di circa 0 V.
- Se la corsa è al centro, la tensione su B è di circa 5 V.
- La corsa è nella seconda posizione finale, il cursore è alla fine della traccia di resistenza, la tensione sul pin B è circa +10 V
Se i sensori sono collegati correttamente in un circuito a partitore di tensione, il valore della tensione sul punto B è indipendente dal valore assoluto della resistenza del trasduttore. Si noti, tuttavia, che questa illustrazione è semplificata, in quanto al funzionamento del sensore si applicano comunque valori diversi di spostamento elettrico e meccanico(vedere corsa meccanica ed elettrica). Inoltre, nessun sensore funziona senza imprecisioni di misura. La deviazione del risultato della misura dalla linea retta ideale è specificata dalle specifiche di linearità.
Capacità di carico del cursore e dell'elemento di resistenza
| Esempio | Tensione U | Resistenza R | Potenza P | Applicazione possibile? |
| 1 | 10 V | 1 kΩ | 0,1 Watt | sì |
| 2 | 20 V | 1 kΩ | 0,4 Watt | no |
| 3 | 25 V | 5 kΩ | 0,125 Watt | sì |
| 4 | 60 V | 10 kΩ | 0,36 Watt | no |
| 5 | 60 V | 20 kΩ | 0,18 Watt | sì |
Quando si effettua il collegamento, tenere conto della capacità di carico massima dell'elemento di resistenza e del cursore. Queste informazioni sono riportate nella relativa scheda tecnica. Una corrente eccessiva attraverso il cursore provocherà la distruzione immediata del cursore e/o della traccia di resistenza nella posizione attuale del cursore.
Il valore della resistenza e la tensione applicata sono importanti per determinare la potenza dissipata dal trasduttore. Ecco alcuni calcoli utilizzando il trasduttore MM10 come esempio:
- capacità di carico massima 0,2 Watt
- valori di resistenza disponibili 1, 2, 5, 10, 20 o 50 kΩ
Per la dissipazione di potenza vale quanto segue:
P = U² / R (potenza P = tensione U² divisa per la resistenza R)
Da questo esempio di calcolo risulta subito chiaro che con una tensione operativa di 20 V non è possibile utilizzare il trasduttore di spostamento da 1 kΩ, perché altrimenti la dissipazione di potenza caricata sull'elemento resistivo sarebbe troppo elevata.
È inoltre importante utilizzare un'impedenza di ingresso molto alta quando si elabora il segnale in un sistema elettronico, in modo che la corrente attraverso il cursore (pin B) sia la più bassa possibile. La differenza di tensione tra il pin B e il pin A viene misurata per registrare le misure.
Corsa meccanica ed elettrica
La curva caratteristica di uscita della maggior parte dei sensori di spostamento potenziometrici non è adatta al funzionamento del sensore sull'intero campo di spostamento disponibile. È necessario fare una distinzione di base tra i seguenti campi di spostamento:
- Limiti elettrici effettivi: Si tratta della corsa effettiva da utilizzare per la misurazione. I valori di linearità specificati nella scheda tecnica si applicano a questa corsa e il funzionamento continuo deve avvenire solo entro questi limiti.
- Limiti elettrici totali: All'interno di questo intervallo il cursore fornisce un segnale di uscita, ma questo segnale di solito non cambia alle estremità della corsa, ma rimane costante. Si tratta di una sorta di "zona morta", progettata in questo modo per ragioni tecniche o di design e non disponibile con tutti i sensori.
- Limiti meccanici: Lo spostamento effettivo che il sensore di posizione può eseguire. Nella maggior parte dei modelli, gli arresti meccanici impediscono al cursore di spostarsi oltre il percorso della resistenza.
Per molti modelli, la corsa meccanica corrisponde alla corsa elettrica completa. Rimangono quindi solo due dei tre campi descritti in precedenza. Sebbene questo semplifichi la considerazione, la corsa elettrica effettiva deve comunque essere adattata all'applicazione quando si installa il sensore. In caso contrario, il campo morto descritto sopra falsificherà i risultati di misura. Consultare la scheda tecnica del modello scelto.
Trasduttori a olio
I sensori di spostamento potenziometrici a riempimento d'olio sono disponibili per applicazioni con requisiti speciali di durata del sensore. Sono particolarmente adatti per punti di misura in ambienti sporchi, umidi o addirittura corrosivi (sali, gas corrosivi). Le applicazioni di questi sensori si trovano in industrie pesanti come cantieri navali, miniere, acciaierie, impianti chimici e molte altre.
Il modo più semplice per convertire un movimento lineare in una grandezza elettrica proporzionale è ancora quello di utilizzare sistemi di misura potenziometrici. Si tratta di sistemi di misura assoluti con una risoluzione migliore di 0,01 mm e con il noto vantaggio che i segnali vengono immediatamente visualizzati nella posizione corretta in caso di interruzione dell'alimentazione. I nostri potenziometri lineari coprono corse meccaniche fino a 2000 mm.
Che si tratti di sonde con ritorno a molla, con giunti sferici per compensare il disallineamento laterale, in versione a scorrimento o per l'installazione in applicazioni idrauliche, sono tutti dotati di un elemento resistivo conduttivo in plastica di altissima qualità (ad eccezione di quelli a olio con elemento a filo avvolto). Nonostante la varietà e la diversità dei prodotti, alcune applicazioni esigenti richiedono la personalizzazione dei sensori.
Noi MEGATRON siamo il vostro partner in questo processo di adattamento e vi assisteremo dalla scelta del prodotto fino alla fine del ciclo di vita della vostra applicazione. I sensori potenziometrici, in particolare, richiedono spesso adattamenti speciali dei percorsi di misura, degli assemblaggi e miglioramenti nella precisione dei componenti, perché nelle applicazioni speciali più esigenti, come la tecnologia medica, le varianti standard spesso non soddisfano tutti i requisiti.