potencjometry precyzyjne SAKAE

informacja techniczna

 

ZASADY PROJEKTOWANIA URZĄDZEŃ Z POTENCJOMETRAMI

 

Po wyborze rodzaju potencjometru, w czasie projektowania obwodu, w którym zostanie on zastosowany, w celu maksymalnego wykorzystania jego możliwości i uniknięcia nieprawidłowości należy wziąć pod uwagę następujące aspekty:

 

1. Efekt obciążenia (błąd obciążenia)

Zwykle w obwodzie do wyprowadzenia wyjściowego potencjometru przyłączane jest obciążenie, którego wielkość może wpływać na jego liniowość i odpowiedniość (w sensie doboru). Stąd należy rozważyć wpływ obciążenia na te parametry. Przykładowo, jeżeli rezystancja obciążenia jest ponad 100 razy większa od rezystancji całkowitej potencjometru, to efekt obciążenia jest niewielki (patrz rysunek i tablica poniżej).

 

 

RT – rezystancja całkowita

RL – rezystancja obciążenia

E – napięcie wejściowe

 

Tablica - Wielkość błędu obciążenia w zależności od stosunku rezystancji obciążenia do rezystancji całkowitej potencjometru i kąta obrotu (przesunięcia).

 

Stosunek RL/RT	Zakres kąta obrotu
	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
0,1	4,72	12,31	20,32	28,24	35,71	42,35	47,42	49,23	42,63	0
1	0,83	2,76	5,21	7,74	10,00	11,61	12,15	11,03	7,43	0
10	0,09	0,31	0,62	0,94	1,22	1,41	1,44	1,26	0,80	0
100	0,01	0,03	0,06	0,10	0,12	0,14	0,15	0,13	0,08	0
1000	0	0	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0

 

Uwaga: Błąd obciążenia wyrażony jest w procentach. Wszystkie wartości określają błąd ujemny w stosunku do sytuacji bez obciążenia.

 

2. Efekt częstotliwościowy

Jeżeli potencjometr został zastosowany w obwodzie wysokiej częstotliwości, i jest on drutowy lub hybrydowy, tzn. jego drut oporowy został nawinięty na rdzeniu i tworzy cewkę, to wykazuje on indukcyjność i pojemność spowodowaną obecnością zwojów, która objawia się przesunięciem fazy i obniżeniem amplitudy sygnału wyjściowego. W tych potencjometrach, w zakresie częstotliwości do 20 kHz efekt częstotliwościowy praktycznie nie występuje. W przypadku potencjometrów z elementem rezystancyjnym wykonanym z tworzywa sztucznego przewodzącego, chociaż występuje niewielka rozłożona pojemność wzdłuż elementu rezystancyjnego, efekt częstotliwościowy nie objawia się w zakresie częstotliwości do 200 kHz (zobacz przykłady na poniższych rysunkach).

Aktualne dane pomiarowe potencjometru drutowego (na przykładzie potencjometru typu 22HP‑10)

 

 

Aktualne dane pomiarowe potencjometru z tworzywa sztucznego przewodzącego (na przykładzie potencjometru typu FCP22A)

 

 

3. Efekt luzu suwaka

Luz suwaka jest mechaniczną różnicą w kącie obrotu (lub przesunięciu) osi potencjometru w stosunku do położenia suwaka, gdy oś obraca się (lub przesuwa) w jedną i drugą stronę. W wykonaniach standardowych luz suwaka osiąga wartości przedstawione w tablicy poniżej.

 

Rodzaj	Model	Luz suwaka
Jednoobrotowy	CP, FCP	mniej niż 0,5º
Wieloobrotowy	HP, HHP, HD	mniej niż 2º
Liniowy	LP, FLP	mniej niż 0,1 mm

 

4. Rezystancja resztkowa (napięcie resztkowe)

W przypadku potencjometrów jednoobrotowych z ogranicznikiem obrotu lub potencjometrów wieloobrotowych może występować rezystancja resztkowa (napięcie resztkowe) w skrajnych położeniach suwaka. W wykonaniach standardowych wartość tego parametru jest poniżej 0,1% na wyprowadzeniu 1 i poniżej 1,0% na wyprowadzeniu 3.

 

 

5. Rezystancja końcowa (napięcie końcowe)

W standardowych wykonaniach rezystancja końcowa (lub napięcie końcowe) na obu wyprowadzeniach (1 lub 3) jest poniżej 0,05% rezystancji całkowitej dla potencjometrów drutowych i poniżej 0,1% rezystancji całkowitej dla potencjometrów hybrydowych i z tworzyw sztucznych przewodzących.

 

6. Rezystancja wyprowadzeń (napięcie wyprowadzeń)

Rezystancja wyprowadzeń (lub napięcie wyprowadzeń) jest najmniejszą rezystancją (lub napięciem) mierzoną w środku wyprowadzenia. W standardowych wykonaniach jest ona poniżej 0,05% rezystancji całkowitej dla potencjometrów drutowych i poniżej 0,1% rezystancji całkowitej dla potencjometrów hybrydowych i z tworzyw sztucznych przewodzących.

 

7. Tolerancja wzajemna

Parametr tolerancji wzajemnej dotyczy potencjometrów wielokrotnych lub z wieloma suwakami. Wyróżniane są dwa rodzaje tolerancji wzajemnej: „tolerancja wzajemnego położenia suwaków” oraz „tolerancja wzajemna napięcia wyjściowego”. Tolerancja wzajemnego położenia suwaków dotyczy każdego położenia suwaków w zakresie kąta obrotu. Tolerancja wzajemna napięcia wyjściowego dotyczy różnic w liniowości pomiędzy dwoma sekcjami potencjometru w całym zakresie kąta obrotu. W standardowych wykonaniach tolerancja wzajemna dotyczy tolerancji wzajemnego położenia suwaków w położeniu krańcowym przy obrocie zgodnie z ruchem wskazówek zegara i jest ona mniejsza niż ą1º. Jeżeli wymagane jest utrzymanie określonej tolerancji wzajemnej napięcia wyjściowego to należy to zaznaczyć przy składaniu zamówienia.

 

8. Środowiskowe warunki stosowania potencjometrów

(1) Zakres temperatury roboczej

Zakres temperatury roboczej wymieniany w tej informacji dotyczy ograniczeń temperatury, w której mogą być użytkowane potencjometry, jednak nie jest możliwe zagwarantowanie, że wszystkie parametry określone w „specyfikacji ogólnej” zamieszczonej w tej informacji będą spełnione w całym zakresie temperatury, Parametry określone w „specyfikacji ogólnej” w tej informacji mierzone są w standardowych temperaturach otoczenia (15÷35ºC), zgodnych z normami IEC i normami JIS, o ile nie zostały inaczej określone.

 

Jeżeli potencjometry mają być stosowane w warunkach odbiegających od standardowego zakresu temperatur, należy te warunki konsultować z producentem odwołując się do przedstawionej informacji technicznej. Także wszystkie wartości zamieszczone rozdziale „środowiskowe warunki pracy” były mierzone w standardowych warunkach temperaturowych i dlatego nie można zagwarantować ich spełnienia podczas innych badań, o ile nie zostało to wyraźnie określone. Zalecane jest korzystanie z informacji „Środowiskowe warunki użytkowania” jako pomocy w projektowaniu i potwierdzanie tych wartości poprzez badania i eksperymenty stosownie do poziomu istotności zagadnienia.

 

(2) Stosowanie w zakresie niskich temperatur

Przy obniżaniu temperatury otoczenia może wystąpić szum przestawiania związany z zamarzaniem wilgoci osadzającej się na powierzchni elementu rezystancyjnego oraz lekkim twardnieniem smaru pokrywającego powierzchnię elementu rezystancyjnego. W takim przypadku szum przestawiania może zanikać po wykonaniu kilku obrotów osi. Zalecane jest wstępne konsultowanie tego problemu w celu jego uniknięcia.

 

(3) Stosowanie w zakresie wyższych temperatur

W przypadku stosowania potencjometrów w zakresie wyższych temperatur w dłuższym okresie czasu może pojawić się szum przestawiania związany z pogorszeniem właściwości i odparowaniem smaru zastosowanego na powierzchni elementu rezystancyjnego. W takich przypadkach należy sprawdzić, które uszczelnienia należy zastosować w potencjometrze, co wymaga wstępnych konsultacji.

 

(4) Stosowanie w warunkach występowania wibracji i udarów

Stosowanie potencjometrów w warunkach występowania wibracji i udarów w dłuższym okresie czasu może powodować powstanie dodatkowego szumu przestawiania i skracać okres ich eksploatacji z powodu częściowych uszkodzeń elementu rezystancyjnego. W takich przypadkach należy zastosować środki zmierzające do wyeliminowania wibracji w miejscu mocowania potencjometru (na panelu lub osi potencjometru) połączeń z jego wyprowadzeniami, itp.

 

(5) Stosowanie w warunkach podwyższonej wilgotności i obecności gazu powodującego korozję

Stosowanie potencjometrów w warunkach podwyższonej wilgotności i obecności gazu powodującego korozję w dłuższym okresie czasu może wywołać niekorzystne zjawiska wewnątrz elementu rezystancyjnego, przeskakiwanie suwaka i utratę kontaktu, itp. W tych przypadkach należy zastosować środki polegające na odpowiednim uszczelnieniu potencjometru, co wymaga wcześniejszych konsultacji.

 

9. Stosowanie przy nieczęstym przestawianiu

W przypadku małej częstości przestawiania może wystąpić szum przestawiania w początkowej fazie ruchu sumaka spowodowany jego utlenieniem i zasiarczeniem wpływającym na prąd suwaka, a także temperaturą otoczenia, wilgotnością, obecnością gazów, itp.

W takich przypadkach jest konieczne zastosowanie dodatkowych środków takich jak: uszczelnienie elementu, większy nacisk suwaka na element rezystancyjny i przestawianie potencjometru z odpowiednimi krokami na początku fazy przestawiania po dłuższej bezczynności lub przestawianie z borem położenia pośredniego. Odpowiedni sposób przestawiania powinien zostać przeanalizowany.

Należy zwrócić uwagę, że w przypadku potencjometrów wieloobrotowych dostępny jest specjalny rodzaj potencjometru do zastosowań o nieczęstym przestawianiu, którego użycie powinno zostać również przeanalizowane.

 

10. Stosowanie w warunkach drgań

Stosowanie potencjometrów w warunkach powtarzalnego ruchu przestawiania w niewielkim zakresie oraz występowania wibracji i udarów oddziaływujących na oś lub obudowę w dłuższym okresie czasu może skutkować wystąpieniem dodatkowego szumu przestawiania spowodowanego ścieraniem elementu rezystancyjnego i odkładaniem się powstałego pyłu na krańcach obszaru ruchów suwaka wywołanych drganiami oraz zmianami w powierzchni elementu rezystancyjnego w tym obszarze.

W tych przypadkach mogą wystąpić przerwy lub opóźnienia w kontaktowaniu suwaka.

Przestawienie suwaka poza zakres ruchów wywołanych drganiami może spowodować usunięcie pyłu i zlikwidowanie występujących zjawisk.

 

 

11. Zalecane obwody

(1) Wykorzystanie potencjometru w charakterze opornika regulowanego (regulacja prądu) wymaga zastosowania potencjometru drutowego. W tym przypadku należy połączyć jeden biegun napięcia z suwakiem (wyprowadzenie 2) a drugi z jednym z wyprowadzeń końcowych (patrz rysunek poniżej).

 

 

(2) Gdy stosowany jest potencjometr inny niż drutowy tzn. z elementem rezystancyjnym z tworzywa sztucznego, hybrydowym, itp. w układzie dzielnika napięciowego, to zalecane jest buforowanie układem wtórnika przy zapewnieniu prądu suwaka mniejszego niż 10 μA (patrz rysunek poniżej).

 

 

12. Stosowanie w obwodach wysokiego napięcia

Stosowanie potencjometrów przy dużych napięciach lub w obwodach wysokich napięć może powodować niebezpieczeństwo przepalenia się elementu rezystancyjnego, zniszczenie elementów izolacyjnych, itp. Wymaga to starannego doboru potencjometru ze względu na jego zakresy pracy.

 

13. Obwody zabezpieczające i podobne

W przypadku potencjometrów kontaktowych zawierających element rezystancyjny, po którym ślizga się suwak nieuniknione jest występowanie szumu przestawiania (wynikającego z niestabilności kontaktu) w czasie użytkowania. Szczególnie w przypadku potencjometrów drutowych może wystąpić chwilowa przerwa w obwodzie wynikająca z ich cech budowy. Przerwy mogą również wystąpić ze względu na sposób montażu tych elementów (lutowanie, zaciskanie).

W tych okolicznościach zalecane jest wprowadzenie obwodów bezpieczeństwa dwu lub trzykrotne w celu spełnienia wymagań funkcjonalnych również po zakończeniu testów produkcyjnych. Dotyczy to szczególnie zastosowań, w których oczekiwana jest wysoka niezawodność (urządzenia ratujaće życie, kosmiczne, lotnicze, związane z energią atomową, zasilaniem w energię, transportem, przewożeniem osób, dźwigami, itp.).

 

 

14. Korzystanie ze skrajnych fragmentów elementów rezystancyjnych

W przypadku potencjometrów bez ograniczników obrotu występują znaczne wahania napięcia zależne od jakości kontaktu suwaka w strefie ruchu poza zakresem kąta obrotu elektrycznego.

Nie należy dopuszczać do wykorzystywania tej strefy ruchu suwaka ze względu na zachowanie się sygnału wyjściowego potencjometru.

 

15. Łączenie osi potencjometru z napędami

(1) Zasadniczo nie jest dopuszczalne obciążanie osi potencjometru w dowolnym kierunku. Mogą one jednak być obciążane mechanicznie chwilowo działającą siłą do 1 kG i w sposób ciągły do 0,1 kG. Podłączenia przekładni do osi potencjometru należy dokonywać poprzez odpowiedni element przedłużający.

 

(2) W przypadku sprzęgania osi potencjometru z urządzeniem napędowym zalecane jest stosowanie połączeń elastycznych lub równoważnych elastycznym, które będą zdolne do korygowania braku współosiowości i równoległości osi oraz nie będą przenosić obciążeń promieniowych i poosiowych itp. Konieczne jest określenie wymagań i ograniczeń dla połączeń elastycznych odniesionych do występujących sił.

 

16. Przestrzeń bezpieczeństwa wokół potencjometru

Przy projektowaniu rozmieszczenia elementów w układzie należy rozważyć pozostawienie wokół potencjometru wolnej przestrzeni w celu ograniczenia wpływu czynników takich jak: ciepło, pole elektromagnetyczne, drgania, udary, itp.

 

17. Stopień ochrony obudowy potencjometru (IP)

 

Przykład podawania stopnia ochrony obudowy: IP54  ‑‑‑‑‑  druga cyfra charakterystyczna

                                                                                └ ‑‑‑‑‑‑‑‑  pierwsza cyfra charakterystyczna

 

Pierwsza cyfra charakterystyczna kodu IP (stopień ochrony przed dostaniem się obcych ciał stałych).

 

IP	Zakres ochrony
0	bez ochrony
1	zabezpieczenie przed dostaniem się obcych ciał stałych o średnicy ≥ 50 mm
2	zabezpieczenie przed dostaniem się obcych ciał stałych o średnicy ≥ 12,5 mm
3	zabezpieczenie przed dostaniem się obcych ciał stałych o średnicy ≥ 2,5 mm
4	zabezpieczenie przed dostaniem się obcych ciał stałych o średnicy ≥ 1,0 mm
5	ograniczona ochrona przed pyłem
6	pyłoszczelne

 

 

Druga cyfra charakterystyczna kodu IP (stopień ochrony przed wnikaniem wody i szkodliwymi jej skutkami).

 

IP	Zakres ochrony
0	bez ochrony
1	zabezpieczenie przed dostaniem się wody kapiącej pionowo
2	zabezpieczenie przed dostaniem się wody kapiącej (do 15º)
3	zabezpieczenie przed dostaniem się wody natryskiwanej
4	zabezpieczenie przed dostaniem się wody rozbryzgiwanej
5	zabezpieczenie przed dostaniem się wody lanej strugą
6	zabezpieczenie przed dostaniem się wody lanej silną strugą
7	zabezpieczenie przed dostaniem się wody przy zanurzeniu krótkotrwałym
8	zabezpieczenie przed dostaniem się wody przy zanurzeniu ciągłym

 

Uwaga: powyższe tablice są zgodne z definicjami zamieszczonymi w normach IEC 60529:1989 oraz JIS C 0920 (1993).

 © wersji polskiej MEDITRONIK