potencjometry precyzyjne SAKAE

informacja techniczna

 

 

Definicje parametrów – informacje o doborze rodzaju potencjometrów

 

Wszystkie parametry techniczne zdefiniowane poniżej są zgodne normami międzynarodowymi wymienionymi powyżej. Objaśnienia definicji parametrów bazują głównie na potencjometrach obrotowych, gdzie kąt obrotu zastępuje skok liniowy.

 

1. Rezystancja całkowita

Rezystancja całkowita jest definiowana jako rezystancja pomiędzy wyprowadzeniami 1 i 3 potencjometru i jest określana jako wartość nominalna w omach. Nasze nominalne rezystancje całkowite standardowo bazują na szeregu: 1, 2 i 5 (tj. 100 W, 200 W, 500 W, 1 kW, 2 kW, 5 kW,...). Wyprowadzenie 1 odpowiada, patrząc od strony osi potencjometru, skrajnej pozycji suwaka przy ruchu przeciwnym do wskazówek zegara (w przypadku potencjometru liniowego jest to położenie przy całkowicie wyciągniętym suwaku), a wyprowadzenie 3 odpowiada skrajnej pozycji suwaka przy ruchu zgodnym ze wskazówkami zegara (w przypadku potencjometru liniowego jest to położenie przy całkowicie wepchniętym suwaku).

 

2. Tolerancja rezystancji całkowitej

Tolerancja rezystancji całkowitej jest odchyleniem na plus i minus w granicach procentowo wyrażonej wartości w stosunku do nominalnej rezystancji całkowitej. Jest ona określana zgodnie z normą IEC 62 (ta sama klasyfikacja jest stosowana w JIS i USA MIL): F (ą1%), G(ą2%), H(ą3%), J(ą5%), K(ą10%), L(ą15%), M(ą20%).

 

3. Liniowość i zgodność z charakterystyką

Liniowość i zgodność z charakterystyką reprezentują zakres maksymalnej tolerancji lub odchylenia aktualnej charakterystyki potencjometru od teoretycznej charakterystyki funkcjonalnej i jest wyrażana procentowo w stosunku do całkowitego napięcia wejściowego. Stosowane są różne definicje stosownie do sposobu wyznaczania prostej odniesienia. Poniżej przedstawiono typowe definicje.

 

Definicja liniowości

 

Rodzaje liniowości

 

Rodzaj liniowości	Funkcja teoretyczna	Współczynnik A	Współczynnik B
Liniowość absolutna		1	0
Liniowość w odniesieniu do wyprowadzeń		1	0
Liniowość z bazą w zerze		nieokreślony	0
Liniowość niezależna		nieokreślony	nieokreślony

 

Uwaga 1:    Maksymalna wartość C jest tolerancją liniowości.

Uwaga 2:    Jeżeli w kolumnach A i B tablicy nie określono wartości to znaczy, że obie są wykorzystywane do minimalizacji C.

Uwaga 3:    Liniowość niezależna jest najczęściej stosowaną w przypadku potencjometrów i wysoko dokładna liniowość może być uzyskana przez zastosowanie tej metody pomiarowej;

Uwaga 4:    qA, qT i q należy odczytywać jako kąt w przypadku potencjometrów obrotowych lub jako przesunięcie w przypadku potencjometrów liniowych.

 

Wszystkie liniowości wymienione w tej informacji bazują na liniowości niezależnej, ale jeżeli wymagane jest spełnienie wymagań odnośnie innego rodzaju liniowości, to należy to odpowiednio wyspecyfikować przy składaniu zamówienia. Podstawowym standardem w pomiarach liniowości jest 10 punktów pomiarowych w przypadku potencjometrów drutowych oraz pomiar ciągły w przypadku pozostałych rodzajów potencjometrów. Poniższy wykres pokazuje pomiar ciągły bazujący na nieliniowości niezależnej.

 

 

4. Moc rozpraszana

Moc rozpraszana jest maksymalną wartością mocy dostarczanej pomiędzy skrajne wyprowadzenia (pomiędzy wyprowadzenia 1 I 3) elementu rezystancyjnego w temperaturze otoczenia.

 

Jeżeli nie zostało to odrębnie określone przyjmujemy, że temperaturą otoczenia jest 70 °C. W następujących przypadkach konieczne jest zmniejszenie mocy rozpraszanej.

 

(1) W przypadku wykorzystania potencjometrów w temperaturach wyższych niż 70 °C należy zmniejszać moc rozpraszaną stosownie do poniższego wykresu.

 

 

Uwaga 1:    Nie należy stosować tego wykresu do wszystkich modeli serii OF.

Uwaga 2:    Wykres należy stosować następująco:

                   Potencjometry dostosowane do pracy w maksymalnej temperaturze otoczenia 105 °C – odcinek wykresu pomiędzy 70 °C i 105 °C;

                   Potencjometry dostosowane do pracy w maksymalnej temperaturze otoczenia 125 °C – odcinek wykresu pomiędzy 70 °C i 125 °C;

 

(2) W przypadku potencjometrów wielokrotnych, w których wytwarzane i emitowane ciepło w każdej sekcji wpływa na warunki pracy pozostałych sekcji, konieczne jest zmniejszenie mocy rozpraszanej w każdej wykorzystywanej sekcji od 75% do 40% zgodnie z poniższym wykresem.

 

 

(3) W przypadku stosowania potencjometrów w zakresie napięć przykładanych przekraczających określone maksymalne napięcie robocze, należy obniżyć te napięcia do poziomu poniżej maksymalnego napięcia roboczego.

 

Maksymalne napięcie przykładane należy obliczyć według wzoru:

V =

Gdzie: V – maksymalne napięcie przykładane

            R – nominalna rezystancja potencjometru

            P – moc rozpraszana potencjometru

 

5. Szum przestawiania potencjometru

Szum przestawiania potencjometru jest nagłą zmianą napięcia pojawiającą się na wyjściu potencjometru, która nie jest spowodowana zmianą napięcia wejściowego, i która powstaje w wyniku ruchu suwaka potencjometru. W przypadku potencjometrów drutowych wymagania określają „Równoważną rezystancję szumu”, zaś w przypadku pozostałych rodzajów potencjometrów określana jest „Nierównomierność wyjściowa” i/lub „Zmienność rezystancji kontaktowej suwaka”.

 

(1) Równoważna rezystancja szumu (Equivalent Noise Resistance – E.N.R.) – wymagane metody pomiarowe tego szumu są określona w normach amerykańskich, normach V.R.C.I. i normach wojskowych MIL‑R‑12934. W szczególności MIL‑R‑12934 wymaga by wartość tego parametru była poniżej 100W E.N.R.

 

 

Zakres częstotliwości oscyloskopu: D.C. – 50 kHz

Minimalna impedancja wejściowa: 1 MW przy 400 kHz

Epn – sygnał napięciowy szczytowej wartości szumu wyświetlony na oscyloskopie

Prędkość obrotowa osi potencjometru: 4ą1 obr/min

Metoda badania szumu przestawiania potencjometru (zgodna z MIL‑R‑12934 i V.C.R.I)

E.N.R. =  [Ω]

 

Wszystkie potencjometry drutowe o rezystancji całkowitej poniżej 10 kW są badane przez zewnętrzną jednostkę kontrolną czy ich szum przestawiania jest poniżej 10 W E.N.R. przy prędkości obrotowej 60 obr/min.

 

Aktualne wyniki pomiarów E.N.R.

[na przykładzie potencjometru drutowego typu 22HP‑10, 10 kW]

 

(2) Nierównomierność wyjściowa (Output Smoothness – O.S.) – szum przestawiania potencjometrów innych niż drutowe (z tworzywem sztucznym przewodzącym lub hybrydowych) jest nazywany nierównomiernością wyjściową i określany procentowo w stosunku do przyłożonego napięcia. Wymagania dotyczące nierównomierności wyjściowej są określone w normach: MIL‑R‑39023 (USA), normach V.R.C.I. oraz IEC 60393‑1. Szczególnie w normie MIL‑R‑39023 wymagana jest nierównomierność wyjściowa poniżej 0,1% wartości przyłożonego napięcia wejściowego.

 

 

Ein – napięcie wejściowe [V]

Eout – napięcie sygnału szumu [V]

Prędkość obrotowa osi potencjometru: 4ą1 obr/min

Rezystancja RL: 100Rx

Metoda badania nierównomierności wyjściowej: zgodna z MIL‑R‑39023 i V.C.R.I.

O.S. =  [%]

 

Obwód filtru do badania nierównomierności wyjściowej

 

R1 = 400 kΩ

C1 = 0,050 μF

R2 = 10 kΩ

C2 = 0,10 μF

Aktualne wyniki pomiarów nierównomierności wyjściowej

[na przykładzie tworzywa sztucznego przewodzącego typu FCP50A, 20 kΩ]

 

 

[na przykładzie potencjometru hybrydowego typu 12HHP‑10, 1 kΩ]

 

 

(3) Zmienność rezystancji kontaktowej suwaka (Contact Resistance Variation – C.R.V) – ta metoda pomiaru szumu przestawiania potencjometru wymagana jest w amerykańskich normach V.R.C.I., MIL‑R‑12934 i IEC 60393‑1. Obwód testowy przedstawiono na rysunku poniżej. Badany potencjometr jest włączony w obwód (Rx). W warunkach stałego prądu przepływającego przez suwak potencjometru wykonywanych jest 6 cykli obrotowych z określoną prędkością i w 3 ostatnich cyklach dokonywany jest pomiar zmienności rezystancji kontaktowej suwaka.

 

 

Rx – badany potencjometr innego typu niż drutowy;

D.C. – źródło prądowe stałonapięciowe zdolne do wytwarzania prądu testowego (Ib);

Równomierna charakterystyka amplitudowa wzmacniacza w paśmie 100 Hz – 50 kHz;

Impedancja wejściowa nie mniejsza niż 10-cio krotna wartość rezystancji całkowitej badanego potencjometru;

Oscyloskop pomiarowy lub równoważny rejestrator;

Rs – rezystor kalibrujący o wartości ustalanej podczas kalibracji. Kalibracja dokonywana jest przy przełączeniu przełącznika (S) w położeniu suwaka potencjometru (2) przy wyprowadzeniu (1).

Wartość C.R.V. jest procentem rezystancji całkowitej potencjometru.

Prąd suwaka wynosi 1 mA, natomiast prędkość obrotowa osi potencjometru wynosi 4 obr/min.

6. Kąt obrotu elektryczny

W tej informacji katem obrotu elektrycznym (lub przesunięciem elektrycznym) nazywany jest zakres obrotu w granicach efektywnego elektrycznego zakresu działania, w ramach którego rezystancja lub napięcie wyjściowe zmieniają się stosownie do określonej charakterystyk potencjometru. Przedstawiono to na rysunku poniżej.

 

 

7. Kąt obrotu mechaniczny

Kątem obrotu mechanicznym jest zakres obrotu pomiędzy ograniczeniami mechanicznymi ruchu suwaka po obu stronach potencjometru. Potencjometr bez ograniczników mechanicznych ma kąt obrotu mechanicznego wynoszący 360°

8. Rezystancja izolacji

Rezystancją izolacji jest rezystancja mierzona pomiędzy wyprowadzeniami potencjometru i jego osią lub obudową za pomocą miernika izolacji przy zastosowaniu określonego napięcia probierczego. Należy zwrócić uwagę, że w przypadku, gdy zespół potencjometru będzie zawierał dodatkowe elementy takie jak: napęd, przełącznik lub płytkę obwodu, do każdego elementu składowego (napędu, przełącznika, płytki obwodu) będzie stosowane inne napięcie probiercze.

9. Wytrzymałość dielektryczna (napięcie wytrzymywane)

Wytrzymałość dielektryczna jest zdolnością do wytrzymywania przyłożenia określonej różnicy potencjałów o danej charakterystyce pomiędzy wyprowadzeniami potencjometru i jego osią lub obudową przez okres 1 min.

W czasie próby nie powinny wystąpić zdarzenia takie jak prąd upływu przekraczający 1 mA, zwarcie, przebicie lub podobne. Należy zwrócić uwagę, że w przypadku, gdy zespół potencjometru będzie zawierał dodatkowe elementy takie jak: napęd, przełącznik lub płytkę obwodu, do każdego elementu składowego (napędu, przełącznika, płytki obwodu) będzie stosowane inne napięcie probiercze.

10. Moment obrotowy (w przypadku potencjometrów liniowych – tarcie)

Stosowane są dwa rodzaje momentu obrotowego: rozruchowy i roboczy, jednak w niniejszej informacji podawane są tylko wartości momentu rozruchowego w granicach kąta obrotu elektrycznego.

11. Wytrzymałość ograniczników mechanicznych

Wytrzymałość ograniczników mechanicznych jest dopuszczalną wartością momentu lub siły wywieranej na te ograniczniki w warunkach statycznego obciążenia, jeżeli oś potencjometru posiada te ograniczniki lub elementy zapobiegające obrotowi.

12. Współczynnik temperaturowy rezystancji

Współczynnik temperaturowy rezystancji określa zmianę rezystancji całkowitej w jednostkach p.p.m./°C pomiędzy końcowymi wyprowadzeniami elementu rezystancyjnego (zwykle pomiędzy wyprowadzeniami 1 i 3). W niniejszej informacji w przypadku potencjometrów drutowych wartość ta dotyczy współczynnika temperaturowego rezystancji zastosowanego drutu i dlatego jeżeli wymagana jest wartość współczynnika temperaturowego rezystancji potencjometru, to należy rozważyć dodanie około 30 p.p.m./°C do wartości katalogowych. W zależności od rodzaju potencjometru podawane wartości mogą być dokładne.

13. Rozdzielczość

Rozdzielczość generalnie dotyczy tylko potencjometrów drutowych i jest odwrotnością liczby zwojów drutu mieszczących się w zakresie kąta obrotu elektrycznego wyrażoną w procentach. Jest ona wymagana rozdzielczością teoretyczną. Należy stosować następujący wzór:

Rozdzielczość teoretyczna =

n – całkowita liczba zwojów drutu;

W przypadku potencjometrów innych rodzajów niż drutowe tzn. z elementem rezystancyjnym z tworzywa sztucznego przewodzącego lub hybrydowym, rozdzielczość przyjmowana jest jako nieskończona w aktualnych zastosowaniach ze względu na bardzo gładką powierzchnię tych elementów rezystancyjnych.

14. Dodatkowe wyprowadzenia

Dodatkowe wyprowadzenia w granicach kąta obrotu elektrycznego pozwalają na pobieranie dodatkowych napięć lub prądów. W przypadku elementów rezystancyjnych z tworzywa sztucznego przewodzącego dostępne są dwie metody tworzenia dodatkowych wyprowadzeń:

 

(1) Metoda wyprowadzeń napięciowych

Dodatkowa elektroda jest umieszczana z boku elementu rezystancyjnego w postaci punktu. Metoda ta ma niewielki wpływ na liniowość. Należy również zwrócić uwagę, że ta metoda daje niską obciążalność prądową dodatkowych wyprowadzeń i ich większą rezystancję własną.

 

(2) Metoda wyprowadzeń prądowych

Dodatkowa elektroda jest umieszczana przez przecięcie elementu rezystancyjnego paskiem elektrody.

Metoda ta pozwala na większą obciążalność prądową dodatkowego wyprowadzenia oraz daje mniejszą jego rezystancję własną. Jednak wpływa ona na liniowość, chociaż niewiele ze względu na krótką strefę elektrody.

 

Jeżeli nie określono inaczej, stosowana jest metoda wyprowadzeń napięciowych we wszystkich innych niż drutowe rodzajach potencjometrów, z wyjątkiem potencjometrów stosowanych w urządzeniach do gier komputerowych (dżojstikach i pedałach nożnych).

15. Tolerancje mechaniczne

Tolerancje mechaniczne są określane poprzez nierównomierność płaszczyzny mocowania, nierównomierność elementu pilotującego, nierównomierność osi oraz jej skrzywienie i luz osi. Poniższe definicje i rysunki wyjaśniają sposób dokonywania pomiarów. Procedury pomiarowe bazują na normie JIS C 5260‑1.

 (1) Nierównomierność osi potencjometru

Nierównomierność osi oraz jej skrzywienie mierzone są w odniesieniu do osi obrotu. Typowe wartości tego parametru wynoszą:

- dla potencjometrów z mocowaniem serwomechanizmowym: poniżej 0,05 mm;

- dla potencjometrów z nakrętką centralną: poniżej 0,08 mm;

 

 

(2) Nierównomierność elementu pilotującego

Typowa nierównomierność elementu pilotującego w odniesieniu do osi obrotu jest mniejsza niż 0,08 mm.

 

 

(3) Nierównomierność płaszczyzny mocowania mierzona w odniesieniu do osi obrotu jest typowo mniejsza od 0,08 mm.

 

 

(4) Luz wzdłużny osi potencjometru

Luz wzdłużny osi potencjometru typowo jest mniejszy od 0,08 mm.

 

 

(5) Luz boczny osi potencjometru

Luz boczny osi potencjometru mierzony w odniesieniu do osi obrotu jest typowo mniejszy niż 0,05 mm.

 

16. Uszczelnienie

Potencjometry są uszczelnione przed przedostawaniem się kurzu i wody od strony panelu montażowego poprzez zastosowanie uszczelki typu “O-ring” pomiędzy obrotową (lub przesuwaną) osią i panelem. Dodatkowo są one klejone w szczelinie obudowy. Stopień ochrony zapewniany przez obudowę potencjometru odpowiada IP54 (patrz tablice określające stopień ochrony).

 

17. Wykonanie ze sprzęgłem ciernym

Specjalne wersje potencjometrów typu 20HP‑nS i 22HP‑n (potencjometry wieloobrotowe) są dostępne w wykonaniach ze sprzęgłem ciernym pozwalającym na obrót osi po osiągnięciu przez suwak skrajnych położeń (ograniczników).

Zewnętrzne wymiary tych wersji specjalnych są takie same jak wersji podstawowych 20HP‑nS i 22HP‑n (gdzie n jest liczbą obrotów).

 

 © wersji polskiej MEDITRONIK