Technologia analogowa oferuje to, czego brakuje technologii cyfrowej

Technologia analogowa oferuje więcej niż technologia cyfrowa Adobe Stock – genA

Potencjometry są obecne jako generatory wartości zadanych, ale nie zawsze w świadomości utożsamia się je z czujnikami. A jednak potencjometr jest prawdopodobnie najbardziej rozpowszechnioną technologią z obszaru czujników. Ma po swojej stronie przekonujące argumenty i właśnie to, czego brakuje cyfrowym odpowiednikom.

Doskonały stosunek ceny do jakości, niewielka konstrukcja, jak również szeroki zakres temperatur i niewrażliwość na promieniowanie rentgenowskie lub gamma – to wszystko są niezwykłe właściwości potencjometrów. Komponenty te spełniają cenne funkcje jako solidne, ekonomiczne przetworniki wartości bezwzględnej do określania wartości zadanej lub sprzężenia zwrotnego wartości rzeczywistej.

To, że potencjometry pracują jako czujniki w niezliczonych zastosowaniach, jest często mało znane. A przecież te analogowe elementy pasywne mają zdecydowane zalety w porównaniu z czujnikami cyfrowymi.

Świat idzie w stronę cyfryzacji i myśli cyfrowo

To, co zostaje utracone podczas korzystania z czujników cyfrowych – czyli to, co czyni wiele rzeczy łatwiejszymi, bardziej zrozumiałymi i szybszymi do oceny – jest często pomijane, a następnie odtwarzane dużym kosztem. Kiedy, na przykład w przypadku potencjometrów obrotowych sygnał znajduje się z lewej strony, z prawej strony, poniżej lub powyżej punktu referencyjnego? Znak analogowego sygnału wyjściowego czy nawet dodatkowy punkt pomiaru pozycji wałka obrotowego, sprawiają, że jest to jasne. Nie jest wymagana dodatkowa ocena wykrywania odległości lub kierunku. Sygnał jest po prostu analogowy i absolutny. Jest dostępny bez opóźnień – „just in time” i nie musi być wcześniej obliczany.

W przypadku technologii cyfrowej jest inaczej, ponieważ wymaga dodatkowego elementu elektronicznego między mechanicznym zapisem wartości pomiarowej a wyjściem. Obliczenia trwają tylko milisekundy lub mikrosekundy, ale wartość jest aktualizowana dopiero po pewnym czasie. A jeżeli w cyfrowym przetwarzaniu sygnału pożądana jest wartość bezwzględna, jest ona kwantyzowana ponieważ jest generowana przez konwerter i ma kwanty.

Jednak technologia cyfrowa nie tylko się opóźnia, może zawierać błędy i być narażona na działanie czynników środowiskowych, takich jak wahania temperatury, pole magnetyczne, indukcyjność i promieniowanie elektromagnetyczne. Pod tym względem potencjometry pozostają bezpieczne.

Know-how to przewaga technologiczna

Jednym z powodów jest obwód dzielnika napięcia: z jego pomocą ocena analogowa omija problemy, które mogą być spowodowane przez wpływy zewnętrzne. Jeżeli jednak potrzebny jest reostat lub zasilanie – np. do sterowania zaworami – właściwym wyborem jest potencjometr drutowy. Jeżeli wymagana jest trwałość, dobra liniowość i niskie straty mocy, to potencjometr z tworzywa sztucznego jest najlepszym rozwiązaniem. Jeżeli wersja jednoobrotowa nie spełnia wymagań dotyczących rozdzielczości lub dokładności projektant może skorzystać z wersji 3, 5, 10, 15, 20 lub nawet 30-obrotowych.

Jeżeli ktoś chce otrzymać wcześniej informacje o pozycji początkowej lub końcowej potencjometru – wersja z mikroprzełącznikami może dostarczyć niezbędnych informacji. Aspekty bezpieczeństwa związane z redundancją można łatwo zrealizować poprzez wielokrotne rozmieszczenie potencjometrów. Jeśli projektant jest świadomy tych zalet, może je zaimplementować w aplikacji na najmniejszej przestrzeni.

W technice medycznej potencjometr to miara wszystkiego

Żadna inna technologia nie podważa zalet potencjometru jako analogowego regulatora. Promieniowanie X i gamma ma dużą energię, która może powodować uszkodzenia w strukturach krystalicznych i materiałach półprzewodnikowych. Dlatego w wyniku promieniowania potencjometry zawierające krzem mogą ulec uszkodzeniu. Podobnie jest w przypadku enkoderów impulsowych, ich tarcze często są wykonane z tworzyw sztucznych i w kontakcie z promieniowaniem żółkną, uniemożliwiając rozpoznanie szczelin.

W przeciwieństwie do enkoderów cyfrowych, potencjometry drutowe nie muszą być chronione przed tym promieniowaniem za pomocą kosztownych osłon. Ich odporność na promieniowanie sprawia, że komponenty te są idealnymi idealnym czujnikiem położenia w aplikacjach, w których promieniowanie elektromagnetyczne jest wykorzystywane w ukierunkowany sposób. Czy zawsze chcemy regulator lub manipulator ze strefy zagrożenia, gdy zaczyna się promieniowanie? Również w tym przypadku rozwiązaniem jest zastosowanie potencjometru drutowego jako element czujnika.

Ciągły ruch wymaga wytrzymałości i stabilności

Potencjometry z tworzywa sztucznego, szczególnie te wieloobrotowe, są popularne w zastosowaniach przemysłowych, w których trwałość i koszty są kluczowe, a jednocześnie wymagana jest dobra jakość pomiaru. W przypadku wykrywania nacisku wałka tłoczącego w maszynie drukarskiej, potencjometry z tworzywa sztucznego mogą być dobrym wyborem, ponieważ zapewniają precyzyjny pomiar nacisku, a jednocześnie są stosunkowo niedrogie.

Jeszcze większą precyzję pomiaru mogą zapewnić potencjometry wielodrutowe, ponieważ składają się z kilku drutów, które są nawinięte równolegle i łączone w sposób umożliwiający pomiar napięcia różnicowego między nimi. Jest to szczególnie istotne w przypadku aplikacji, w których dokładność jest kluczowa. Konstrukcja wielodrutowa pozwala na zwiększenie rozdzielczości pomiaru i zmniejszenie wpływu czynników zewnętrznych, takich jak temperatura czy szum elektromagnetyczny.

Wieloobrotowe potencjometry hybrydowe są często stosowane w aplikacjach wymagających większej trwałości i wytrzymałości mechanicznej. Dzięki swojej konstrukcji, w której element oporowy jest dzielony na wiele sekcji, potencjometry te mogą działać przez dłuższy czas bez konieczności wymiany. Jednocześnie zapewniają one wysoką precyzję pomiaru i stabilność sygnału.

Bezdotykowe czujniki True-Power-On są również stosowane w niektórych aplikacjach, zwłaszcza w przypadku, gdy niezbędna jest bardzo wysoka dokładność pomiaru. Jednakże, ze względu na swoją bardziej skomplikowaną konstrukcję i zaawansowaną elektronikę, kosztują one znacznie więcej niż potencjometry wieloobrotowe hybrydowe. Ponadto, bezdotykowe czujniki są mniej odporne na promieniowanie, co może być problemem w niektórych aplikacjach przemysłowych.

Niedrogim wariantem są tutaj wieloobrotowe potencjometry osiowe z drutem oporowym. Konstrukcja jako wieloobrotowy potencjometr hybrydowy zwiększa pięciokrotnie żywotność bez dodatkowych zabiegów. Realizacja z bezdotykowymi czujnikami True-Power-On wykraczałaby poza zakres cenowy, ponieważ kosztują one wielokrotnie więcej niż potencjometr wieloobrotowy i są mniej odporne na promieniowanie ze względu na wewnętrzną elektronikę.

W segmencie tanich produktów, które są gotowe do zastosowania w szerokim zakresie temperatur, jednym z popularnych wyborów są potencjometry obrotowe z metalowym elementem oporowym. Ich metalowy element jest odporny na działanie temperatury materiałem, który umożliwia ich stosowanie w zakresie od -20°C do 105°C. W zależności od producenta i modelu, niektóre potencjometry obrotowe z metalowym elementem oporowym mogą pracować nawet w jeszcze szerszym zakresie temperatur.

Kolejnym atutem potencjometrów jest ich wszechstronność w zakresie zasilania. Biorąc pod uwagę rozpraszanie mocy, potencjometr może być zasilany napięciem 3,3; 5; 9; 12; 24; 48 V bez konieczności generowania specjalnego zasilania. Potencjometr zadowala się po prostu wartością, która istnieje w systemie.

Dostosowanie do aplikacji

Potencjometry oferują wiele standardowych opcji spełniających potrzeby aplikacji. Jeżeli te opcje nie są wystarczające, możliwe są dalsze działania i optymalizacje. Często wykorzystywane są do określania pozycji kół zębatych lub adaptacji połączeń elektrycznych. W grę wchodzi również optymalizacja wału, momentu obrotowego lub modyfikacja elektrycznego czy mechanicznego kąta obrotu, jak również zwiększenie stopnia ochrony IP.

Autor Thomas Kuther

O Autorze

Czasopismo elektrotechnik AUTOMATYK jest pismem skierowanym do osób zainteresowanych tematyką z zakresu elektrotechniki oraz automatyki przemysłowej. Redakcja online czasopisma porusza na stronie internetowej tematy związane z tymi obszarami – publikuje artykuły techniczne, nowości produktowe, a także inne ciekawe informacje mniej lub bardziej nawiązujące do wspomnianych obszarów.

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę