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Potenciómetros lineares
Sensores potenciométricos de posição linear para medição de distâncias
Potenciómetros lineares de guia
Índice
- O que é um sensor linear potenciométrico?
- Vantagens dos potenciómetros lineares
- No caso dos potenciómetros lineares, devem ser observados os seguintes aspectos
- Ligação eléctrica e exemplo de medição
- Capacidade de carga do wiper e do elemento de resistência
- Curso mecânico e elétrico
- Transdutores cheios de óleo
Perguntas básicas sobre sensores lineares? Aqui encontra as respostas
O que é um sensor linear potenciométrico?
O princípio de medição do potenciómetro já foi descrito por Johann Christian Poggendorff em 1841 e tem sido utilizado desde o início da utilização da eletricidade. Um potenciómetro possui uma pista de resistência na superfície da qual é guiado um contacto móvel deslizante que capta um potencial de tensão. Este elemento de resistência pode ser circular ou alongado.
No entanto, o termo "potenciómetro", ou abreviadamente "pote", é mais frequentemente utilizado hoje em dia para os sensores de ângulo, ou seja, a versão redonda.
Os transdutores de deslocamento potenciométrico, por outro lado, são sensores utilizados para medir o comprimento. Por isso, é mais provável encontrar estes sensores sob o nome "potenciómetros lineares" ou o termo mais geral "transdutores de deslocamento linear" quando é especificado um valor de resistência ou quando é óbvio que se trata de tecnologia potenciométrica.
Para operar um sensor deste tipo, uma fonte de alimentação é ligada ao transdutor de deslocamento. Um limpador é movido na pista do resistor por meio de um dispositivo mecânico (sonda, deslizador, dependendo da versão), cujo potencial muda como resultado do deslocamento: A tensão de saída no raspador é proporcional à posição do raspador na pista da resistência. A pista de resistência é feita de plástico condutor de alta qualidade, que gera um sinal de saída continuamente variável e permite velocidades de atuação até 10 m/s.
Vantagens dos potenciómetros lineares
- O princípio de medição é absoluto, ou seja, o mesmo valor medido está imediatamente disponível ao ligar ou após uma falha de energia.
- A tecnologia é comprovada e fácil de manusear.
- Apenas é necessária uma fonte de tensão de baixa potência, uma vez que o valor medido é obtido com baixa potência.
- Com os sensores de deslocamento potenciométricos, os deslocamentos na gama de 0 a 10 mm, mas também comprimentos até 2000 mm podem ser medidos com um sensor económico e posteriormente processados em forma analógica.
- Os potenciómetros lineares são muito estáveis à temperatura no circuito divisor de tensão
- Os transdutores de deslocamento potenciométricos são robustos contra influências EMC e ESD
No caso de potenciómetros lineares, deve ser observado o seguinte
- Recomendamos a montagem suspensa, para que a abrasão não permaneça no elemento de resistência.
- O sensor de deslocamento não deve ser sujeito a vibrações excessivas, uma vez que existe o risco de o cursor se levantar brevemente da calha e interromper a curva temporal do valor medido.
- Os sensores não são adequados para aplicações de alta vibração. Movimentos de alta freqüência no mesmo ponto devem ser evitados a todo custo! Isto leva a uma abrasão localizada, à perda de qualidade do sinal na pista de resistência e a danos permanentes no cursor.
- Os transdutores potenciométricos com pista de plástico condutor só devem ser utilizados num circuito divisor de tensão, uma vez que o valor medido deve ser obtido com baixa potência. Num circuito de reóstato, a pista de plástico condutor será permanentemente danificada. Isto significa que os potenciómetros lineares não devem ser utilizados como resistências variáveis num circuito.
Ligação eléctrica e exemplo de medição
Os transdutores potenciométricos têm sempre três ligações como padrão, por exemplo, os pinos A, B e C. O transdutor é alimentado com uma tensão DC entre os pontos A e C. Como exemplo, assume-se 10 V. O terminal A está a 0 V e o terminal B está a +10 V. A medição da deslocação baseia-se no princípio do circuito divisor de tensão, ou seja, o limpa para-brisas em movimento (ligado ao pino B) tem um determinado potencial relativamente ao ponto de referência (A), dependendo da posição do limpa para-brisas entre o início e o fim da pista de resistência.
Para o exemplo apresentado (simplificado):
- Se o curso estiver na primeira posição final, o limpa para-brisas está no início da pista de resistência, pelo que a tensão no pino B é de cerca de 0 V.
- O curso está no meio, a tensão em B é de cerca de 5 V
- O curso está na segunda posição final, o raspador está no fim da pista de resistência, a tensão no pino B é de cerca de +10 V
Se os sensores estiverem corretamente ligados num circuito divisor de tensão, o valor da tensão no ponto B é independente do valor absoluto da resistência do transdutor. Deve-se notar, no entanto, que esta ilustração é simplificada, pois diferentes valores de deslocamento elétrico e mecânico ainda se aplicam à operação do sensor(ver deslocamento mecânico e elétrico). Além disso, nenhum sensor funciona sem imprecisão de medição. O desvio do resultado da medição em relação à linha reta ideal é especificado pelas especificações de linearidade.
Capacidade de carga do raspador e do elemento de resistência
| Exemplo | Tensão U | Resistência R | Potência P | Aplicação possível? |
| 1 | 10 V | 1 kΩ | 0,1 Watt | sim |
| 2 | 20 V | 1 kΩ | 0,4 Watt | não |
| 3 | 25 V | 5 kΩ | 0,125 Watt | sim |
| 4 | 60 V | 10 kΩ | 0,36 Watt | não |
| 5 | 60 V | 20 kΩ | 0,18 Watt | sim |
Ao efetuar a ligação, tenha em conta a capacidade de carga máxima do elemento do limpador e da resistência. Esta informação pode ser encontrada na folha de dados relevante. Uma corrente excessiva através do raspador resultará na destruição imediata do raspador e/ou da pista de resistência na posição atual do raspador.
O valor da resistência e a tensão aplicada são importantes para determinar a dissipação de potência do transdutor. Aqui estão alguns cálculos usando o transdutor MM10 como exemplo:
- capacidade de carga máxima 0,2 Watt
- valores de resistência disponíveis 1, 2, 5, 10, 20 ou 50 kΩ
O seguinte aplica-se à dissipação de potência:
P = U² / R (potência P = tensão U² dividida pela resistência R)
A partir deste exemplo de cálculo, torna-se imediatamente claro que, com uma tensão de funcionamento de 20 V, o transdutor de deslocamento de 1 kΩ não pode ser utilizado porque, caso contrário, a dissipação de potência carregada no elemento resistivo seria demasiado grande.
É também importante utilizar uma impedância de entrada muito elevada ao processar o sinal num sistema eletrónico, de modo a que a corrente através do cursor (pino B) seja tão baixa quanto possível. A diferença de tensão entre o pino B e o pino A é medida para registar as medições.
Deslocações mecânicas e eléctricas
A curva caraterística de saída da maioria dos sensores de deslocamento potenciométricos não é adequada para a operação do sensor em toda a gama de deslocamento disponível. Deve ser feita uma distinção básica entre as seguintes gamas de deslocação:
- Limites eléctricos efectivos: Este é o curso real a ser utilizado para a medição. Os valores de linearidade especificados na folha de dados aplicam-se a este curso e a operação contínua só deve ocorrer dentro destes limites.
- Limites eléctricos totais: Dentro deste intervalo, o raspador fornece um sinal de saída, mas este sinal normalmente não se altera nas extremidades do curso, mas permanece constante. Trata-se de uma espécie de "zona morta", que é concebida desta forma por razões técnicas ou de projeto e que não está disponível em todos os sensores.
- Limites mecânicos: O deslocamento real que o sensor de posição pode efetuar. Na maioria dos modelos, os batentes mecânicos impedem que o cursor se desloque para além do percurso da resistência.
Para muitos modelos, o curso mecânico é o mesmo que o curso elétrico completo. Isto deixa apenas duas das três gamas descritas acima. Embora isto simplifique a consideração, o curso elétrico efetivo tem ainda de ser ajustado à aplicação quando se instala o sensor. Caso contrário, a gama morta descrita acima falsificará os resultados da medição. Consulte a folha de dados do modelo que escolheu.
Transdutores cheios de óleo
Os sensores de deslocamento potenciométricos cheios de óleo estão disponíveis para aplicações com requisitos especiais de durabilidade do sensor. Eles são particularmente adequados para pontos de medição em ambientes sujos, húmidos ou mesmo corrosivos (sais, gases corrosivos). As aplicações para estes sensores podem ser encontradas em indústrias pesadas como a construção naval, minas, siderurgia, fábricas de produtos químicos e muitas outras.
A forma mais simples de converter um movimento linear numa quantidade eléctrica proporcional continua a ser a utilização de sistemas de medição potenciométricos. Estes são sistemas de medição absolutos com uma resolução superior a 0,01 mm e a vantagem bem conhecida de os sinais serem imediatamente apresentados na posição correta em caso de falha da alimentação eléctrica. Os nossos potenciómetros lineares cobrem comprimentos de curso mecânico até 2000 mm.
Quer seja como sonda com retorno por mola, com juntas esféricas para compensar o desalinhamento lateral, como versão guiada por deslizamento ou para instalação em aplicações hidráulicas, todas elas têm um elemento resistivo de plástico condutor de muito alta qualidade (exceto as cheias de óleo com elemento wirewound). E apesar da variedade e diversidade dos produtos, algumas aplicações exigentes requerem a personalização do sensor.
Nós, na MEGATRON, somos o seu parceiro neste processo de adaptação e apoiamo-lo desde a seleção do produto até ao fim do ciclo de vida da sua aplicação. Os sensores potenciométricos, em particular, requerem muitas vezes adaptações especiais dos caminhos de medição, das montagens e melhorias na precisão dos componentes, porque em aplicações especiais exigentes, como na tecnologia médica, as variantes padrão muitas vezes não satisfazem todos os requisitos.