Sensorapplikation - Potentiometer - myIPE

Sensorapplikation - Potentiometer
Technische Information: Potentiometer, ohmsche Weg- und Winkelaufnehmer anschließen
Deutsch
Verwendung und Eigenschaften von
Potentiometergebern
Sensoren auf Basis eines veränderlichen ohmschen
Widerstandes werden auch heute noch in der Messund Regeltechnik sehr häufig eingesetzt.
Übliche Anwendungen sind unter anderem:
 Potentiometer zur Sollwertvorgabe,
stand Ri) kann die Belastung vernachlässigt
werden. In diesem Fall verhalten sich die
Teilspannungen zur Gesamtspannung wie die
Teilwiderstände zum Gesamtwiderstand. Folgende
mathematische
Formel
des
unbelasteten
Spannungsteilers beschreibt diesen Zusammenhang:
 Winkelgeber
 lineare Wegaufnehmer.
Folgende Eigenschaften sind Vorteile im Vergleich
zu kapazitiven, induktiven oder optischen Sensoren:
 einfacher Aufbau
 keine zusätzliche Elektronik zur Signalaufbereitung erforderlich
Liegt Rb im Größenbereich von R2 muss dieser
unbedingt bei der Berechnung berücksichtigt
werden. Es ergibt sich die Formel des belasteten
Spannungsteilers zu:
 vielfältiges Produktspektrum und somit gute
Verfügbarkeit
Für Anwendungen, die eine schnelle Messwertänderung und somit eine hohe Verstellgeschwindigkeit (> 10 m/s) erfordern, ist dieses Messprinzip
jedoch weniger geeignet, da die Widerstandsänderung mechanisch über ein Schleifersystem
(Schleiferbahn aus Kohle, Leitplastik oder Drahtwicklungen) erreicht wird und dadurch ein hoher
Verschleiß mit geringer Zuverlässigkeit und kurzer
Lebensdauer die Folge wäre.
Die oben genannten Sensoren arbeiten nach dem
Prinzip eines Spannungsteilers mit ohmschen
Widerständen. Nachfolgend werden zunächst die
Grundlagen erläutert.
Der Spannungsteiler
Der Spannungsteiler besteht im einfachsten Fall aus
zwei in Reihe geschalteten Widerständen und fast
immer aus dem Lastwiderstand Rb laut nachfolgender Abbildung.
Wesentlich anschaulicher lässt sich dieser
Sachverhalt in einer Wertetabelle mit Diagramm
darstellen. In unserem Bespiel wird ein 1 KΩ
Potentiometer mit einem Widerstand von Rb = 2 kΩ
belastet. Hierbei ist deutlich zu erkennen, dass die
beim unbelasteten Spannungsteiler noch lineare
Kennline (R1, R2) durch die Parallelschaltung des
Lastwiderstandes stark gekrümmt wird.
Schleiferstellung
%
0
20
40
60
80
100
R1
Ω
1000
800
600
400
200
0
R2
Ω
0
200
400
600
800
1000
R2//Rb
Ω
0,00
181,82
333,33
461,54
571,43
666,67
Wertetabelle zum belasteten Spannungsteiler
R1, R2, R2//Rb (Ohm)
1000
800
R2
600
R1
R2//Rb
400
200
0
0
Potentiometer und Ersatzschaltbild des Spannungsteilers
Für den Fall, dass Rb >> R2 (z.B. bei Verwendung
eines Messinstrumentes mit hohem Innenwider-
Änderungen vorbehalten
IPETRONIK GmbH & Co. KG
20
40
60
80
100
Schleiferstellung (%)
Diagramm zum belasteten Spannungsteiler
Schleifer unten = 0 %
Schleifer oben = 100 %
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2013.03
Sensorapplikation - Potentiometer
Technische Information: Potentiometer, ohmsche Weg- und Winkelaufnehmer anschließen
Anwendungsbeispiele SENS-Module
Erweiterte Potentiometermessung
Potentiometermessung
Durch die unten aufgeführte Schaltung lässt sich
sowohl der Widerstandswert der Schleiferbahn (z.B.
bei bereits verbauten Gebern unbekannter Größe)
als auch die absolute Schleiferposition durch eine
geeignete Berechnung aus den gemessenen
Werten bestimmen. Dabei führt man über zwei
getrennte Kanäle zeitgleich eine Spannungs- und
Strommessung durch.
Sensorspeisung bis 15 V
Hinweise
Sensorspeisung bis 30 V
(M-SENS 8 / 8plus)
 Die Sensorversorgung ist sowohl zu den Nachbarkanälen als auch zum Messeingang galvanisch getrennt. Nur dadurch werden unterschiedliche Beschaltungen von Messeingang
und Sensorversorgung ohne Messfehler
ermöglicht.
 Je nach Anschluss lässt sich eine Sensorspeisung von 5 ... 15 V bzw. 20 ... 30 V
einstellen.
 Selbst ein fehlerhafter Anschluss bzw. ein Kurzschluss von Messeingang und/ oder Sensorversorgung führen zu keinerlei Beschädigung.
 Bei potentiometrischen Weggebern liegt der
max. Schleiferstrom meistens im Bereich von
wenigen mA und der Dauerstrom bei einigen
μA. Dieser sollte bei der Wahl der Versorgungsspannung berücksichtigt werden, um eine
Überlastung des Sensors zu vermeiden.
 Über eine 2-Punkt-Skalierung lässt sich der
Signaleingang per Software auf den physikalischen Bereich umrechnen:
(z.B. 0 ... 100 % oder -100 ... 0 ... +100 % usw.)
 Eine direkte (lineare) Skalierung des jeweiligen
Messeingangs kann bereits im Modul erfolgen.
Änderungen vorbehalten
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Die Messwerte werden direkt oder bereits vorskaliert zur Softwareapplikation gesendet und dort
weiter verechnet.
Der Widerstand der Schleiferbahn ergibt sich aus:
Die prozentuale Schleiferstellung ergibt sich aus:
Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung der
Schleiferstellung ist die ratiometrische Spannungsmessung. Hierbei wird über Kanal 1 die Spannung
über der Schleiferbahn und über Kanal 2 die
Spannung am Schleiferabgriff gemessen. Beide
Werte setzt man ins Verhältnis und erhält somit
einen von der Versorgungsspannung unabhängigen
Wert.
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2013.03