Los potenciómetros de membrana simplifican la detección de posición

Analiza cómo los potenciómetros de membrana han cambiado la forma en que los ingenieros piensan sobre la detección y cómo mejoran los potenciómetros mecánicos.

por Guido Woska

Los potenciómetros de membrana han cambiado la forma en que los ingenieros conciben la detección. Con algunos potenciómetros de membrana ultraplanos de solo 0.5 mm (0.05 cm) de grosor, presentan características de producto comparables a las de los potenciómetros convencionales, pero son liberales con libertad de diseño a costos significativamente más bajos.

Los potenciómetros de membrana actuales se pueden utilizar en las mismas aplicaciones que los potenciómetros convencionales y también pueden adaptarse a áreas con limitaciones de espacio. La función puede seguir la forma, una característica que no se ve a menudo con los potenciómetros mecánicos.

Debido a que la mayoría de los productores de potenciómetros de membrana ofrecen productos personalizados con solo pequeños esfuerzos de herramientas, los costos son competitivos, incluso para pequeñas cantidades de prototipos. Tres ventajas adicionales se encuentran en la construcción básica del potenciómetro de membrana: la capacidad de
estar completamente sellado; la posibilidad de un diseño de eje hueco; y numerosas opciones de limpiaparabrisas, incluida la operación manual.

La mayoría de los productos de potenciómetros de membrana se pueden sellar con una clasificación IP65 (NEMA4x) y superior. Los potenciómetros convencionales requieren un ensamblaje difícil del limpiaparabrisas, particularmente en un ensamblaje de "eje hueco", que es más confiable y rentable. Debido a la naturaleza simple de muchos potenciómetros de membrana, no se requieren tales ajustes técnicos. El limpiador para el potenciómetro de membrana puede ser tan simple como una pequeña perilla de plástico que se desliza por la superficie y no requiere contacto eléctrico externo. La mayoría de los potenciómetros de membrana también se pueden operar deslizando un dedo sobre su superficie y algunos incluso ofrecen versiones magnéticas sin contacto.

Caracteristicas de diseño

En general, un potenciómetro de membrana es un divisor de voltaje, construido como un circuito abierto que solo da salida cuando el limpiador conecta los circuitos superior e inferior aplicando presión a la superficie de la membrana. El espacio entre el circuito superior e inferior está construido principalmente con un adhesivo sellante, que permite sellar el potenciómetro contra factores ambientales externos, como la humedad o el polvo. Este adhesivo espaciador requiere un ancho mínimo de 2 a 3 mm (0.2 a 0.3 cm) en todos los lados del potenciómetro de membrana. El ancho ideal del área activa resistiva debe estar entre 3 y 6 mm (0.3 y 0.6 cm), pero también se puede extender a 10 mm (1 cm) o incluso a 12 mm (1.2 cm). Los elementos lineales pueden alcanzar hasta 760 mm (76 cm) de longitud activa, mientras que los elementos giratorios con un orificio central pueden medir desde 20 mm (2 cm) de diámetro hasta aproximadamente 450 mm (45 cm) de diámetro.

El ciclo de vida y la temperatura de funcionamiento corresponden a los de los más de 20 millones de movimientos de los potenciómetros mecánicos, dependiendo del diseño, incluso son posibles hasta 100 millones de operaciones. La temperatura de funcionamiento puede oscilar entre -40 °C y +85 °C (140 °F y 185 °F) e incluso hay sistemas en desarrollo que pueden soportar temperaturas de hasta 125 °C (257 °F).

Debido al diseño de los potenciómetros de membrana, la compensación de temperatura no es necesaria si se opera en modo divisor de voltaje, y la interferencia electromagnética no afectará el sistema.

El accionamiento estándar es un limpiaparabrisas o un deslizador, pero algunos tipos requieren un imán definido en lugar de un limpiaparabrisas. Para el accionamiento de volcado manual, está disponible como opción una función SET (el valor no cambia) en la dirección Z.

Proceso de instalación y diseño de limpiaparabrisas

Debido al diseño plano de los potenciómetros de membrana, se pueden acercar al área de movimiento del dispositivo que está midiendo y no requiere mucho espacio de instalación. Se adhieren sobre un sustrato simplemente quitando el papel protector y aplicándolo a la superficie, otras opciones son el montaje a presión o mediante tornillos. El limpiaparabrisas también se puede integrar fácilmente en la aplicación.

Con cantidades pequeñas, una toallita disponible en el mercado puede ser la opción más fácil, mientras que con cantidades mayores o limitaciones de espacio, una toallita diseñada a medida puede tener más sentido. Una aplicación podría requerir un tornillo con resorte; otros requerirán una placa de resorte unida a un plástico POM/Delrin; cada aplicación es particular a las necesidades de espacio de instalación, costo y precisión.

Si los requisitos del ciclo de vida son muy altos, se recomienda un limpiador magnético para la conexión sin contacto. En general, se puede recomendar un limpiador esférico. El limpiador típico cubre alrededor del 10 al 50% del ancho activo. Los materiales como acero, latón, plásticos duros (por ejemplo, Delron, Delrin) son típicos, pero dependen del tipo de potenciómetros de membrana. Los ingenieros siempre deben buscar el consejo de los fabricantes con respecto a la elección correcta del material.

Presión superficial

Se definen diferentes presiones superficiales dependiendo de la aplicación, pero en general 1 Newton (N) hasta 6 Newton (N) es el rango recomendado para la mayoría de las aplicaciones, dependiendo de si el potenciómetro de membrana está configurado en un diseño de lámina estándar o en una versión híbrida con enlaces metálicos adicionales para fortalecer la estructura. Los paños estándar listos para usar generalmente se dividen en un rango de 1 a 3 N y de 3 a 6 N.

Características eléctricas

Las características eléctricas variarán un poco con el diseño, pero generalmente son estándar, con una salida similar a la de un potenciómetro convencional, por ejemplo, como divisor de voltaje.

En comparación con el potenciómetro de precisión convencional, la diferencia más significativa es el método para lograr la linealidad. Mientras que el potenciómetro convencional puede utilizar el recorte por láser para lograr la linealidad, los potenciómetros de membrana, que se basan en material PET (una película delgada), se basan en mejoras de producción para mejorar la linealidad. Por lo tanto, la linealidad típica que se ofrece es del 2 % para los potenciómetros lineales estándar, aunque los potenciómetros de membrana basados ​​en FR4 pueden alcanzar tan solo el 0.5 % como opción.

Pero, más importante que la linealidad, es la repetibilidad y la histéresis. La precisión de los potenciómetros de membrana puede ser tan buena como 0.01 mm (0.001 cm) en una longitud de 500 mm (50 cm), pero la mayoría de los potenciómetros de membrana estándar oscilan entre 0.05 mm (0.005 cm) y 0.1 mm (0.1 cm). El impacto principal en todas las salidas eléctricas se encuentra en el movimiento mecánico y la estabilidad del limpiaparabrisas. Como punto de referencia, la disipación de energía de hasta 1 W y una rigidez dieléctrica de 500 V es estándar, con una fuerza de aislamiento de 100 VCC también es posible.

Aplicaciones

Una aplicación típica, debido a la pequeña altura de los potenciómetros de membrana, es la medición lineal de actuadores. Las válvulas de control son otra aplicación beneficiada, en la que el estándar actualmente requiere engranajes y un sensor de giro para medir la posición. La estructura requerida para instalar y usar un potenciómetro de membrana es mucho más simple y amigable que el montaje grande y difícil de ciertos potenciómetros convencionales.

Un diseño mejorado, que crea señales de salida lineales justo al lado del dispositivo de movimiento, a veces puede aumentar la precisión con respecto a un potenciómetro giratorio convencional, que está conectado por engranajes lejos del movimiento real que se está midiendo. SENSOFOIL de Hoffman + Krippner^® puede reducir estos costos significativamente.

En muchas aplicaciones, los potenciómetros de membrana rotatorios y lineales se pueden usar en el mismo dispositivo (por ejemplo, un asiento

el ajuste de nivel requiere un movimiento lineal), mientras que inclinar el ángulo del respaldo requiere un movimiento giratorio. Se encuentran aplicaciones similares en interiores de automóviles, donde las puertas corredizas, los techos solares, las aplicaciones de asientos, etc. requieren pequeños espacios de instalación y poco peso.

Otra solución sencilla a los problemas de espacio es utilizar la placa de circuito impreso (PCB), que ya existe en muchas aplicaciones, como base para el potenciómetro de membrana. La PCB se puede llenar por completo y, luego, el potenciómetro de membrana se puede adherir a la placa y los conectores se pueden insertar directamente en la PCB. Además, pocos fabricantes pueden incluso imprimir una tinta conductora directamente en FR4 y combinarla con PCB y componentes, ya que pueden ensamblar directamente los componentes en la PCB.

Otras aplicaciones, que utilizan un potenciómetro de membrana principalmente por motivos de ahorro de costes, son los sensores de hilo/hilo y la cinta magnética. Además, los potenciómetros de membrana se pueden integrar completamente en un teclado para el control manual. La perfecta integración hace que el teclado sea muy innovador y útil para el seguimiento de la posición. El potenciómetro integrado puede evitar los orificios de instalación, como los necesita un potenciómetro estándar, y puede crear una superficie de panel frontal completamente sellada y lavable.

En relación con la tecnología de ascensores y escaleras mecánicas, los potenciómetros de membrana se pueden integrar en una variedad de aplicaciones. Se pueden utilizar en sistemas de puertas de ascensores para evitar que las puertas se cierren sobre los pasajeros. Además, son apropiados para detectar la posición de la cabina real del ascensor en relación con la posición de los pisos. Los sensores no requieren contacto entre la cabina móvil y ningún dispositivo estático, ya que pueden medir la posición actual y cualquier cambio de posición sin contacto a través de la opción de operaciones magnéticas. Los potenciómetros de membrana también pueden ser útiles dentro de la cabina del ascensor, ya que su funcionalidad depende de la presión. Pueden integrarse en paneles táctiles y funcionar como dispositivos de entrada, tanto para entrada directa (es decir, presionar un botón) o entrada continua (es decir, funciones de control deslizante).

Conclusión

Debido a su diseño ultraplano y uso flexible, combinado con bajos costos, el potenciómetro de membrana ha abierto posibilidades de detección que antes no eran posibles. Con materiales nuevos e innovadores como operaciones magnéticas o potenciómetros de membrana híbrida, los diseñadores e ingenieros pueden utilizar estos potenciómetros en diferentes aplicaciones. Las construcciones complejas de sensores se pueden reducir, simplificar e integrar de manera menos costosa con los modernos potenciómetros de membrana.