Membran Potansiyometreler Konum Algılamayı Basitleştiriyor

Membran potansiyometrelerin mühendislerin algılama hakkındaki düşüncelerini nasıl değiştirdiğini ve mekanik potansiyometreleri nasıl iyileştirdiklerini tartışır.

Guido Woska tarafından

Membran potansiyometreleri, mühendislerin algılama hakkındaki düşüncelerini değiştirdi. Sadece 0.5 mm (0.05 cm) kalınlığa sahip ultra düz membranlı potansiyometreler, geleneksel potansiyometrelerle karşılaştırılabilir ürün özelliklerine sahiptir, ancak önemli ölçüde daha düşük maliyetlerle tasarım özgürlüğü ile liberaldir.

Günümüzün membran potansiyometreleri, geleneksel potansiyometrelerle aynı uygulamalarda kullanılabilir ve ayrıca kısıtlı alana da sığabilir. Fonksiyon, mekanik potansiyometrelerde sıklıkla görülmeyen bir özellik olan formu takip edebilir.

Çoğu membran potansiyometre üreticisi, yalnızca küçük takımlama çabalarıyla özelleştirilmiş ürünler sunduğundan, küçük prototip miktarları için bile maliyetler rekabetçidir. Membran potansiyometrenin temel yapısında üç ek avantaj bulunur:
tamamen kapalı olmak; içi boş mil tasarımı olasılığı; ve elle çalıştırma dahil çok sayıda silecek seçeneği.

Çoğu membran potansiyometre ürünü, IP65 (NEMA4x) derecesine ve daha yüksek bir değere kadar sızdırmaz hale getirilebilir. Geleneksel potansiyometreler, özellikle daha güvenilir ve uygun maliyetli olan "içi boş mil" tertibatında sileceklerin zor bir şekilde monte edilmesini gerektirir. Birçok membran potansiyometrenin basit yapısı nedeniyle, bu tür teknik ayarlamalar gerekli değildir. Membran potansiyometre sileceği, yüzey boyunca kayan küçük bir plastik düğme kadar basit olabilir ve harici elektrik teması gerektirmez. Çoğu membran potansiyometresi, yüzeyi üzerinde bir parmak kaydırılarak da çalıştırılabilir ve hatta bazıları temassız manyetik versiyonlar sunar.

Tasarım Özellikleri

Genel olarak, bir membran potansiyometresi bir voltaj bölücüdür - yalnızca silecek membran yüzeyine basınç uygulayarak üst ve alt devreleri bağladığında çıkış veren bir açık devre olarak yapılandırılmıştır. Üst ve alt devre arasındaki boşluk, esas olarak, potansiyometrenin nem veya toz gibi dış çevresel faktörlere karşı sızdırmazlığını sağlayan bir sızdırmazlık yapıştırıcısından yapılmıştır. Bu ara yapıştırıcı, membran potansiyometrenin her tarafında minimum 2 ila 3 mm (0.2 ila 0.3 cm) genişlik gerektirir. Dirençli aktif alanın ideal genişliği 3 ila 6 mm (0.3 ila 0.6 cm) arasında olmalıdır, ancak 10 mm (1 cm) hatta 12 mm (1.2 cm) kadar uzatılabilir. Lineer elemanlar 760 mm (76 cm) aktif uzunluğa ulaşabilirken, merkez delikli döner elemanlar 20 mm (2 cm) çapından yaklaşık 450 mm (45 cm) çapa kadar ölçüm yapabilir.

Kullanım ömrü ve çalışma sıcaklığı, mekanik potansiyometrelerin 20 milyondan fazla hareketininkine karşılık gelir, tasarıma bağlı olarak 100 milyona kadar işlem bile mümkündür. Çalışma sıcaklığı -40°C ila +85°C (140°F ila 185°F) arasında değişebilir ve hatta 125°C'ye (257°F) kadar sıcaklıklara dayanabilen geliştirilmekte olan sistemler bile vardır.

Membran potansiyometrelerin tasarımı nedeniyle, voltaj bölücü modunda çalıştırılıyorsa sıcaklık kompanzasyonu gerekli değildir ve elektromanyetik parazit sistemi etkilemez.

Standart çalıştırma bir silecek veya kaydırıcıdır, ancak bazı tipler silecek yerine tanımlanmış bir mıknatıs gerektirir. Elle devirme çalıştırması için, isteğe bağlı olarak Z yönünde bir SET işlevi (değer değişmez) mevcuttur.

Kurulum Süreci ve Silecek Tasarımı

Membran potansiyometrelerin düz tasarımı sayesinde ölçüm yapılan cihazın hareket alanına yakın hale getirilebilir ve fazla kurulum alanı gerektirmez. Koruyucu kağıdı çıkararak ve yüzeye uygulayarak bir alt tabakaya yapıştırılırlar, diğer seçenekler geçmeli montaj veya vida kullanmaktır. Silecek ayrıca uygulamaya kolayca entegre edilebilir.

Küçük miktarlarda, hazır bir silecek en kolay seçim olabilirken, daha yüksek miktarlar veya alan sınırlamaları söz konusu olduğunda, özel olarak tasarlanmış bir silecek daha mantıklı olabilir. Bir uygulama yaylı bir vida gerektirebilir; diğerleri, bir POM/Delrin plastiğine bağlı bir yay plakası gerektirecektir; her uygulama kurulum alanı, maliyet ve doğruluk ihtiyaçlarına özeldir.

Kullanım ömrü gereksinimleri çok yüksekse temassız bağlantı için manyetik silecek önerilir. Genel olarak, küresel bir silici tavsiye edilebilir. Tipik silecek, aktif genişliğin yaklaşık %10 ila %50'sini kaplar. Çelik, pirinç, sert plastikler (örn. Delron, Delrin) gibi malzemeler tipiktir, ancak membran potansiyometrelerinin tipine bağlıdır. Mühendisler, doğru malzeme seçimi konusunda daima üreticilerden tavsiye almalıdır.

Yüzey Basıncı

Uygulamaya bağlı olarak farklı yüzey basınçları tanımlanır, ancak genel olarak 1 Newton (N) ila 6 Newton (N), membran potansiyometresinin standart bir folyo düzeninde veya yapıyı güçlendirmek için ek metal bağları olan hibrit bir versiyon. Standart kullanıma hazır silecekler genellikle 1 ila 3 N ve 3 ila 6 N aralığına bölünür.

Elektriksel Özellikler

Elektriksel özellikler tasarıma göre biraz değişecektir, ancak genellikle standarttır ve örneğin voltaj bölücü olarak geleneksel bir potansiyometreye benzer çıktı ile.

Geleneksel hassas potansiyometre ile karşılaştırıldığında, en önemli fark doğrusallık elde etme yöntemidir. Geleneksel potansiyometre, doğrusallık elde etmek için lazer kırpmayı kullanabilirken, PET-Malzemesine (ince bir film) dayanan membran potansiyometreleri, doğrusallığı iyileştirmek için üretim iyileştirmelerine güvenir. Bu nedenle, standart lineer potansiyometreler için sunulan tipik lineerlik %2'dir, ancak FR4 tabanlı membran potansiyometreler bir seçenek olarak %0.5'e kadar ulaşabilir.

Ancak doğrusallıktan daha önemli olan, tekrarlanabilirlik ve histerezistir. Membran potansiyometrelerin doğruluğu, 0.01 mm (0.001 cm) uzunluğunda 500 mm (50 cm) kadar iyi olabilir, ancak çoğu standart membran potansiyometresi 0.05 mm (0.005 cm) ila 0.1 mm (0.1 cm) arasında değişir. Tüm elektrik çıkışları üzerindeki ana etki, sileceğin mekanik hareketinde ve kararlılığında bulunur. Bir kıyaslama olarak, 1 W'a kadar enerji dağıtımı ve 500 V'luk bir dielektrik gücü standarttır, ayrıca 100 VDC'lik izolasyon gücü de mümkündür.

Başvurular

Membran potansiyometrelerinin küçük yüksekliği nedeniyle tipik bir uygulama, aktüatörlerin doğrusal ölçümüdür. Kontrol valfleri, standardın şu anda konumu ölçmek için dişliler ve bir dönüş sensörü gerektirdiği diğer bir fayda sağlayan uygulamadır. Bir membran potansiyometreyi kurmak ve kullanmak için gereken yapı, belirli geleneksel potansiyometrelerin büyük ve zor montajından çok daha basit ve biçim dostudur.

Hareket cihazının hemen yanında lineer çıkış sinyalleri oluşturan geliştirilmiş bir tasarım, bazen ölçülen gerçek hareketten uzaktaki dişlilerle bağlanan geleneksel bir döner potansiyometreye göre doğruluğu artırabilir. Hoffman + Krippner'ın SENSOFOIL'i^® bu maliyetleri önemli ölçüde azaltabilir.

Birçok uygulamada hem döner hem de lineer membran potansiyometreler aynı cihazda kullanılabilir (örn. koltuk

seviye ayarı doğrusal hareket gerektirir), koltuk arkası açısını eğmek ise döner hareket gerektirir. Benzer uygulamalar, sürgülü kapıların, açılır tavanların, koltuk uygulamalarının vb. küçük montaj alanları ve düşük ağırlık gerektirdiği otomotiv iç mekanlarında bulunur.

Alan sorunlarına bir başka basit çözüm, membran potansiyometresi için bir temel olarak birçok uygulamada zaten mevcut olan baskılı devre kartını (PCB) kullanmaktır. PCB tamamen doldurulabilir ve daha sonra membran potansiyometresi karta yapıştırılabilir ve konektörler doğrudan PCB'ye takılabilir. Ek olarak, birkaç üretici doğrudan FR4 üzerine iletken bir mürekkebi yazdırabilir ve bileşenleri doğrudan PCB üzerine monte edebildikleri için bunu PCB'ler ve bileşenlerle birleştirebilir.

Esas olarak maliyet tasarrufu nedenleriyle bir membran potansiyometresi kullanan diğer uygulamalar, tel kaplar/tel sensörleri ve manyetik banttır. Ek olarak, membran potansiyometreler, elle kontrol için bir tuş takımına tamamen entegre edilebilir. Sorunsuz entegrasyon, tuş takımını konum takibi için son derece yenilikçi ve kullanışlı hale getirir. Entegre potansiyometre, standart bir potansiyometrenin gerektirdiği şekilde kurulum deliklerini önleyebilir ve tamamen sızdırmaz ve yıkanabilir bir ön panel yüzeyi oluşturabilir.

Asansör ve yürüyen merdiven teknolojisi ile ilgili olarak, membran potansiyometreler çeşitli uygulamalara entegre edilebilir. Asansör kapı sistemlerinde kapıların yolcuların üzerine kapanmasını önlemek için kullanılabilirler. Ek olarak, katların konumuna göre gerçek asansör kabininin konum algılaması için uygundurlar. Sensörler, manyetik işlem seçeneği ile mevcut konumu ve herhangi bir konum değişikliğini temassız olarak ölçebildikleri için, hareketli kabin ile herhangi bir statik cihaz arasında temas gerektirmez. Membran potansiyometreler, işlevleri basınca bağlı olduğundan asansör kabininin içinde de faydalı olabilir. Dokunmatik panellere entegre edilebilirler ve hem doğrudan giriş (yani bir düğmeye basarak) hem de sürekli giriş (yani kaydırıcı işlevleri) için giriş cihazları olarak çalışabilirler.

Sonuç

Ultra düz tasarımı ve esnek kullanımı, düşük maliyetlerle birleştiğinden, membran potansiyometre, daha önce mümkün olmayan algılama olanaklarının kapısını açmıştır. Manyetik işlemler veya hibrit membran potansiyometreleri gibi yeni ve yenilikçi malzemelerle tasarımcılar ve mühendisler bu potansiyometreleri farklı uygulamalarda kullanabilirler. Karmaşık sensör yapıları, modern membran potansiyometreleri ile azaltılabilir, basitleştirilebilir ve daha ucuza entegre edilebilir.