Membránové potenciometry

-- 20.03.10 20:48

Tato ultraplochá zařízení usnadňují snímání polohy, mohou být blíže pohybové rovině zařízení a nevyžadují mnoho místa k instalaci.

Membránové potenciometry změnily pohled techniků na snímání. Ultraploché membránové potenciometry, některé o tloušťce jen 0,5 mm, mají vlastnosti srovnatelné s tradičními mechanickými potenciometry, ale vejdou se i do prostorově omezených míst. Díky svému plochému provedení lze membránové potenciometry umístit blíže pohybové rovině měřeného zařízení; navíc nevyžadují mnoho místa k instalaci. Obecně řečeno, membránový potenciometr je dělič napětí. Je zkonstruován jako otevřený obvod, který podává výstup, jen když jezdec spojí horní a spodní obvody působením tlaku na povrch membrány.

Jezdec membránového potenciometru může vypadat jednoduše jako například malý plastový výčnělek klouzající po povrchu – nevyžaduje žádné vnější elektrické spojení. Většinu membránových potenciometrů lze také ovládat posouváním prstu po povrchu a některé jsou dokonce dostupné v bezkontaktní magnetické verzi. Prostor mezi horním a spodním obvodem je vyplněn zejména těsnicím tmelem, jenž umožňuje utěsnění zařízení proti vnějším faktorům, jako je vlhkost nebo prach. Většina z těchto zařízení může mít krytí až IP65 (NEMA 4x) a vyšší. Prostor pro připevnění vyžaduje na obou stranách membránového potenciometru šířku minimálně 2–3 mm. Ideální šířka aktivní rezistivní oblasti by měla být mezi 3 mm a 6 mm, ale může být rozšířena až na 10 mm, nebo dokonce 12 mm.

Lineární prvky mohou dosáhnout aktivní délky až 760 mm, přičemž rotační prvky se středovým otvorem mohou mít průměr od 20 mm do zhruba 450 mm. Životnost a provozní teplota odpovídají mechanickým potenciometrům a v závislosti na provedení umožňují až 100 milionů operací. Provozní teplota může sahat od -40 °C do 85 °C a v současnosti jsou ve vývoji dokonce systémy odolávající teplotám až 125 °C. V závislosti na aplikaci jsou definovány různé povrchové tlaky, avšak obecně se pro většinu aplikací doporučuje rozsah 1–6 N, podle toho, zda je membránový potenciometr konfigurován ve standardním fóliovém provedení nebo v hybridní verzi s přídavnými kovovými spojkami pro zesílení konstrukce. Standardní komerčně dostupný jezdec obvykle pracuje v rozsahu 1–3 N nebo 3–6 N.

Elektrické charakteristiky se budou podle provedení poněkud lišit, ale obecně mají podobný výstup jako dělič napětí. Ve srovnání s přesným konvenčním potenciometrem je nejvýraznějším rozdílem způsob dosahování linearity. Zatímco u konvenčních potenciometrů se pro dosažení linearity používá laserové nastavování odporu, membránové potenciometry jsou založeny na materiálu PET, a proto se pro zlepšení linearity spoléhají na výrobní vylepšení. Proto je u standardních lineárních potenciometrů nabízena typická linearita 2 %, avšak membránové potenciometry na bázi FR4 mohou dosahovat linearity pouhých 0,5 %, což je jedna z možností. Významnější než linearita je opakovatelnost a hystereze.

Přesnost membránových potenciometrů může být až 0,01 mm na dráze 500 mm, ale většina standardních membránových potenciometrů pracuje s přesností v rozsahu 0,05 mm až 0,1 mm. Hlavní dopad na elektrické výstupy má mechanické polohování a stabilita jezdce. Standardními hodnotami je rozptyl energie až 1 W a dielektrická pevnost 500 V, přičemž je možná i izolační pevnost 100 V DC. Kvůli malé výšce standardních membránových potenciometrů je typickou aplikací lineární měření akčních členů. Další možnou aplikací jsou regulační ventily, i když v současnosti standard vyžaduje pro měření polohy převody a senzor otáčení. K dalším aplikacím patří lankové potenciometry, lankové senzory, magnetická páska a klávesnice pro ruční ovládací prvky.

V ostatních aplikacích, jako je nastavování výšky usazení, lze ve stejném zařízení používat otočné i lineární membránové potenciometry. U aplikací s omezeným prostorem mohou samotné desky tištěných spojů sloužit jako základna pro membránový potenciometr. Několik výrobců dokáže dokonce tisknout vodivou barvu přímo na materiál FR4 a kombinovat jej s deskou tištěných spojů a jejími součástkami a montovat součástky přímo na desku tištěných spojů.

Guido Woska je prezident a ředitel společnosti Hoffmann + Krippner, Peachtree City, Georgia.

Autor: Guido Woska, Hoffmann + Krippner