Så fungerar en Potentiometer

Vad är en potentiometer?

En potentiometer är variabel spänningsdelare, grunden för alla potentiometrar är ett resistiv element/bana och en avtagare även kallat wiper. Ibland har potentiometrar även en signalbana (återföringsbana) och vissa på varianter är wipern ansluten direkt till signal. Wipern kortsluter det resisistiva banan mot signalbanan och potentiometern spänningsdelar matningsspänningen proportionellt mot wiperns position på banan. Potentiometrar kan se ut på många sätt men finns i huvudsak i tre konfigurationer; trådlindade, konduktiv plast och hybrider.
Regal arbetar främst med konduktiv plast och membran potentiometrar då dessa versioner ger en stabil utsignal och lång livslängd. Det finns potentiometrar för både linjär- och vinkelmätning och samma teknik används i båda fallen.

Trådlindade potentiometrar
Trådlindade potentiometrar består av ett resistivt element (spole) och en avtagare. Spolen är gjord av en mycket fin tråd som viras noggrant runt en spindel. Avtagaren (wipern) är en speciellt utvecklad ädelmetall kontakt som glider över spolen som är internt monterad i givarhuset. Avtagaren är fäst på givarens axel som i sin tur är kopplad till den rörelse som mäts. En spänning appliceras över spolen som då agerar som en spänningsdelare. Då den mätbara rörelsen roterar avtagaren kan en spänning proportionell mot rotationspositionen avläsas mellan spole och avtagare. Eftersom det resistiva elementet utgörs av en spole kommer utsignalen från potentiometern att ändras i diskreta steg. Stegens utseende bestäms av tråden storlek och hur fint man lindat denna.

Principskiss potentiometer

Konduktiv plast-potentiometer
Ovan är en princip skiss på ett sensorelement från en konduktiv plast potentiometer:

1) Anslutning Vs eller V0 (Man kan växla Vs och V0 beroende på om man önskar stigande eller avtagande signal)
2) Anslutning Vs eller V0
3) Anslutning Signal
4) Matningsbana
5) Substrat, vanligen FR4
6) Resistiv bana
7) Signalbana/återföring.
8) Wiper/avtagare

Konduktiva plastpotentiometrar liknar de trådlindade, förutom att avtagaren rör sig på ett element av konduktiv plast istället för en spole. Det konduktiva plast elementet består av ett substrat och en resistiv epoxi. Den konduktiva plasten appliceras på ett substrat som vanligast utgörs av FR4 eller liknande material. Då plasten har härdat skapas en mycket jämn och fin resistiv yta som avtagaren kommer att färdas på. Denna yta ger en bättre kontinuerlig utsignal än vad man kan få av tidigare nämnda trådlindade potentiometrar. Livstiden ökar dessutom då avtagaren och det resistiva elementet inte utsätts för lika stora påfrestningar. Med en metod som heter ”trimma” eller ”linjärisera” kan en konduktiv plast potentiometer få en mycket bra linjäritet.

Membranpotentiometer

Membran potentiometrar
Membran potentiometrar är en version av konduktiv plast, men istället för att de konduktiva plast banorna ligger parrallet med varandra ligger ovanpå varandra och separeras med en ”spacer”. Membranet trycks sedan ihop genom att wipern trycker plastbanorna mot varandra och på detta sätt skapar kontakt. Membranpotentiometrar är mycket tunna (ner till 0,5 mm) och används i applikationer där utrymmet är begränsat.

Hybrid potentiometrar
Hybridpotentiometrar är en blandning av konduktiv plast och trådlindad teknologi, de består av en spole belagd med konduktivt plastmaterial.

Fördelar med potentiometer
– Temperaturtålig. En potentiometer klarar normalt -40°C…+125°C. Men det finns versioner som klarar uppemot 200°C.
– Tålig mot elektromagnetiskastörningar
– Närmast oändligupplösning
– Prisvärd

Potentiometer_schematiskt

Här är en schematisk bild av en potentiometer med last RL. R1 är resistansen innan wipern och R2 är resistansen efter wiperns position.