Uso de un potenciómetro para reemplazar un codificador óptico absoluto

Todos los potenciómetros son <360° porque tiene que haber un espacio entre los extremos de la pista de resistencia. Necesitaría dos macetas agrupadas en el mismo eje 180 ° desfasadas.

Sin embargo, me interesó y una búsqueda de "potenciómetro de sensor de ángulo de 360 ​​grados" arrojó algunos productos interesantes de Novatechnik. Vea el tipo de eje giratorio y el AW360-ZE donde parecen haber resuelto esto.

Figura 1. Extracto de la hoja de datos de AW360-ZE.

Su "potenciómetro" toma una señal de referencia Uref y proporciona una salida de CC proporcional al ángulo Uref x.

No entran en detalles de cómo funcionan, pero aquí están mis pensamientos:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Figura 2. (a) Un posible método de fabricación. Una pista de resistencia circular con conexiones a 0° y 180° daría una salida de onda triangular cuando gira continuamente en una dirección. Al agregar la optodetección de 4 cuadrantes, sería posible averiguar en qué cuadrante está el limpiaparabrisas y usarlo en el circuito Logik. (b) da lo que podría ser un método más confiable. Al cambiar simultáneamente SW1 y SW2, podrían usar una posición del interruptor para obtener una lectura de voltaje real y la otra para determinar el cuadrante.

• Usando el esquema de la Figura 2b con los interruptores y limpiaparabrisas en la posición mostrada Vout = V+/4. Eso significa que está en la mitad inferior del bote y está a 135° de la posición de las 12 en punto.
• Tira los interruptores y Vout es de nuevo V+/4. Eso significa que está a 135° de la posición de las 3 en punto.
• Sólo un punto cumple ambas condiciones.

Comencemos con la resolución del codificador rotatorio. 13 bits, proporciona una resolución rotatoria de 8192 posiciones angulares (no 8191, un punto menor seguro). Esto significa que el codificador rotatorio, si se utiliza correctamente, puede resolver 0,044 grados de rotación de su eje. En términos de medición angular más convencionales, son 2,6 minutos de arco de desplazamiento angular. ("minutos de arco" es un término usado para describir el desplazamiento angular para distinguirlo de las unidades de "minutos" comunes de tiempo). No hay potenciómetro en la faz de la Tierra que pueda igualar, cumplir o superar esta resolución.

Los mejores potenciómetros disponibles para este tipo de aplicación se denominan "potenciómetros de instrumentación" o "potenciómetros de precisión". Son una clase bastante diferente del tipo que compramos de DigiKey y Mouser. Por lo general, se fabrican a medida y según las especificaciones. Ya no se fabrican muchos debido a la invasión de los codificadores rotatorios en las aplicaciones en las que tradicionalmente se usaban los potenciómetros de precisión.

De hecho, había potenciómetros de precisión de 360 ​​grados (y más anchos). Pero solo estaban destinados a funcionar en una dirección, no en rotación rotatoria continua. Usaron una pista en espiral con un limpiaparabrisas con resorte. Una especie de mini potenciómetro de varias vueltas con una espiral de fracciones de segundo. estoy divagando

Las ollas de precisión eran "de precisión" por varias razones. Primero, utilizaron un limpiador con filo de cuchillo (en forma de cuña) que proporcionaba una resolución fina a lo largo del elemento resistivo principal. En segundo lugar, el elemento resistivo era un material homogéneo de grano muy fino. De hecho, los elementos resistivos de tipo plástico eran los mejores disponibles hacia el final del apogeo de los potenciómetros de precisión. En tercer lugar, el elemento de resistencia se esmeriló mecánicamente hasta el nivel de perfección especificado en un dispositivo de circuito cerrado. Este accesorio midió la relación de división resistiva entre los puntos finales de los elementos y el punto de arranque del limpiaparabrisas para un punto dado de desplazamiento angular alrededor de su arco, y eliminó parte del elemento automáticamente para lograr una relación específica en ese punto. Esta operación garantizaba la linealidadde la olla Cuantos más puntos haya especificado, más caro será el bote. (Y podrían costar varios cientos de dólares cada uno en los años 70 y 80 cuando trabajé con estos). También podría especificar "conicidades" no lineales de varios contornos gracias a este proceso de rectificado. En cuarto lugar, todo el ensamblaje se hizo con gran cuidado y precisión: cojinetes especiales para el eje, caja maquinada (no estampada ni moldeada), eje cuidadosamente maquinado, filo de cuchilla pulido (no afilado) para el limpiaparabrisas, soporte total para el elemento de resistencia. , etc., etc... De nuevo, estoy divagando.

Tus preocupaciones:

ENFOQUE: Todo mal. 16 bits, o 13 bits, de resolución ADC no tendrán un "bit" de efecto en la resolución de la capacidad inherente de cualquier potenciómetro ordinario (sin instrumentación) para resolver pequeñas diferencias angulares. Las ollas ordinarias simplemente no están hechas para proporcionar este tipo de resolución. Los ejes están montados con mucha holgura, por lo que hay mucha pendiente e histéresis en relación con el limpiaparabrisas y el elemento resistivo. Y el elemento en sí es muy no lineal en estas ollas. Necesitará una plantilla de desplazamiento angular para probar su potenciómetro candidato y ver si puede lograr la resolución requerida con sus potenciómetros candidatos. Los accesorios se pueden comprar a proveedores de herramientas de taller mecánico (incluso Harbor Freight los vendió y tal vez todavía lo haga).Conexión con un DVM de precisión en modo de voltaje. Dudo que obtenga más de 1 grado de resolución utilizable. "Usable" significa repetible a medida que aleja el limpiaparabrisas de la posición angular específica y luego lo vuelve a colocar después de varios desplazamientos de prueba en ambas direcciones (CW y CCW).

ELEMENTO PLÁSTICO - Sí, este es probablemente el mejor camino a seguir. Los tipos de alambre bobinado tienen un dentado inherente debido a las crestas del alambre.

LINEALIDAD - ¡La linealidad no es resolución! Además, hay muchas definiciones de linealidad y un número igual de formas de aplicar las especificaciones de linealidad citadas. Hay muchos buenos escritos sobre las diferencias entre resolución, precisión y linealidad disponibles en Internet. La linealidad es probablemente importante en su aplicación. Sin embargo, es un parámetro bastante diferente de la resolución. Por no mencionar que se utilizan todo tipo de trucos técnicos cuando se establece la linealidad de dispositivos como los potenciómetros.

FULL-360-ROTATION - Esto será un verdadero desafío. Si se ve reducido a alterar mecánicamente un potenciómetro estándar para lograr esta característica, probablemente será mejor que dirija sus esfuerzos a modificar un codificador rotatorio disponible para que se ajuste a su aplicación.

Si busca en Ebay "Potenciómetro de instrumentación", encontrará algunos ejemplos del tipo de potenciómetro que describí anteriormente, mezclado con muchos potenciómetros de "ajuste" más convencionales. El tipo de instrumentación generalmente lo fabricaban pequeñas empresas con nombres ahora desconocidos. Si decide usar un potenciómetro, obtenga uno de estos.

Hay potenciómetros destinados a este tipo de aplicación. Sin embargo, no obtendrá el ángulo con una precisión de 13 bits. De ninguna manera.

Este tipo de ollas pueden girar infinitamente y tienen dos limpiaparabrisas. El elemento de resistencia no da los 360° completos, como en una olla normal. Al observar la señal de ambos limpiaparabrisas con un firmware inteligente, obtiene la posición angular.

La linealidad bruta no es muy buena. Puede arreglar esto hasta cierto punto con la calibración en algunos ángulos conocidos. Sin embargo, no obtendrá un resultado bueno para 13 bits. La irrepetibilidad del contacto del limpiaparabrisas y la reacción mecánica probablemente lo impidan de todos modos, pero la no linealidad ciertamente lo inundará. También cambiará con el uso.

Este tipo de ollas son útiles para cosas como entradas de usuario baratas que deben girarse indefinidamente, no para mediciones angulares precisas.

No nos ha dicho su tarea específica, por lo que no tenemos forma de saber la idoneidad. Puede dedicar mucho tiempo a lidiar con lo que considera el punto ciego, y puede llegar a una solución de software. Usted dice que su codificador era de un solo giro, por lo que sospecho que puede colocar el punto ciego de la olla en la región donde el codificador no podría alcanzar sin problemas.

Mi mayor preocupación sería de por vida. Las ollas solo son buenas para tantas rotaciones. Los codificadores ópticos suelen ser sin contacto, con una vida útil muy larga. Asegúrese de que su olla tenga una vida útil lo suficientemente larga. Si no puede encontrar una calificación de por vida, busque otro bote.

Si conoce la vida útil esperada, probablemente no le importe el material. Las ollas enrolladas con alambre tendrán pequeños puntos planos, pero probablemente serán lo suficientemente lineales para su uso (que no sé).

lo mínimo que encontré es 0.15% para una olla bobinada (que no sé cuánto error en grados afectará mi resultado)

Una linealidad de (+/-) 0,15% significa que si el ángulo del limpiaparabrisas estuviera exactamente en (digamos) el 50% del recorrido mecánico (digamos 180 grados para un potenciómetro de una sola vuelta perfecto pero imposible) el valor del divisor de potencial eléctrico es ' t exactamente 0.500000000 pero puede variar en cualquier lado hasta 0.0015 haciendo que el rango de error real al 50% viaje entre 0.4985 y 0.5015.

Según mis cálculos, 0,4985 se traduce en 179,46 grados o un error de unos 0,5 grados.

Como he leído, el plástico conductor es el mejor para tal aplicación. bien ?

Creo que esto es correcto.