Принцип работы и выбор потенциометра

Потенциометр – это переменный резистор, сопротивление которого можно регулировать механическим способом от 0 до номинала. Потенциометры используются в качестве делителя напряжения для его плавной регулировки.

Устройство и принцип действия потенциометра

Потенциометр состоит из следующих элементов, указанных на схеме:

• резистивное вещество, определяющее номинал сопротивления с вмонтированными по обоим краям выводами 1 и 2;
• подвижный ползунок, соединенный с контактом 3, передвигаемый для увеличения-уменьшения сопротивления;
• ручка для управления.

Потенциометр (переменный резистор) оснащён ручным управлением. По центральной оси выводится ручка, при повороте которой можно изменить положение ползунка. Потенциометры Meyertec встроены в пластиковый корпус для монтажа в отверстие 22,5 мм.

Принцип действия потенциометра заключается в следующем. При механическом повороте ручки ползунок передвигается по плоскости подковы с резистивным веществом. Вследствие этого сопротивление изменяется между выводом 3 и выводами 1 и 2. Если на выводы 1 и 2 подать ток, то между ними и выводом 3 получается выходное напряжение. Таким образом потенциометр выполняет функции делителя напряжения.

Применение и принцип работы потенциометра с другими устройствами

Внешний потенциометр в промышленности может применяться для управления станками обработки, вентиляцией, температурой различных видов печей и т.д.

Принцип работы потенциометра обеспечивает управление регулятором мощности: мы вручную изменяем уровень напряжения на выходе регулятора. Когда ручка потенциометра повернется и займет, например, среднее положение (5 делений из 10) напряжение на выходе регулятора мощности станет равным половине входного — т.е. 380/2=190В. Таким образом при помощи потенциометра мы можем задать выходное напряжение на регуляторе.

Подключая внешний потенциометр к частотному преобразователю, мы можем вручную регулировать скорость исполнительного механизма, например, электродвигателя. Если задать стандартные уставки скорости двигателя от 0 до 50 Гц, то в крайнем левом положении потенциометра скорость двигателя будет равна 0, а в крайнем правом положении двигатель выйдет на номинальную скорость вращения.

Как выбрать потенциометр

Главную роль при выборе потенциометра играет номинал его полного сопротивления – это уровень сопротивления между неподвижными контактами. Выбирать потенциометр следует опираясь на номинал внешнего переменного резистора, указанный в руководстве по эксплуатации конкретного прибора. Например, для преобразователей частоты ОВЕН ПЧВ1, ПЧВ2, ПЧВ3 используются потенциометры номиналов 1 кОм, 5 кОм, 10 кОм., для регуляторов мощности Meyertec DRU3-125/150/200 — 10 кОм.

В некоторых случаях необходимо принять во внимание и другие параметры, а именно:

• угол поворота регулировочного узла;
• погрешность;
• износостойкость;
• тепловое сопротивление при нагреве;
• рабочая температура.

Почему это важно? При работе оборудования в закрытом пространстве потенциометр не должен перегреваться.

При работе с преобразователями частоты и регуляторами мощности ток в потенциометрах Meyertec небольшой, тепловые потери незначительные, поэтому отводить тепло не требуется.

Важно! Перед пуском схемы в работу необходимо проверить все места пайки и изоляции, а также соблюдать правила техники безопасности.

Источник

Расчет потенциометра и сложного шунта

Потенциометром называется переменное сопротивление с движком, включаемое, как показано на рис 1.

Напряжение U подается к точкам 1 и 2. С точек 2 и 3 снимается регулируемое напряжение, величина которого меньше U и зависит от положения движка. Делители напряжения имеют аналогичную схему, однако они не могут регулироваться и не имеют подвижного движка.

Расчет потенциометров, делителей напряжения и сложных шунтов производится с помощью законов Кирхгофа, как расчет обычных цепей с сопротивлениями.

1. Напряжение источника U=24 В, общее сопротивление потенциометра r=300 Ом. Движок установлен отдельно так, что r1=50 Ом. Какое напряжение U1 можно снять с точек 3 и 2 (рис. 1)?

Ток I и напряжение U на сопротивлении r связаны формулой I∙r=U.

Движок потенциометра отделяет часть сопротивления, т. е. со-противление r1. Падение напряжения между точками 3 и 2 равно I∙r1=U1.

Из отношения падений напряжения получим равенство (I∙r1)/(I∙r)=U1/U. Чем больше сопротивление r1, тем больше величина напряжения U1 между точками 3 и 2 U1=r1/r∙U=50/300∙24=4 В.

2. Потенциометр (рис. 2) нагружен на лампу с сопротивлением r=100 Ом. Потенциометр разделен движком на две части с r1=600 Ом и r2=200 Ом. Определить напряжение Uл и ток лампы Iл.

Через сопротивление r2 протекает ток I, а через лампу – ток Iл. Через сопротивление r1 протекает ток I-Iл, который создает на сопротивлении r1 напряжение, равное напряжению на лампе: (I-Iл )∙r1=Uл.

С другой стороны, напряжение на лампе равно напряжению источника за вычетом падения напряжения на сопротивлении r2: U-I∙r2=Uл.

Ток I равен напряжению источника, деленному на результирующее сопротивление последовательно-параллельного соединения сопротивлений:

Выражение общего тока источника подставим во второе уравнение:

После преобразования получим выражение для напряжения на лампе:

Если это выражение преобразовать, исходя из того, что Uл=Iл∙r, то получим выражение для тока лампы:

В полученные уравнения подставим числовые значения:

Uл=(120∙600)/(600∙200+600∙100+200∙100)∙100= 7200000/200000=36 В;

3. Подсчитать напряжение Uп и ток Iп измерительного прибора, который включен на часть потенциометра. Прибор имеет сопротивление r=1000 Ом. Точка ответвления разделяет сопротивление делителя на r2=500 Ом и r1=7000 Ом (рис. 3). Напряжение на зажимах потенциометра U=220 В.

Используя ранее полученные формулы, можем записать, что ток, протекающий через прибор, равен:

Iп=(U∙r1)/(r1∙r2+r1∙r+r2∙r)=(220∙7000)/(7000∙500+7000∙1000+500∙1000) =1540000/11000000=1,54/11=0,14 А.

4. Подсчитать напряжение прибора Uп, если он потребляет ток Iп=20 мА и подключен к потенциометру, разделенному на сопротивления r2=10^4 Ом и r1=2∙10^4 Ом (рис. 3).

Полное напряжение на делителе напряжения равно сумме падений напряжения на его частях (на сопротивлениях r1 и r2): U=I∙r2+I1∙r1; U=I∙r2+Uп.

Ток источника разветвляется в точке контакта движка: I=I1+Iп; I=Uп/r1 +Iп.

Значение тока I подставим в уравнение напряжения:

Отсюда напряжение на приборе Uп=(U-Iп∙r2)/(r1+r2 )∙r1.

Подставим числовые значения: Uп=(220-0,02∙10000)/30000∙20000=20/3∙2=13,3 В.

5. Источник постоянного тока с напряжением U=120 В питает анодные цепи радиоприемника через потенциометр (делитель напряжения), который вместе с фильтром имеет сопротивление r=10000 Ом. Напряжение U1 снимается с сопротивления r2=8000 Ом. Подсчитать анодное напряжение при отсутствии нагрузки и при токе нагрузки I=0,02 А (рис. 4).

Первый случай аналогичен примеру 1:

Второй случай аналогичен примеру 3:

При нагрузке напряжение упадет с 96 до 64 В. Если необходимо большее напряжение, то движок надо сдвинуть влево, т. е. увеличить сопротивление r2.

6. С делителя напряжения снимаются напряжения Ua и Ub. Общее сопротивление делителя напряжения, подключенного на напряжение U1=220 В, равно r=20000 Ом. Каковы напряжение Ua на сопротивлении r3=12000 Ом при потреблении тока Ia=0,01 А и напряжение Ub на сопротивлении r2+r3=18000 Ом при потреблении тока Ib=0,02 А (рис. 5).

Напряжение на сопротивлении r3

Напряжение Ub равно сумме падения напряжения Ua на сопротивлении r3 и падения напряжения на сопротивлении r2. Падение напряжения на сопротивлении r2 равно I2∙r2. Ток I2=Ia+I3. Ток I3 можно подсчитать, как в примере 1:

Напряжение Ub=Ua+I2∙r2=5+0,015∙6000=150 В.

7. Рассчитать комбинированный шунт для миллиамперметра так, чтобы при разных положениях переключателя он имел следующие диапазоны измерений: I1=10 мА; I2=30 мА; I3=100 мА. Схема включения шунта показана на рис. 6. Внутреннее сопротивление прибора ra=40 Ом. Собственный диапазон измерения миллиамперметра 2 мА.

При измерении тока I≤2 мА шунт отключается.

а) При измерении тока I=10 мА переключатель находится в положении 1 и через все сопротивления шунта проходит ток 10-2=8 мА. Падение напряжения на сопротивлениях шунта Uш и на приборе Ua между точками d и a должно быть одинаковым

б) При измерении тока I2=30 мА переключатель находится в положении 2. Измеряемый ток разделится в точке b. При полном отклонении стрелки прибора через сопротивление r1 и прибор ra будет проходить ток Ia=2 мА.

Остальная часть тока I2-Ia пройдет через сопротивления r2 и r3. Токи создадут в обеих ветвях между точками d и b одинаковое падение напряжения:

в) Подобным образом проведем расчет и при увеличении диапазона измерений до I3=100 мА. Ток I3-Ia пройдет через сопротивление r3, а ток Ia – через сопротивления r1, r2, ra. Напряжение в обеих ветвях одинаково: (I3-Ia)∙r3=Ia∙r1+Ia∙r2+Ia∙ra;

Мы получили три уравнения с тремя неизвестными величинами сопротивлений r1, r2 и r3.

Все уравнения умножим на 1000 и преобразуем их:

Сложим первое и третье уравнения: 50∙r3=50;

Сложим первое и второе уравнения: 15∙r2+15∙r3=50;

Подставим полученные результаты в первое уравнение: r1+35/15+1=10;

Правильность расчета можно проверить путем подстановки полученных значений сопротивлений в уравнения.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Потенциометр – все, что нужно знать о плавной регулировки напряжения.

Потенциометр представляет собой устройство, которое у большинства из нас ассоциируется с ручкой регулировки громкости, выступающей из радиоприемника. Сегодня, в эпоху цифровых схем потенциометр используется не слишком часто.

Однако это устройство имеет особый шарм и он не заменим там, где необходима плавная „аналоговая” регулировка. Например, если вы играете на игровой консоли с gamepad. В gamepad есть аналоговые ручки, которые зачастую состоят из 2-х потенциометров. Один управляет по горизонтальной оси, а другой по вертикальной. Благодаря этим потенциометрам, игра становится более точной, чем на обычном цифровом джойстике.

Потенциометр представляет собой переменный резистор. Резистор – радиоэлемент, затрудняющий протекание тока через него. Он используется там, где необходимо уменьшить напряжение или ток.

Регулируемый резистор или потенциометр служит для того же, за исключением того, что он не имеет фиксированного сопротивления, а изменяется по требованию пользователя. Это очень удобно, поскольку каждый предпочитает разную громкость, яркость и другие характеристики устройства, которые можно регулировать.

Сегодня можно сказать, что потенциометр не регулирует функциональные характеристики устройства (это выполняет сама схема с цифровым дисплеем и кнопками), но он служит для изменения его параметров, как управление в игре, отклонение элеронов дистанционно управляемого самолета, вращение камеры видеонаблюдения и т.д.

Как работает потенциометр?

Традиционный потенциометр имеет ось, на которой размещается ручка для изменения сопротивления, и 3 вывода.

Два крайних вывода соединены электропроводным материалом с постоянным сопротивлением. Фактически это постоянный резистор. Центральный вывод потенциометра соединен с подвижным контактом, который перемещается по электропроводному материалу. В результате изменения положения подвижного контакта изменяется и сопротивление между центральным выводом и крайними выводами потенциометра.

Таким образом, потенциометр может изменять свое сопротивление между центральным контактом и любым из крайних контактов от 0 Ом до максимального значения, указанного на корпусе.

Источник

Переменный резистор для регулировки напряжения

Резистор – элемент электротехнических и электронных устройств. Пассивный компонент электрической цепи оказывает сопротивление проходящему через него электрическому току – по закону Ома на нем происходит падение напряжения.

Существуют два конструктивных типа сопротивлений – постоянные и переменные резисторы.

Что такое переменный резистор рассмотрим подробнее.

Принцип работы переменного резистора

Элемент электрической схемы, сопротивление которого можно изменять от нуля до номинального значения, называется переменным резистором и позволяет вручную плавно регулировать величину сопротивления для обеспечения нормальной работы остальных компонентов электрической схемы.

Устройство

Переменное сопротивление состоит из:

• резистивного элемента, который определяет номинал сопротивления, с припаянными по краям двумя фиксированными выводами для подключения в схему;
• подвижного подпружиненного третьего контакта (ползунка, бегунка), который можно передвигать по металлической или металлизированной дорожке (коллектору), уменьшая или увеличивая сопротивление;
• ручки, которая управляет регулировочным механизмом.

1. Поворотный – токопроводящий элемент выполняется в виде кольца (подковы), ползунок перемещается поворотным регулировочным механизмом при помощи специальной ручки. Поворотные резисторы могут быть однооборотные и многооборотные.
2. Движковый – величина сопротивления регулируется прямым перемещением ползунка по токопроводящему элементу.

Для чего используется

Регулируемый резистор плавно изменяет параметры электрической цепи непосредственно во время работы.

Применяется во многих электроприборах и бытовых устройствах – в качестве потенциометрических датчиков разного назначения и для регулировки громкости и тембра звука, настройки частоты радиоприема, яркости свечения светодиодов или температуры нагрева простым поворотом ручки-регулятора.

Чем отличается от подстроечного

Справка: Подстроечный резистор один из разновидностей переменного – применяется для точной подстройки отдельных узлов радиоэлектронной аппаратуры и коэффициентов передачи в измерительных устройствах типа преобразователей напряжение-частота.

Подстроечный резистор компактного размера, устанавливается непосредственно на электронной плате и применяется для вывода схемы в нужный режим только на стадии настройки и наладки, после чего фиксируется краской или клеем.

Внимание! Ручка переменного резистора выводится на лицевую панель прибора, подстроечный такой возможности не имеет.

Для регулировки подстроечного сопротивления используется отвертка, которая вставляется в специальный паз регулировочного механизма, связанного с круговым ползунком.

Типы переменных резисторов

Проволочный

Состоит из трубчатого пластмассового или керамического каркаса, на который в виде однослойной обмотки уложена тонкая проволока с высоким сопротивлением (манганиновая или константановая).

По поверхности проволоки скользит металлический ползунок, который при перемещении касается следующего витка обмотки раньше, чем сойдет с предыдущего – этим обеспечивается плавность регулировки.

Для надежности контакта ползунка и токопроводящего слоя поверхность проволоки тщательно полируется.

Тонкопленочный

Состоит из каркаса в виде подковообразной диэлектрической пластины, покрытой тонкой пленкой, изготовленной из углерода, бора, металлизированных или композиционных материалов. По поверхности пленки скользит ползунок, прочно связанный с регулировочным механизмом.

Классификация по количеству контактов

1. Одноэлементные – стандартные резистивные элементы с тремя контактами.
2. Многоэлементные (сдвоенные, строенные, счетверенные) – количество контактов зависит от количества резистивных элементов, собранных в одном корпусе. В зависимости от вида механической связи ползунков регулирование может быть синхронным или независимым.
3. С выключателем – к трем основным контактам добавлены дополнительные выводы для подключения питания, чтобы поворотом ручки можно было включать устройство и регулировать его параметры.

Основные характеристики переменных резисторов

Для стабильной работы в электрической схеме необходимо учитывать технические параметры резистивных элементов.

Номинальное (полное) сопротивление

Постоянная величина сопротивления между неподвижными контактами, ползунок выведен до упора и прижат к одному из неподвижных контактов.

Номинальная мощность

Максимальная мощность, которую резистор может рассеивать в виде тепла при длительной электрической нагрузке без изменения параметров.

Предельное рабочее напряжение

Максимальное рабочее напряжение, которое может быть приложено к выводам резистора без разрушения последнего. Зависит от длины резистивного элемента.

Температурный коэффициент сопротивления

Изменение сопротивления при изменении температуры окружающей среды на один градус.

Допуск или точность

Допустимая величина отклонения от номинального значения сопротивления – от 10 до 30 процентов.

Износоустойчивость

Число циклов передвижения подвижного контакта, при котором параметры переменного резистора остаются в пределах нормы.

Важно! Подстроечные резисторы не отличаются большим количеством циклов работы и не предназначены для частой регулировки сопротивления в отличие от переменных.

Функциональная зависимость

Зависимость изменения сопротивления резистора от угла поворота ручки или передвижения ползунка:

1. Линейная – равномерное изменение сопротивления при перемещении подвижного контакта на определенное расстояние.
2. Нелинейная (логарифмическая и обратно-логарифмическая) – плавное изменение сопротивления в начале и конце движения ползунка и скачками в середине.

Обозначение функциональных характеристик:

• А – линейная;
• Б – логарифмическая;
• В – обратно-логарифмическая.

Уровень шумов

Электрические помехи, возникающие при работе подвижного контакта, – зависят от состояния (износа) контактирующих поверхностей, степени прижатия ползунка и скорости его движения.

Маркировка переменных резисторов

Российская маркировка переменных сопротивлений до 1980 года – например, СП4-18:

1. Тип изделия обозначается СП.
2. Первая цифра – разновидность материала и технология изготовления – 4.
3. Вторая – регистрационный номер типа резистора –18.

Маркировка группы по технологии изготовления и материалу:

• 1 – непроволочные тонкослойные углеродистые и бороуглеродистые;
• 2 – непроволочные тонкослойные металлопленочные и металлооксидные;
• 3 – непроволочные композиционные пленочные;
• 4 – непроволочные композиционные объемные;
• 5 – проволочные;
• 6 – непроволочные тонкослойные металлизированные.

Сейчас действует новая система маркировки переменных и подстроечных резисторов – например, РП1-46:

1. Тип изделия обозначается РП.
2. Первая цифра определяет группу по материалу резистивного элемента (1 – непроволочные, 2 – проволочные и металлофольговые).
3. Вторая цифра – регистрационный номер разработки конкретного типа сопротивления.

Внимание! Единого стандарта маркировки регулировочных резисторов не существует – маркировка импортных отличается от российской.

Таблица номиналов

Справка: По ГОСТ 103 18-80 номинальные сопротивления должны соответствовать значениям ряда, полученного умножением или делением на 1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8; умноженное на 10 в n-степени, где n – целое положительное число.

1 Ом	10 Ом	100 Ом	1 кОм	10 кОм	100 кОм	1 МОм	10 МОм
1.5 Ом	15 Ом	150 Ом	1.5 кОм	15 кОм	150 кОм	1.5 МОм	15 МОм
2.2 Ом	22 Ом	220 Ом	2.2 кОм	22 кОм	220 кОм	2.2 МОм	22 МОм
3.3 Ом	33 Ом	330 Ом	3.3 кОм	33 кОм	330 кОм	3.3 МОм	33 МОм
4.7 Ом	47 Ом	470 Ом	4.7 кОм	47 кОм	470 кОм	4.7 МОм	47 МОм
6.8 Ом	68 Ом	680 Ом	6.8 кОм	68 кОм	680 кОм	6.8 МОм	68 МОм

Схема подключения переменных резисторов

Работа переменных сопротивлений зависит от схемного соединения.

Справка: Схемное обозначение – прямоугольник со стрелкой вверху, символизирующей подвижный контакт.

Реостат

Реостат представляет собой проволочный резистор большой мощности, включается в цепь последовательно, служит для регулировки силы тока и напряжения.

Внимание! Реостат включается в цепь двумя контактами – любым крайним и подвижным.

Потенциометр

Потенциометры служат делителями напряжения, включаются в схему параллельно и позволяет регулировать напряжение от нуля до напряжения источника путем механического изменения сопротивления цепи.

Важно! При подключении потенциометра задействованы все три контакта.

Как увеличить сопротивление переменного резистора

Для увеличения сопротивления придется немного потрудиться, но можно увеличить сопротивление в два раза:

• разбирают ползунковый резистор, вынимают из него «подкову» с токопроводящим слоем:
• ножом или мелкозернистой наждачной бумагой с внешнего и внутреннего конца дорожки, по которой перемещается ползунок, аккуратно счищают часть графитового слоя.

Уменьшить сопротивление намного легче – нужно параллельно резистору подключить в цепь постоянное сопротивление.

Советы по подбору переменного резистора для регулировки напряжения

• закон Ома для расчета величины переменного резистора I=U/R (ток делим на напряжение, получаем сопротивление);
• формулу для расчета мощности P=UI (напряжение умножаем на ток).

Расчет производим в амперах, вольтах и омах.

Пример: Требуется подобрать потенциометр для регулировки напряжения от 0 до 20 В, сила тока в цепи 50 мА.

1. Расчет сопротивления – 20 В /0,05А=400 Ом.
2. Расчет мощности – 20Вх0,05 А=1 Вт.

Итог – для регулировки напряжения нам требуется потенциометр 400 ом мощностью 1вт.

Ремонт переменного резистора своими руками

Из-за износа проводящего слоя и ослабления нажима подвижного контакта переменное сопротивление начинает плохо работать, генерируя «шумы», или совсем прийти в негодность.

Способы ремонта сопротивления в разобранном виде:

1. С помощью простого карандаша, грифель которого состоит из чистого твердого углерода – слегка отогнуть пружину подвижного контакта, несколько раз провести грифелем по проводящему слою для восстановления последнего. Это метод более эффективен для тонкопленочных сопротивлений.
2. Грифель простого карандаша растереть в пыль, смешать с литолом (или аналогичной смазкой), полученной смесью смазать дорожку, по которой движется ползунок.

Внимание! Все манипуляции с подвижным контактом делаем максимально осторожно – тонкая пластина хрупкая, если обломится, заменить невозможно.

Сопротивление в неразборном корпусе починить сложнее, но можно – просверливаем в корпусе отверстие (диаметром около 1мм), заливаем шприцом немного чистого спирта, крутим ручку. После полного испарения спирта работоспособность регулировочного элемента восстанавливается.

Для нормальной работы электрической цепи важно грамотно проанализировать условия работы всех элементов – зная характеристики, назначение, схемы подключения и условия эксплуатации, можно обеспечить надежную и долгую работоспособность регулируемых сопротивлений в бытовых приборах и электронных устройствах.

Источник