Com connectar un potenciòmetre lineal a un PLC: ratiomètric davant de 4-20 mA

Guia tècnica · GUEMISSA

El potenciòmetre com a divisor de tensió

Un transductor potenciomètric lineal té tres connexions: els dos extrems de la pista i el cursor. Entre els extrems s'hi aplica la tensió Ub; el cursor, que es mou amb la tija, dóna una tensió Us entre 0 i Ub. La relació Us/Ub és la posició relativa a la carrera. Amb 10 V i un 40 % de recorregut, el cursor lliura 4 V.

Aquest senyal és ratiomètric per naturalesa: depèn de la proporció entre Us i Ub, no del valor absolut de la resistència (LWH: tolerància ±20 %, i coeficient de temperatura de la relació tensió de sortida/aplicada de típ. 5 ppm/K). La resistència nominal importa poc per a la precisió i molt per al consum i la càrrega del cursor.

Connexió directa a una entrada de 0…10 V

Una font estable de 10 V alimenta la pista, el cursor va a lentrada analògica i la massa de la font suneix a la referència de lentrada. Cal cuidar tres punts.

• Alimentació estable. El senyal és proporcional a Ub. Alimentar la pista amb 24 V donaria fins a 24 V al cursor, per sobre del rang de l'entrada, i qualsevol fluctuació de la font passaria a la lectura. Cal una referència estable de 10 V, o una alimentació el valor de la qual també es mesuri (vegeu «Sortida ratiomètrica»). Les fitxes fixen Ub màx. a 42 VDC.
• Corrent de cursor. LWH, TLH, T/TS, LWG i TEX indiquen un corrent de cursor recomanat de ≤ 1 µA (en TEX, < 1 µA) i un corrent màxim de 10 mA en cas de fallada. El cursor ha d'anar a una entrada que quasi no prengui corrent.
• Impedància de lentrada. Amb 10 V al cursor, un corrent d'1 µA correspon a una resistència de càrrega de 10 MΩ. Molts mòduls de 0…10 V tenen impedàncies menors: comproveu el full tècnic.

Quant error fica la càrrega del cursor

Una entrada amb resistència Rin forma un divisor amb la part de pista que queda entre el cursor i la massa. L'error màxim, a meitat de carrera, és aproximadament 0,25×R/Rin, sent R la resistència total de la pista. Amb un potenciòmetre de 5 kΩ:

El LWH-0300 (300 mm, 5 kΩ) té una linealitat independent de ±0,06 %: una entrada de 100 kΩ afegiria un error vint vegades més gran, i amb 10 MΩ l'error de càrrega queda per sota de la linealitat. Són càlculs orientatius.

Sortida ratiomètrica: quan importa

«Ratiomètrica vol dir que la sortida és una fracció de la tensió d'alimentació i varia amb ella. És un avantatge si el convertidor analògic-digital fa servir aquesta mateixa tensió com a referència, perquè les variacions s'anul·len en la lectura; i un inconvenient si es mesura amb referència fixa i lalimentació es mou.

• El potenciòmetre rotatiu IPX-7900 declara sortida ratiomètrica a Ub (Ub màx. 42 V). El sensor Hall TFD-4000 dóna 0,25…4,75 V amb 5 VDC, també ratiomètrica: l'alimentació ha de ser estable.

Quan posar un condicionador per a 4…20 mA

El condicionador alimenta el potenciòmetre amb una tensió de referència interna molt estable (10 VDC a MUP-080, MUP-100/150, MUP-110/160 i MUK-350) i pren el senyal del cursor amb una etapa d'entrada d'alta resistència (> 10 MΩ als MUP-100/150, MUP MUW), de manera que el corrent de cursor queda dins d'1 µA. El MUP-410 alimenta el potenciòmetre amb 2,5 VDC/5 mA. Després genera una sortida normalitzada. Es recomana fer-lo servir quan:

• El PLC només té entrades de corrent o l'entrada de tensió no és d'alta impedància.
• El cable és llarg o passa a prop de variadors i motors: el corrent pateix menys el soroll induït i la caiguda de tensió.
• Cal detectar el trencament del cable: en 4…20 mA el zero està en 4 mA, de manera que 0 mA indica error. El MUP-410 porta la sortida a aprox. 3,2 mA si es trenca el fil del sensor.
• Fa falta aïllament galvànic (MUP-150, MUP-160, MUP-410).

La càrrega màxima de la sortida de corrent és de 500 Ω a MUP-080, MUP-100/150, MUP-110/160 i MUW (< 500 Ω / 12 V a MUP-410): entrada del PLC i cablejat no l'han de superar.

Taula comparativa de les tres solucions

Quin condicionador triar

El MUW va al propi connector del LWH o del TLH; el MUK-350 resol el mateix en camp per a qualsevol potenciòmetre; els MUP van al quadre.

Apantallat i massa

• Cable apantallat i trenat. Els condicionadors en caixa recomanen 3 fils trenats amb malla (MUK-350: 0,25 mm², Ø 4,5…6,5 mm; MUW: 3 o 4 fils, Ø 4…10 mm). El ràcord del MUK-350 té contacte d'apantallat d'acord amb EMC.
• LWH: pantalla a terra de protecció al costat del client; al sensor, acabada prop de la carcassa sense unir-la a ella ni als contactes del connector. El pin 4 només porta la pantalla si el sensor va muntat aïllat, i mai no fa de conductor de protecció (DIN EN 61010).
• TLH i T/TS: la pantalla del cable es connecta a terra; el TLH té el pin 4 per a ella.
• La massa de lalimentació del sensor i la de lentrada analògica han de ser la mateixa referència; un segon camí de massa pel xassís afegeix soroll.

Quins productes de GUEMISA encaixen

LWHpotenciomètric de tija, cursa 50…900 mm, IP55 amb connector, resistència 2…10 kΩ, cursor ≤ 1 µA.Veure fitxa tècnica →TLHpotenciomètric sense plançó, cursa 100…3000 mm, IP40 / IP54, cursor ≤ 1 µA.Veure fitxa tècnica →MUW-200 / 250condicionador per a LWH i TLH a la caixa del connector, sortida 0…10 V, 0…20 mA o 4…20 mA, IP65.Veure fitxa tècnica →MUK-350condicionador de camp, sortida 0…10 V, ±10 V, 0…20 mA o 4…20 mA, IP66.Veure fitxa tècnica →MUP-410condicionador de carril DIN amb teach-in, aïllament galvànic i sortida de 4…20 mA per defecte.Veure fitxa tècnica →MUP-080MUP-100 / 150 i MUP-110 / 160: carril DIN, sortida 0…10 V o 4…20 mA; ajustables en els dos darrers i amb aïllament a MUP-150 i MUP-160.Veure fitxa tècnica →T/TSTEX i LWG: potenciomètrics de 25…150 mm, 10…300 mm i 50…750 mm de cursa, amb cursor ≤ 1 µA.Veure fitxa tècnica →

Més opcions a la categoria potenciòmetre lineal.

Documentació i casos relacionats

• Potenciòmetres: definicions tècniques de Novotechnik (PDF, anglès)
• Sensors Novotechnik amb interfície IO-Link (PDF, anglès)
• Tota la informació tècnica de GUEMISA

Preguntes freqüents