Cómo conectar un potenciómetro lineal a un PLC: ratiométrico frente a 4-20 mA

Guide technique · GUEMISA

El potenciómetro como divisor de tensión

Un transductor potenciométrico lineal tiene tres conexiones: los dos extremos de la pista y el cursor. Entre los extremos se aplica la tensión Ub; el cursor, que se mueve con el vástago, da una tensión Us entre 0 y Ub. La relación Us / Ub es la posición relativa en la carrera. Con 10 V y un 40 % de recorrido, el cursor entrega 4 V.

Esa señal es ratiométrica por naturaleza: depende de la proporción entre Us y Ub, no del valor absoluto de la resistencia (LWH: tolerancia ±20 %, y coeficiente de temperatura de la relación tensión de salida / aplicada de típ. 5 ppm/K). La resistencia nominal importa poco para la precisión y mucho para el consumo y la carga del cursor.

Conexión directa a una entrada de 0…10 V

Una fuente estable de 10 V alimenta la pista, el cursor va a la entrada analógica y la masa de la fuente se une a la referencia de la entrada. Hay que cuidar tres puntos.

• Alimentación estable. La señal es proporcional a Ub. Alimentar la pista con 24 V daría hasta 24 V en el cursor, por encima del rango de la entrada, y cualquier fluctuación de la fuente pasaría a la lectura. Hace falta una referencia estable de 10 V, o una alimentación cuyo valor también se mida (ver «Salida ratiométrica»). Las fichas fijan Ub máx. en 42 VDC.
• Corriente de cursor. LWH, TLH, T/TS, LWG y TEX indican una corriente de cursor recomendada de ≤ 1 µA (en TEX, < 1 µA) y una corriente máxima de 10 mA en caso de fallo. El cursor debe ir a una entrada que casi no tome corriente.
• Impedancia de la entrada. Con 10 V en el cursor, una corriente de 1 µA corresponde a una resistencia de carga de 10 MΩ. Muchos módulos de 0…10 V tienen impedancias menores: compruebe la hoja técnica.

Cuánto error mete la carga del cursor

Una entrada con resistencia Rin forma un divisor con la parte de pista que queda entre el cursor y la masa. El error máximo, a mitad de carrera, es aproximadamente 0,25 × R / Rin, siendo R la resistencia total de la pista. Con un potenciómetro de 5 kΩ:

El LWH-0300 (300 mm, 5 kΩ) tiene una linealidad independiente de ±0,06 %: una entrada de 100 kΩ añadiría un error veinte veces mayor, y con 10 MΩ el error de carga queda por debajo de la linealidad. Son cálculos orientativos.

Salida ratiométrica: cuándo importa

«Ratiométrica» quiere decir que la salida es una fracción de la tensión de alimentación y varía con ella. Es una ventaja si el convertidor analógico-digital usa esa misma tensión como referencia, porque las variaciones se anulan en la lectura; y un inconveniente si se mide con referencia fija y la alimentación se mueve.

• El potenciómetro rotativo IPX-7900 declara salida ratiométrica a Ub (Ub máx. 42 V). El sensor Hall TFD-4000 da 0,25…4,75 V con 5 VDC, también ratiométrica: la alimentación debe ser estable.

Cuándo poner un acondicionador para 4…20 mA

El acondicionador alimenta el potenciómetro con una tensión de referencia interna muy estable (10 VDC en MUP-080, MUP-100/150, MUP-110/160 y MUK-350) y toma la señal del cursor con una etapa de entrada de alta resistencia (> 10 MΩ en los MUP-100/150, MUP-110/160, MUK-350 y MUW), con lo que la corriente de cursor queda dentro de 1 µA. El MUP-410 alimenta el potenciómetro con 2,5 VDC / 5 mA. Después genera una salida normalizada. Se recomienda usarlo cuando:

• El PLC solo tiene entradas de corriente o su entrada de tensión no es de alta impedancia.
• El cable es largo o pasa cerca de variadores y motores: la corriente sufre menos el ruido inducido y la caída de tensión.
• Se necesita detectar la rotura del cable: en 4…20 mA el cero está en 4 mA, de modo que 0 mA indica fallo. El MUP-410 lleva su salida a aprox. 3,2 mA si se rompe el hilo del sensor.
• Hace falta aislamiento galvánico (MUP-150, MUP-160, MUP-410).

La carga máxima de la salida de corriente es de 500 Ω en MUP-080, MUP-100/150, MUP-110/160 y MUW (< 500 Ω / 12 V en MUP-410): entrada del PLC y cableado no deben superarla.

Tabla comparativa de las tres soluciones

Qué acondicionador elegir

El MUW va en el propio conector del LWH o del TLH; el MUK-350 resuelve lo mismo en campo para cualquier potenciómetro; los MUP van al cuadro.

Apantallado y masa

• Cable apantallado y trenzado. Los acondicionadores en caja recomiendan 3 hilos trenzados con malla (MUK-350: 0,25 mm², Ø 4,5…6,5 mm; MUW: 3 o 4 hilos, Ø 4…10 mm). El racor del MUK-350 tiene contacto de apantallado conforme a EMC.
• LWH: pantalla a tierra de protección en el lado del cliente; en el sensor, terminada cerca de la carcasa sin unirla a ella ni a los contactos del conector. El pin 4 solo lleva la pantalla si el sensor va montado aislado, y nunca hace de conductor de protección (DIN EN 61010).
• TLH y T/TS: la pantalla del cable se conecta a tierra; el TLH tiene el pin 4 para ella.
• La masa de la alimentación del sensor y la de la entrada analógica deben ser la misma referencia; un segundo camino de masa por el chasis añade ruido.

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LWHpotenciométrico de vástago, carrera 50…900 mm, IP55 con conector, resistencia 2…10 kΩ, cursor ≤ 1 µA.Voir les spécifications techniques →TLHpotenciométrico sin vástago, carrera 100…3000 mm, IP40 / IP54, cursor ≤ 1 µA.Voir les spécifications techniques →MUW-200 / 250acondicionador para LWH y TLH en la caja del conector, salida 0…10 V, 0…20 mA o 4…20 mA, IP65.Voir les spécifications techniques →MUK-350acondicionador de campo, salida 0…10 V, ±10 V, 0…20 mA o 4…20 mA, IP66.Voir les spécifications techniques →MUP-410acondicionador de carril DIN con teach-in, aislamiento galvánico y salida de 4…20 mA por defecto.Voir les spécifications techniques →MUP-080MUP-100 / 150 et MUP-110 / 160: carril DIN, salida 0…10 V o 4…20 mA; ajustables en los dos últimos y con aislamiento en MUP-150 y MUP-160.Voir les spécifications techniques →T/TSTEXAS et LWG: potenciométricos de 25…150 mm, 10…300 mm y 50…750 mm de carrera, con cursor ≤ 1 µA.Voir les spécifications techniques →

Más opciones en la categoría potentiomètre linéaire.

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