Comment connecter un potentiomètre linéaire à un automate programmable : rapport métrique ou 4-20 mA

Guide technique · GUEMISA

Le potentiomètre comme diviseur de tension

Un transducteur potentiométrique linéaire possède trois connexions : les deux extrémités de la piste et le curseur. La tension Ub est appliquée entre ces extrémités ; le curseur, qui se déplace avec la tige, délivre une tension Us comprise entre 0 et Ub. Le rapport Us/Ub représente la position relative le long de la piste. Avec une tension de 10 V et un déplacement de 40 % de la piste, le curseur délivre une tension de 4 V.

Ce signal est de nature ratiométrique : il dépend du rapport entre Us et Ub, et non de la valeur absolue de la résistance (LWH : tolérance ±20 %, coefficient de température du rapport tension de sortie/tension appliquée typiquement de 5 ppm/K). La résistance nominale influe peu sur la précision, mais fortement sur la consommation de courant et la charge du curseur.

Connexion directe à une entrée 0…10 V

Une alimentation stable de 10 V alimente la piste, le curseur est connecté à l'entrée analogique et la masse de l'alimentation est reliée à la référence d'entrée. Trois points sont à prendre en compte.

• Alimentation stable. Le signal est proportionnel à Ub. Une alimentation de 24 V sur la piste entraînerait une tension de 24 V au niveau du curseur, dépassant la plage d'entrée, et toute fluctuation de l'alimentation serait répercutée sur la mesure. Une référence stable de 10 V est requise, ou une alimentation dont la valeur est également mesurable (voir « Sortie ratiométrique »). Les connecteurs limitent la tension maximale de Ub à 42 V CC.
• Courant du curseur. LWH, TLH, T/TS, LWG et TEX indiquent un courant de curseur recommandé de ≤ 1 µA (en TEX, < 1 µA) et un courant maximal de 10 mA en cas de défaillance. Le curseur doit se positionner sur une entrée consommant un courant quasi nul.
• Impédance d'entrée. Avec une tension de 10 V au niveau du curseur, un courant de 1 µA correspond à une résistance de charge de 10 MΩ. De nombreux modules 0-10 V présentent des impédances inférieures : consultez la fiche technique.

Quelle est la marge d'erreur introduite par le chargement du curseur ?

Une entrée avec une résistance Rin forme un diviseur avec la portion de piste située entre le curseur et la masse. L'erreur maximale, à mi-course, est d'environ 0,25 × R / Rin, où R est la résistance totale de la piste. Avec un potentiomètre de 5 kΩ :

Le LWH-0300 (300 mm, 5 kΩ) présente une linéarité indépendante de ±0,06 % : une impédance d’entrée de 100 kΩ engendrerait une erreur vingt fois supérieure, tandis qu’avec une impédance de 10 MΩ, l’erreur de charge reste inférieure à la limite de linéarité. Ces calculs sont donnés à titre indicatif.

Production rationnelle : quand cela compte

« Ratiométrique » signifie que la tension de sortie est une fraction de la tension d'alimentation et varie en fonction de celle-ci. C'est un avantage si le convertisseur analogique-numérique utilise cette même tension comme référence, car les variations s'annulent mutuellement lors de la mesure ; et un inconvénient si la mesure est effectuée avec une référence fixe et que la tension d'alimentation fluctue.

• Le potentiomètre rotatif IPX-7900 fournit une sortie ratiométrique à Ub (Ub max. 42 V). Le capteur à effet Hall TFD-4000 délivre une tension de 0,25 à 4,75 V sous 5 V CC, également ratiométrique : l’alimentation doit être stable.

Quand utiliser un conditionneur pour 4…20 mA

Le conditionneur alimente le potentiomètre avec une tension de référence interne très stable (10 V CC pour les modèles MUP-080, MUP-100/150, MUP-110/160 et MUK-350) et reçoit le signal du curseur via un étage d'entrée à haute résistance (> 10 MΩ pour les modèles MUP-100/150, MUP-110/160, MUK-350 et MUW), maintenant ainsi le courant du curseur à moins de 1 µA. Le MUP-410 alimente le potentiomètre en 2,5 V CC / 5 mA et génère ensuite un signal de sortie normalisé. Utilisation recommandée lorsque :

• L'automate programmable ne possède que des entrées de courant ou son entrée de tension n'est pas à haute impédance.
• Le câble est long ou passe à proximité des variateurs et des moteurs : le courant subit moins de perturbations induites et de chutes de tension.
• La détection de rupture de câble est nécessaire : dans la plage 4…20 mA, le zéro correspond à 4 mA, donc 0 mA indique un défaut. Le MUP-410 délivre environ 3,2 mA en cas de rupture du fil du capteur.
• L'isolation galvanique est requise (MUP-150, MUP-160, MUP-410).

La charge maximale de la sortie de courant est de 500 Ω dans les MUP-080, MUP-100/150, MUP-110/160 et MUW (< 500 Ω / 12 V sur MUP-410) : l'entrée et le câblage du PLC ne doivent pas dépasser cette valeur.

Tableau comparatif des trois solutions

Quel après-shampoing choisir ?

Le MUW s'insère directement dans le connecteur LWH ou TLH ; le MUK-350 résout le même problème sur le terrain pour n'importe quel potentiomètre ; les MUP s'insèrent dans le panneau.

Protégé et masse

• Câble blindé et tressé. Les conditionneurs de boîtier recommandent un câble à 3 conducteurs tressés avec blindage (MUK-350 : 0,25 mm², Ø 4,5…6,5 mm ; MUW : 3 ou 4 conducteurs, Ø 4…10 mm). Le connecteur MUK-350 est doté d’un contact blindé conforme aux normes CEM.
• LWH : Blindage de mise à la terre de protection côté client ; sur le capteur, il est terminé près du boîtier sans être connecté à celui-ci ni aux contacts du connecteur. La broche 4 ne porte le blindage que si le capteur est monté isolément et ne sert jamais de conducteur de protection (DIN EN 61010).
• TLH et T/TS : Le blindage du câble est mis à la terre ; le TLH possède la broche 4 pour cela.
• La masse de l'alimentation du capteur et la masse de l'entrée analogique doivent être la même référence ; un deuxième chemin de masse à travers le châssis ajoute du bruit.

Quels produits GUEMISA sont les plus adaptés ?

LWHPotentiomètre à tige, course 50…900 mm, IP55 avec connecteur, résistance 2…10 kΩ, curseur ≤ 1 µA.Voir les spécifications techniques →TLHPotentiomètre sans tige, course 100…3000 mm, IP40 / IP54, curseur ≤ 1 µA.Voir les spécifications techniques →MUW-200 / 250Conditionneur pour LWH et TLH dans le boîtier de connexion, sortie 0…10 V, 0…20 mA ou 4…20 mA, IP65.Voir les spécifications techniques →MUK-350conditionneur de champ, sortie 0…10 V, ±10 V, 0…20 mA ou 4…20 mA, IP66.Voir les spécifications techniques →MUP-410Conditionneur sur rail DIN avec apprentissage, isolation galvanique et sortie par défaut 4…20 mA.Voir les spécifications techniques →MUP-080MUP-100 / 150 et MUP-110 / 160: Rail DIN, sortie 0…10 V ou 4…20 mA ; réglable dans les deux derniers et avec isolation dans les MUP-150 et MUP-160.Voir les spécifications techniques →T/TSTEXAS et LWG: potentiomètres avec course de 25…150 mm, 10…300 mm et 50…750 mm, avec curseur ≤ 1 µA.Voir les spécifications techniques →

Plus d'options dans la catégorie potentiomètre linéaire.

Documentation et cas connexes

• Potentiomètres : Définitions techniques de Novotechnik (PDF, anglais)
• Capteurs Novotechnik avec interface IO-Link (PDF, anglais)
• Toutes les informations techniques concernant GUEMISA

Foire aux questions