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10-1 POTENCIÓMETROS


El potenciómetro es el transductor eléctrico más común. Los potenciómetros pueden ser usados solos, o pueden conectarse a un sensor mecánico para convertir un movimiento mecánico en una variación eléctrica. Un potenciómetro, en teoría, es bastante sencillo. Consiste en un elemento resistivo y un contacto móvil que puede posicionarse en cualquier lugar a lo largo del elemento. Este contacto móvil es llamado de varias maneras, incluyendo derivación, cursor y deslizador. Usaremos estos tres términos indistintamente.
En la figura 10-1 se muestran dos representaciones esquemáticas de un potenciómetro. En la figura 10—1(a), el elemento resistivo está dibujado de manera circular. Esta representación sugiere la construcción física de la mayoría de los potenciómetros, en los que el elemento resistivo en realidad es circular y abarca un ángulo de unos 300. La posición del cursor se ajusta entonces girando el eje al que está sujeto el cursor. El eje puede girarse a mano o por medio de un destornillador, dependiendo de si tiene en su extremo una perilla o una ranura para destornillador.


10-1 -1 Linealidad de los potenciómetros


La gran mayoría de los potenciómetros son lineales. El término lineal significa que un movimiento mecánico dado del cursor produce un cambio dado en la resistencia, sin importar la posición del cursor en la extensión del elemento. En otras palabras, la resistencia del elemento está distribuida de manera igual por la longitud del elemento. El grado preciso de linealidad de un potenciómetro es muy importante en algunas aplicaciones. Los fabricantes por tanto especifican un porcentaje de linealidad en los potenciómetros que fabrican.


En la figura 10—2(a) se muestra una gráfica de resistencia contra ángulo del eje para un potenciómetro perfectamente lineal. Puede pensarse en la resistencia graficada en el eje vertical como la resistencia entre la Terminal del cursor y una de sus terminales, en la figura 10—1. El ángulo del eje trazado en el eje horizontal es el ángulo a través del que se ha girado el eje, siendo 0° la posición en la que el cursor está en contacto directo con la terminal. Como se puede ver, un potenciómetro perfectamente lineal presenta una cantidad dada de cambio de resistencia para un número dado de grados de rotación del eje, sin importar dónde se encuentra el eje. Esto es, un movimiento del eje de 0° a 60° produce un cambio de resistencia de exactamente 20% de la resistencia total. De la misma manera, un movimiento del eje de 180° a 240°, una rotación de 60°, produce un cambio de resistencia del 60% al 80% de la resistencia total, también un cambio exacto de 20%.
Por supuesto, es imposible fabricar potenciómetros con una linealidad perfecta. El estado verdadero del asunto se muestra en la figura 10—2(b), en la que la resistencia se desvía de la línea recta ideal. El punto de peor desviación de la línea recta ideal determina el porcentaje de linealidad del potenciómetro. Por ejemplo, en la gráfica de la figura 10—2(b), en su peor punto, la resistencia real se desvía de la línea recta ideal en l0. Esto significa que la resistencia real difiere de la resistencia esperada por una cantidad que es el 10% de la resistencia total. La linealidad de este potenciómetro, por tanto, es de 10%.
Al especificar un fabricante una linealidad de 10% para un potenciómetro, se garantiza que la resistencia se desviará de la resistencia de línea recta en no más de 10% de la resistencia total. Por tanto, un potenciómetro de 500 ohms con una linealidad de 10% tendrá una gráfica de resistencia  contra ángulo del eje en la que la resistencia real se desvía de la línea recta ideal en no más de 50 ohms
Mientras una linealidad de l0 % podria ser la adecuada para muchas aplicaciones industriales de potenciómetro, con casi completa seguridad no sería adecuada para una aplicación de medición. Generalmente, los potenciómetros usados como transductores tienen linealidades de menos de 1 %, y a veces tan bajas como 0.1%. Para un potenciómetro de 500 ohms con una linealidad de 0.1%, la resistencia real se desviará de la resistencia de línea recta esperada en no más de 0.5 ohms.


10-1-2 Resolución de los potenciómetros


Muchos potenciómetros son de la variedad bobinada. En un potenciómetro bobinado, una pieza de alambre delgado está enrollada muchas veces alrededor de un núcleo aislante. El cursor entonces se mueve de una vuelta de alambre a la siguientem, a medida que se ajusta el potenciómetro.

El resultado es que la resistencia del cursor no varía de una manera perfectamente lineal, sino que varía a pasos. Este fenómeno se muestra, de manera muy exagerada, en la figura 10—2(c).
El punto importante es que hay un límite al cambio mínimo de resistencia posible. El cambio mínimo en resistencia posible es igual a la resistencia de una vuelta del alambre. Por ejemplo, un potenciómetro bobinado de 500 ohms que tenga 200 vueltas tendrá uina resistencia por vuelta de  500 /200 — 2.5ohms. El ajuste mínimo posible del potenciómetro moverá el cursor de una vuelta
a la vuelta siguiente, por lo que el cambio mínimo de resistencia posible será de 2.5 ohms. Este cambio mínimo posible de la resistencia determina la resolución del potenciómetro.
Puede considerarse la resolución de un potenciómetro como la variación de resistencia mínima posible, expresada como un porcentaje de la resistencia total. Para el potenciómetro descrito en el párrafo anterior, la resolución será de 2.5 /500=0.5%.
Como regla general, los potenciómetros que tienen una buena resolución inherente tienen una mala linealidad. y viceversa. Por supuesto, tomando grandes cuidados en el proceso de manufactura, es posible hacer potenciómetros que tengan tanto buena resolución como buena linealidad. Los potenciómetros usados para propósitos de medición generalmente son de este tipo. Tienen buena resolución, buena linealidad y buenas características ambientales (la temperatura y la humedad no los afectan). Son algo caros, costando hasta 20 veces más de lo que costaría un potenciómetro de control sencillo.
Con frecuencia, se instala un potenciómetro en un circuito con un voltaje aplicado entre sus terminales finales,. La rotación del eje causa entonces una variación de voltaje entre las terminales, en lugar de solamente una variación de resistencia entre las terminales. Si la posición del eje representa el valor de una ‘variable medida, el potenciómetro establece una correspondencia entre la variable medida y Vsalida

 
Otra conexión común de los potenciómetros se muestra en la figura 10—3(b). Los resistores R1 y R2, son iguales. y el aparato de medición está dispuesto para que el cursor del potenciómetro esté centrado exactamente para un valor neutro o de referencia de la variable medida. Este es un circuito en puente. Si el puente es excitado por una fuente de voltaje de cd, la magnitud de Vsalida  corresponde a la cantidad en la que difiere la variable medida de su valor de referencia, y la polaridad de Vsalida  corresponde a la dirección de la diferencia, mayor o menor que el valor de referencia. Si el puente es excitado por una fuente de ca, la magnitud de Vsalida corresponde a la cantidad de desviación del valor de referencia, polaridad de Vsalida corresponde a la dirección de la devsiación. Si el valor medido es mayor que el valor de referencia, el cursor del potenciómetro se mueve hacia arriba, según se aprecia en la figura 10—3(b). Entonces Vsalida estará en fase con la fuente de ca. Si el valor medido es menor que el valor de referencia, el cursor del potenciómetro se mueve hacia abajo en la figura 1 0—3(b) y Vsalida  estará 180 fuera de fase con la fuente de ca.
Otro arreglo común de un potenciómetro en un circuito puente es el mostrado en la figura 10—3(c). Recuerde que el concepto básico de los circuitos puente es que el puente estará balanceado cuando la razón de resistencias a la izquierda sea igual a la razón de resistencias a la derecha. En otras palabras. Vid =O si
R1/R2=R3/R4

 
Un puente de este tipo puede usarse en cualquiera de estas dos maneras:
1. La variable medida puede usarse para posicionar el eje del potenciómetro, y en tal caso el voltaje de salida ( Vsalida) del puente representa el valor de la variable medida.
2. La variable medida puede usarse para hacer que uno de los resistores, digamos R4. varíe. R4 puede ser un potenciómetro, o puede ser un resistor que varíe en respuesta a un estímulo, como temperatura. R3 entonces se ajusta de manera manual o automática hasta que Vsalida  sea igual a cero, significando que el puente está balanceado. La posición del eje del potenciómetro R3, representa entonces el valor de la variable. El eje puede conectarse a algún dispositivo indicador para leer el valor de la variable medida.

 

 

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