05potenciometricos

Medida de magnitudes mecánicas

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Introducción
Sensores potenciométricos
Galgas extensiométricas
Sensores piezoeléctricos
Sensores capacitivos
Sensores inductivos
Sensores basados en efecto Hall
Sensores optoelectrónicos
Sensores de ultrasonidos

5.1 Introducción
Posición

Inductivos, Resistivos, Magnéticos, Efecto Hall

Velocidad

Efecto Hall, Encoder, PotenciómetrosAceleración

Piezoeléctricos, Piezorresistivos, Capacitivos

Fuerza, Peso

Celdas de carga, Galgas

Presión

Inductivo, Capacitivo, Piezoeléctrico, Galga, Óptico

Caudal

Electromecánicos, Magnéticos, Ultrasonidos

Nivel

Potenciómetros, Capacitivos, Térmicos, Ópticos

3

5.2 Sensores potenciométricos

Vcc

R

R(1-x)
Cursor
R·x

Aplicaciones
• Medida de desplazamientos
• Medida de presión
• Medida denivel

Problemas
• Mecánicos
• Rozamiento
• Autocalentamiento
• Inercia
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Un potenciómetro es un dispositivo electromecánico que consta de una
resistencia de valor fijo sobre la que se desplaza un contacto deslizante, el
cursor, que la divide eléctricamente.
El movimiento del cursor origina un cambio en la resistencia medida entre el
terminal central y uno cualquiera de los extremos. Este cambio deresistencia
puede utilizarse para medir desplazamientos lineales o angulares de una pieza
acoplada al cursor. Para la obtención de una señal eléctrica relacionada con el
desplazamiento se alimenta en general, con una tensión continua, adoptando la
configuración de un simple divisor de tensión.
Además de para la medida de desplazamientos, los potenciómetros pueden
utilizarse para medir otrasmagnitudes físicas siempre que sea posible
convertirlas en un desplazamiento.
A pesar de que estos sistemas fueron los primeros que se emplearon en la
instrumentación industrial, hoy en día la aplicación del potenciómetro como
sensor de desplazamiento ha caído en desuso debido a diversos problemas:
mecánicos (anclajes, rodamientos, guías), rozamiento (acorta la vida),
autocalentamiento (la resistenciavaría con la temperatura), vibraciones (puede
provocar la pérdida de contacto del cursor sobre la resistencia).

Circuito equivalente

vi

Thévenin

R(1-x)
a

Rx

RL

Ro=xR(1-x)

a

RL

xvi
b

b

Ro/R [%]
30
20
10
0

0,5

1

x
5

Consideremos el circuito de la figura formado por un potenciómetro lineal de
resistencia nominal R y de longitud de desplazamiento máximo, L. Sea l el
desplazamiento actualmedido desde un punto tomado como referencia y sea
x=l/L la fracción del desplazamiento recorrido. Como el potenciómetro es lineal, a
una fracción de recorrido x, le corresponde una fracción equivalente de la
resistencia nominal R.
El comportamiento del potenciómetro como elemento de un circuito depende
de su impedancia de salida, Ro. La figura de la derecha muestra el circuito
equivalenteThevenin visto entre el cursor y el extremo de referencia. La
impedancia de salida cambia en función de la fracción de desplazamiento x,
llegando a ser hasta un 25% del valor nominal del potenciómetro, justo a la mitad
del recorrido. En el resto de posiciones, excepto en los extremos, el efecto de la
impedancia de salida va a influir sobre la tensión leída, es decir, va a introducir
un error respecto ala respuesta ideal.

El potenciómetro en carga
vo = vix

Rx(1-x)
xvi

RL

vo

RL
Rx(1- x) + RL

vo
x
=
x(1- x)
vi
+1
k

k = RL/R

vo/vi [%]
100

El error de no linealidad
es menor para RL grandes

50

k=10

k=1
k=0,1

0

0,5

1

x

6

Analizando el circuito del potenciómetro con carga de la figura se obtiene la
relación entre la tensión de salida y el desplazamiento. Esta relación se harepresentado gráficamente. Vemos como al conectar una carga al potenciómetro
se introduce en el sistema un error de no linealidad. La magnitud de esta no
linealidad depende de k, que es la relación entre la resistencia de carga y la
nominal del potenciómetro. Si RL es considerablemente mayor que R, es decir,
para un k suficientemente grande, la salida es prácticamente lineal como se
muestra en la figura...