Der potentiometrische Sensor ist die klassische Umsetzung eines Spannungsteilers. Die Spannungsteilung erfolgt über einen Schleifkontakt, der über einer Widerstandsbahn geführt wird. Beim reinen Spannungsteiler wird die Spannung üblicherweise anhand zweier Widerstände geteilt. Hier das elektrische Schaltbild des unbelasteten Spannungsteilers:

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Die obigen Spannungen U1 und U2 können mit einer Messeinrichtung (Voltmeter) gemessen werden. Die obigen Formeln stimmen nur im Fall, wenn der Eingangswiderstand der Messeinrichtung gleich unendlich ist und keinen Strom über den Abgriff abfliesst. Da der Innenwiderstand RM einer Messeinrichtung in der Realität höchstens einige Giga-Ohm beträgt, fliesst bei der Spannungsmessung ein kleiner Strom über den Abgriff. Demzufolge muss das Ersatzschaltbild des belasteten Spannungsteilers angewendet werden.

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Potentiometrische Sensoren gibt es in zwei Bauformen. Mit dem Drehpotentiometer können Winkelstellungen gemessen werden. Mit einem linearen Potentiometer wird die lineare Position eines Objektes erfasst.

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Bildquelle: www.celesco.de

Schaltungsarten

Beim potentiometrischen Sensor muss darauf geachtet werden, dass die Messeinrichtung einen möglichst hohen Eingangswiderstand aufweist. Zu empfehlen ist der Einsatz von Operationsverstärkern mit FET (Feld-Effekt-Transistor)-Eingangsstufe. Am genauesten erfolgt der Einsatz eines potentiometrischen Sensors nach einer Charakterisierung im eingebauten Zustand. Das heisst, die Charakterisierung soll mit der gleichen Messeinheit (inkl. Kabellängen, Anschlüsse, etc) wie bei der tatsächlichen Anwendung erfolgen.

Messbereich [°] oder [mm]:
Gibt an wie gross der elektrische Messweg oder Messwinkel ist. Typischerweise 0 bis 345° oder 0 bis 2000mm.

Nennwiderstand [Ohm]:
Steht für den Widerstandswert (gemessen über die Hauptklemmen). Typischerweise 0,1 bis 100 kOhm.

Temperaturabhängigkeit [ppm/K]:
Steht für die Temperaturabhängigkeit des Widerstandsmaterials. Bei einem Kelvin Unterschied driftet der Widerstandswert um einen Millionstel-Teil ab. Da bei der Auswertung des Sensors die Spannung und nicht der Widerstand gemessen wird, hebt sich diese Temperaturabhängigkeit auf.

Auflösung [mm]:
Theoretisch unendlich. Praktisch wird sie durch die Auswerteelektronik oder durch Rauschen begrenzt.

Linearität [%]:
Steht für die Inhomogenität des Widerstandsmaterials an. Berechnet sich aus dem Verhältnis des Toleranzschlauchs zum Messbereichsendwert. Typische Werte dafür sind 0.05% bis 0.2%.

Lebensdauer [Zyklen]:
Da die Erfassung des Widerstanden über einen Schleifkontakt erfolgt, entsteht eine Abnutzung. Die Lebensdauer beträgt typischer weise mehrere Millionen Zyklen.

Max Belastbarkeit [W]:
Steht für die maximale elektrische Belastbarkeit.

Max Schleiferstrom [mA]:
Da es sich beim Schleifkontakt um sehr feine Bürsten handelt darf wenn überhaupt, nur ein sehr kleiner Strom fliessen. Dieser beträgt in der Regel 1mA.

Betätigungskraft oder Betätigungsmoment [N] oder [Nm]:
Der Schleifkontakt erzeugt einen Reibwiderstand. Dieser beträgt bei linearen Potentiometern weniger als 1N.

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