Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Erklärung zu Linearität von Poti


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von Bernd (Gast)


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Hallo zusammen!

Ich informiere mich gerade über den Begriff "Linearität" im Zusammenhang 
mit Potentiometern. Die Infos im Netz haben mich ehrlich gesagt etwas 
verwirrt. Kann mir jemand sagen, welche maximale Abweichung des 
Messwertes ich bei folgender Angabe erwarten kann:

"Rotatives Potentiometer, Phasenverschiebung (340°), 5 kOhm ± 20%, 
Linearität ± 2%"

Dabei wir ein Messweg zwischen 0-100 mm gemessen.

Für mich bedeutet das:
0 mm    =  0 Ohm
100 mm  =  5000 Ohm

--> bei 20 mm Messweg = 1000 Ohm (+/- 20 Ohm)

Oder bezieht sich die Linearität auf die 5000 Ohm?

von Der Andere (Gast)


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Bernd schrieb:
> Phasenverschiebung (340°)

Scheiß auto-Übersetzung. Soll wohl 340° max. Drehwinkel bedeuten.

Bernd schrieb:
> 5 kOhm ± 20%,

Der tatsächliche Wert ist irgendwas zwischen 4 und 6 kOhm.

Bernd schrieb:
> Dabei wir ein Messweg zwischen 0-100 mm gemessen.

Sorry aber Der Widerstand hängt vom Drehwinkel ab. Auf eine Länge kommst 
du nur mit Pi und 2 mal Radius.

Bernd schrieb:
> bei 20 mm Messweg = 1000 Ohm (+/- 20 Ohm)

bei 340°/5 hast du 1000 Ohm +-20% aber die Nichtlinearität zu dem 
tatsächlichen Gesamtwert sollte nicht mehr als +-2% sein.

Sprich: Du musst einmalig kalibrieren, dann hast du ca. 2% Linearität. 
Zusätzlich aber noch Temperaturabhängigkeit und Langzeitdrift.

von Bernd (Gast)


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Der Andere schrieb:
> bei 340°/5 hast du 1000 Ohm +-20% aber die Nichtlinearität zu dem
> tatsächlichen Gesamtwert sollte nicht mehr als +-2% sein.

Wie also kann ich mir das vorstellen?

z.B.: Ich messe bei 20 mm Weg einen Wert von 800 Ohm. Diese 800 Ohm 
haben aber eine Abweichung von +- 2%... Also ist der tatsächliche Wert 
irgendwo zwischen 792 und 808 Ohm?

von Sebastian S. (amateur)


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0 mm ist nicht 0 Ohm!
Kein Potentiometer schafft 0 Ohm.
Manchmal sitzt der Schleifer auf der Isolation, so dass 0 mm = ungefähr 
Unendlich ist. Bei 5K können es schon Widerstände im 2-stelligen Bereich 
sein. Bei miesen Chinesen auch schon mal 3-stellig.

100 mm sind höchstens zufällig 5 KOhm.
Zulässig sind aber +/- 20%. D.h 4 KOhm (-20%) bis 6 KOhm (+20%).
Das auch nur, wenn Du 100-prozentig den Arbeitsbereich (0° bis XXX°) 
abdeckst.
Hast Du jetzt aber einen tatsächlichen Arbeitsbereich von 100 bis 4000 
Ohm und drehst exakt den halben Bereich so konnst Du aber nicht auf 
((4000+100)/2) 2050 Ohm sondern auf 2050 Ohm +/- 2%. Mal nachrechnen.

Oops!

: Bearbeitet durch User
von Axel S. (a-za-z0-9)


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Der Andere schrieb:
> Bernd schrieb:
>> Phasenverschiebung (340°)
>
> Scheiß auto-Übersetzung. Soll wohl 340° max. Drehwinkel bedeuten.

So sieht es aus.

>> 5 kOhm ± 20%,
>
> Der tatsächliche Wert ist irgendwas zwischen 4 und 6 kOhm.

Wobei die Toleranz für den Gesamtwiderstand zwischen den Enden der 
Schleifbahn gilt.

>> bei 20 mm Messweg = 1000 Ohm (+/- 20 Ohm)
>
> bei 340°/5 hast du 1000 Ohm +-20% aber die Nichtlinearität zu dem
> tatsächlichen Gesamtwert sollte nicht mehr als +-2% sein.

Wenn man nicht den Widerstand mißt, sondern das Teilerverhältnis des 
Potentiometers (vulgo: ratiometrisch) dann kürzt sich der 
Gesamtwiderstand raus.

Die 2% Abweichung bezihen sich auf den Zusammenhang von Drehwinkel und 
Teilwiderstand. Wenn das Poti z.B. 4K Gesamtwiderstand hat, dann sind es 
in der Mittelstellung (170°) 2K Teilwiderstand +/-2%

von Peter R. (Gast)


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Die 20% sind der Absolutwert des Poti zwischen  denbeiden äueren 
Anschlüsen, Die 2% gibt die Genauigkeit der Widergabe des Messweges 
bzw.des Messwinkels an.

Stell Dir vor, das Poti sei aus einem Draht hergestellt, an dem ein 
Schleifer die zu messende Position abgreift.

Beim Herstellen (Ziehen) des Drahte erreicht man den genauen Durchmesser 
schwer, eben in einem Toleranzbereich von 20%.
Der Durchmesser des Drahtes ist aber wesentlich leichter konstant zu 
halten, eben auf 2% genau.

Oder: die Schicht des Poti wird durch Drucken auf Keramik und 
anschließendes Einbrennen hergestellt. Dannn wird die Schichtstärke nie 
genau erreichbar sein, also 20% Toleranz für den absoluten 
Widerstandswert. Die Schichtdicke bleibt aber nahezu konstant auf der 
ganzen Potibahn, sodass zum Beispiel die Mitte des Widerstands bei der 
Hälfte des gerade vorhandenen Potiwiderstands erreicht wird.

von Dennis K. (scarfaceno1)


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Peter R. schrieb:

> Beim Herstellen (Ziehen) des Drahte erreicht man den genauen Durchmesser
> schwer, eben in einem Toleranzbereich von 20%.
> Der Durchmesser des Drahtes ist aber wesentlich leichter konstant zu
> halten, eben auf 2% genau.

Sorry, aber absolut unverständlich...

"Beim Herstellen des Drahtes erreicht man den genauen Durchmesser schwer 
..."

und dann:

"Der Durchmesser des Drahtes ist aber wesentlich leichter konstant zu 
halten..."

Was denn nun?

von Achim B. (bobdylan)


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Dennis K. schrieb:
> Was denn nun?

Ist wohl so gemeint: Der Drahthersteller möchte einen Draht mit 2mm 
Durchmesser herstellen, kann das aber nicht so gut. Deshalb könnte der 
Draht (bei 20% Toleranz) min. 1,6 oder max. 2,4mm haben, das aber 
ziemlich konstant (Abweichung +/-2%) von Anfang bis Ende.

: Bearbeitet durch User
von Bernd (Gast)


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Okay, danke für die Antworten!

Vereinfacht kann man es also so ausdrücken: Ich nutze den Poti und messe 
an einer gewünschten Stelle. Der dabei gemessene Wert hat z.B. 2000 Ohm. 
Diese 2000 Ohm stehen dann für einen Wert von 1980 - 2020 Ohm.

Messe ich 4000 Ohm, dann steht das für einen Wert von 3960 - 4040 Ohm.

Sehe ich das richtig?

von Der Andere (Gast)


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Bernd schrieb:
> Der dabei gemessene Wert hat z.B. 2000 Ohm.
> Diese 2000 Ohm stehen dann für einen Wert von 1980 - 2020 Ohm.
> Messe ich 4000 Ohm, dann steht das für einen Wert von 3960 - 4040 Ohm.

Nein. Wenn du über einen Winkel von z.B 65° eine Widerstandsänderung von 
1kOhm misst, dann sind es bei einem halb so großen Winkel 500 Ohm +-2% 
also 490 - 510 Ohm.
Oder bei einem doppelt so großen sind es dann 2kOhm +-2% also 1960 - 
2040 Ohm.

Sprich wenn du damit über eine Mechanik Längen misst und kalibrierst 
deine Messung auf z.B. 100mm, dann ist der Fehler wenn du 50mm misst 
maximal 2% also 1mm. Zumindest der Fehler des Potis.
Dazu kommen aber noch die Messfehler beim Messen des Widerstands und der 
Fehler den dein mechanischer Aufbau hat.

Wenn du es jetzt immer noch nicht gebraifst, dann solltest du es so 
versuchen uns dein konkretes Problem zu schildern.

von Der Andere (Gast)


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Der Andere schrieb:
> gebraifst

habe ich das wirklich geschrieben? Das soll natürlich "begreifst" 
heissen.
Sch... ich brauch jetzt erst mal nen Kaffee!

von Bernd (Gast)


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Okay, also bezieht sich die Linearität 2% nicht auf den 
Messbereichsendwert.
Das bedeutet also, dass ich bei einem Kalibriertem Messweg (100mm) einen 
Weg von 5mm Messe und der Fehler vom Poti dann maximal 0,1mm (2%) 
beträgt.

von Jacko (Gast)


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Wenn du mal den Zusammenhang zwischen 340° und 100 mmm
klarmachen könntest?
Wie - und mit welchen mechanischen Übertragungsfehlern -
hängen die zusammen?
Ist mechanisches "Spiel" ausgeschlossen?

Wenn es genau werden soll, gibt es Längen- und Drehwinkel-
Erfassung. - Wenn man sich da was bastelt, muss man selbst
die Toleranzen für die Wiederholbarkeit von Messungen
ermitteln.

VERSUCH es doch einfach, welche Ohmwerte bei einem Weg von
0 - 10 - ... - 50 ... 90 - 100 mm getrennt nach hin und her
herauskommen!

MEHRMALS (10 bis 100) Messreihen aufnehmen, dann:
Fehlerrechnung!

von Bernd (Gast)


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Jacko schrieb:
> Wenn du mal den Zusammenhang zwischen 340° und 100 mmm
> klarmachen könntest?
> Wie - und mit welchen mechanischen Übertragungsfehlern -
> hängen die zusammen?
> Ist mechanisches "Spiel" ausgeschlossen?

Okay, die Aufgabe ist folgende:
Ich benötige einen Elektrozylinder. Das heißt, ein 24V DC Motor treibt 
über ein Getriebe einen Hubzylinder an. Der fährt zwischen 0-100mm Hub 
auf eine Position. Um die aktuelle Position zu erfassen, hat der DC 
Motor ein rotatives Potentiometer.

Durch den Einsatz von Kugelgewindespindeln kann man beispielsweise 
Abweichungen <0,05mm erreichen, daher lassen wir das Längsspiel der 
Spindel jetzt mal außen vor.

Es gibt auch Varianten mit inkrementellen Wegsensoren (Hall). Jedoch 
habe ich aktuell einen mit Potentiometer im Auge und möchte daher 
wissen, wie exakt ich die Postion über Widerstandsmessungen ermitteln 
kann :)

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Bernd schrieb:
> DC Motor treibt über ein Getriebe einen Hubzylinder an
> ... 100mm Hub

> möchte ... wissen, wie exakt ich die Postion über
> Widerstandsmessungen ermitteln kann

Mit diesem Poti offensichtlich nicht genauer als +/-2mm.
Als in der Praxis wird es schon etwas genauer sein, nur der
Hersteller des Potis garantiert nicht mehr als besagte 2mm.

von Der Andere (Gast)


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Und warum nimmst du da nicht einen incrementellen oder auch absoluten 
Drehwinkelgeber?
Das würde deutlich genauer und du hast keine Probleme mit Kalibrierung, 
Alterung, Temperaturabhängigkeit der Widerstandsschicht, ...

von Der Andere (Gast)


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Bernd schrieb:
> Um die aktuelle Position zu erfassen, hat der DC
> Motor ein rotatives Potentiometer.

Wie funktioniert das mechanisch? Der Poti kann max. 340°, also keine 
ganze Umdrehung. Du schreibst aber von einem Getriebe und einer 
Kugelumlaufspindel, also muss der Motor doch viele Umdrehungen machen um 
auf die 100mm Vortrieb zu kommen.

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