มีโพเทนชิโอมิเตอร์แบบ 'ปัดน้ำฝน' หรือไม่?

โพเทนชิโอมิเตอร์มีชื่อเสียงในการสวมใส่ (อย่างน้อยในประสบการณ์ของฉัน); ที่ปัดน้ำฝนเล็ก ๆ น้อย ๆ ในที่สุดก็เพียงแค่สวมใส่การติดต่อและ nolonger มีการเชื่อมต่อไฟฟ้าที่มั่นคง สำหรับอุปกรณ์เสียงสิ่งนี้สามารถประจักษ์เป็นเสียงแตกเมื่อเปลี่ยนระดับเสียง การสึกหรอไม่จำเป็นเสมอไปและอาจมีตำแหน่งที่มีการสัมผัสแย่กว่าคนอื่น ฉันสังเกตเห็นว่ามันแย่กว่าปกติแล้วใกล้ระดับสูงสุด (เต็มเสียง; ความสว่างเต็มที่ ฯลฯ ) แต่การกระจายการสึกหรออาจเป็นผลมาจากการใช้งานอุปกรณ์เป็นส่วนใหญ่
    การมีส่วนประกอบที่มีความเสียดทานเช่นนี้เป็นความคิดที่แย่มากสำหรับฉัน (และเห็นได้ชัดว่าเป็น) และฉันมักจะสงสัยว่ามีการออกแบบที่มีวางจำหน่ายทั่วไปที่ไม่มีการเลื่อนแบบสัมผัส (ยกเว้นโพเทนชิโอมิเตอร์แบบดิจิตอล [1]) หรือไม่ ประหยัดอีกครั้ง ฉันจินตนาการว่าการออกแบบที่ปัดน้ำฝนแบบใดแบบหนึ่งจะขึ้นอยู่กับลูกปืนหรือเกียร์แบบ epicyclic โดยมีอย่างน้อยหนึ่งลูกหรือเฟืองดาวเคราะห์นำไฟฟ้าส่วนที่เหลือเป็นฉนวนและแทร็คที่หมุนหรือวงแหวนหรือดาว / ซันเกียร์มีองค์ประกอบต้านทานการไล่ระดับสี แต่ตอนนี้มีอะไรแบบนี้บ้างไหม?

หมายเหตุ 1: มันควรทำตัวคล้ายกับโพเทนชิออมิเตอร์แบบธรรมดา โพเทนชิโอมิเตอร์แบบดิจิตัลต้องการแหล่งจ่ายไฟและดึงพลังงานดังนั้นอย่างที่ฉันเข้าใจไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแทน (โพเทนชิโอมิเตอร์แบบดิจิตอลแบบ 3 พินต้องการให้พินจบสองครั้งเป็นแหล่งจ่ายไฟ ) ฉันสนใจเป็นพิเศษในการรู้ว่าส่วนประกอบเช่นโพเทนชิโอมิเตอร์แบบไวเปอร์ไร้ซึ่งมีอยู่ซึ่งในรูปแบบที่ง่ายที่สุดของพวกเขามี 3 พินซึ่งผลรวมของความต้านทานระหว่างหมุด 1 และ 2 และระหว่างหมุด 2 และ 3 ตั้งใจให้คงที่หรือไม่ พินตัวต้านทานตัวแปรไม่ได้เป็นโพเทนชิออมิเตอร์)

ทำอย่างไรจึงจะได้ประโยชน์สูงสุดจากโพเทนชิออมิเตอร์?

ในการออกแบบที่มีความแม่นยำและมีสัญญาณรบกวนต่ำมันเป็นความคิดที่ดีที่จะเริ่มต้นด้วยการส่งสัญญาณผ่านแผงด้านหน้า ดังนั้นอย่างน้อยที่สุดองค์ประกอบควบคุมควรสร้างสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่ควบคุมแอมป์ / ตัวลดทอนสัญญาณที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้า ด้วยแหล่งกำเนิดโพเทนชิโอเมตริกคุณสามารถบัฟเฟอร์และกรองสัญญาณต่ำผ่านตัวกรองได้

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ที่นี่การอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าฟีดมิเตอร์ ตัวแปรความต้านทานของที่ปัดน้ำฝนเป็นแบบจำลองโดย Rw ซึ่งอาจแตกต่างกันไป 9 คำสั่งของขนาด แต่ส่วนใหญ่ "ต่ำ" และตามคำสั่งของโอห์ม R2 ทำให้เวลาคงที่สูงกว่า 50ms ตั้งแต่ R2 >> R1 อิทธิพลของ R1 นั้นมีน้อย C2 จะสร้างตัวกรองความถี่ต่ำผ่าน R1 + R2 แต่ก็ทำหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุไว้ด้วย U2 เป็น op-amp ที่ติดตั้งในโหมดไม่กลับด้านดังนั้นอินพุตมีความต้านทานสูงมาก เอาต์พุตของ U2 ไปที่แอมป์ควบคุมแรงดันไฟฟ้า

C2 ควรเป็นชนิดที่มีการรั่วน้อยของ NP0 หรือพลาสติกอิเล็กทริกและ U2 ควรมีเฟสอินพุต FET หรือ CMOS ดังนั้นอย่าใช้ 741 สำหรับ U2 ด้วยความคาดหวังว่ามันจะทำงานได้อย่างยอดเยี่ยมแม้ว่ามันจะยังทำงานได้ดีกว่าโพเทนชิโอมิเตอร์แบบเปลือย

หากสายจาก R1 ไปยังวงจรนั้นมีความยาวคุณอาจต้องใช้แผ่นป้องกันการบูต การทดลองบางอย่างเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อสร้างความมั่นใจในความเสถียรของวงจรในขณะที่ความจุแบบ shield-to-signal จะเพิ่มความคิดเห็นเชิงบวกต่อระบบ

นั่นทำให้วงจรที่มีประสิทธิภาพดีกว่าการใช้ potentiometer กับสัญญาณโดยตรง แม้จะมีค่าคงที่เวลาสั้นเพียง 50ms อย่างเป็นธรรมคุณสามารถกำจัดเสียงแตกแม้ในโพเทนชิโอมิเตอร์ที่สกปรกที่สุด คุณสามารถแลกเปลี่ยนเวลาตอบสนองเพื่อลดการแตกร้าว

การกำหนดเส้นทางเสียงไปที่แผงด้านหน้ามักเป็นฝันร้ายของ EMI และมักไม่ถูกเลยที่จะทำอย่างถูกต้อง

เกนที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้า

สามารถเพิ่มองค์ประกอบเกนที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบ bang-for-the-buck ได้โดยใช้ photoresistor ที่มีไฟ LED ส่องสว่าง ถ้าคุณเลือกโฟโตอิเล็กตริกเตอร์สามารถมีค่าสัมประสิทธิ์แรงดันไฟฟ้าต่ำมากและมีความเพี้ยนต่ำมากซึ่งจะทำให้วงจรตัวทวีคูณที่ง่ายที่สุดโดยเรียงตามลำดับความสำคัญหรือมากกว่า พวกเขามีอยู่เป็นหน่วยที่ตนเองมีหรือที่เรียกว่า Vactrols จากEXCELITAS พวกเขาจำเป็นต้องใช้ความระมัดระวังเนื่องจากคุณไม่ต้องการให้เกินกว่า 100mV ใน photoresistor แต่อย่างอื่นพวกมันเป็นอุปกรณ์ที่ทรงพลังอย่างน่าอัศจรรย์ราคาประมาณ 5 เหรียญต่อตัว

มีแอมพลิฟายเออร์ที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าในตัวที่ดีเช่นซื้อครั้งสุดท้าย (เศร้า) SSM2018 หรือใหม่กว่า AD8338, That2181 เป็นต้น

วิธีการเกี่ยวกับการติดต่อกลิ้ง?

หากคุณยังมีเม้าส์กลให้เปิดขึ้น พาลูกบอลออกมาและดูลูกกลิ้ง พวกเขาจะถูกปกคลุมไปด้วยรอยเปื้อนอย่างหนัก การติดต่อแบบหมุนไม่ได้ทั้งหมดขึ้นอยู่กับว่าคุณไม่สามารถควบคุมสภาพแวดล้อมได้ค่อนข้างดี รายชื่อที่เลื่อนได้มีคุณสมบัติทำความสะอาดตัวเอง กลิ้งรายชื่อในมิเตอร์ที่จะมีพฤติกรรมตรงข้ามว่า - พวกเขาต้องการจะการทำให้สกปรกด้วยตนเอง นั่นเป็นความคิดที่แย่มาก

ในทางกลไกแล้วมีอีกแง่มุมหนึ่งที่คุณลืม: การสัมผัสแบบหมุนเป็นเรื่องที่ยอดเยี่ยมที่จะเน้นเรื่องความเครียดและต้องใช้พื้นผิวที่แข็งพอสมควรเพื่อป้องกันการสึกหรอ มันค่อนข้างยากที่จะสร้างเซ็นเซอร์ตัวต้านทานแบบใช้พลังงานต่ำที่พื้นผิวต้องการเชื่อมต่อกับลูกโลหะ / ลูกกลิ้งในขณะที่มีอายุขัยที่เป็นประโยชน์

หากคุณไม่สนใจเกี่ยวกับพลังของวงจรจริงๆคุณต้องเสียค่าธรรมเนียมในการสร้างตัวต้านทานตัวต้านทานรูปตัว C จากเหล็กกล้าชุบแข็ง ป้อนแอมป์สองสามตัวเป็นพัลส์ใช้วงจรตัวอย่างและค้างไว้เพื่อรับแอมพลิจูดพัลส์และคุณตั้งค่าไว้ มันจะทำงานได้ตราบใดที่คุณติดตั้งในที่กันฝุ่น โปรดทราบว่าการป้องกันฝุ่นมักจะยากกว่าการกันน้ำ (!)

TL; DR: ผู้ติดต่อแบบหมุนอาจเป็นสิ่งที่แย่ที่สุดที่คุณเคยต้องการจากที่ปัดโพเทนชิออมิเตอร์

แล้วมีทางเลือกอื่นอะไรอีกบ้าง?

คุณสามารถรับสัญญาณจากแหล่งอื่น ๆ พวกมันทำงานโดยแปลงมุมเพลาเป็นแรงดันโดยใช้เทคนิคที่หลากหลาย ฉันนำเสนอพวกเขาในลำดับที่ไม่มี

โพเทนชิโอมิเตอร์แบบไม่ต้องสัมผัส

สมมติว่าคุณเริ่มต้นด้วยแทร็กโทมิเตอร์ความต้านทานพื้นฐานรูปตัว C เลือกชิ้นใหญ่เพื่อให้ง่ายต่อการทำงาน เปิดมันขึ้นมา โค้งงอที่ปัดน้ำฝนเพื่อให้มันยกขึ้นจากแทร็ก ป้อนแทร็กด้วยสัญญาณ AC กล่าวคือคลื่นสี่เหลี่ยม 1MHz โดยที่อีกด้านหนึ่งของแทร็กที่ 0V ที่ปัดน้ำฝนนั้นสามารถจับคู่กับแทร็กได้และจะรับสัญญาณที่แอมพลิจูดนั้นเป็นสัดส่วนกับตำแหน่งในแทร็ก คุณจะต้องปรับแต่งมันเพื่อกำจัดความสามารถในกาฝากที่เลวร้ายที่สุด แต่จะได้ผล คุณสามารถใช้ผู้ติดตาม FET หรือ op-amp เพื่อลดความต้านทานของสัญญาณของที่ปัดน้ำฝนจากนั้นใช้ demodulator แบบซิงโครนัสเพื่อแปลงแอมพลิจูดกลับไปที่เบสแบนด์ มันอาจฟังดูแฟนซี แต่สำหรับเซ็นเซอร์แบบง่าย ๆ คุณสามารถทำได้ด้วยสองสามดอลลาร์ต่อชิ้นส่วน

หม้อแปลงไฟฟ้า

แหล่งที่แม่นยำมากและอาจเป็นแหล่ง over-the-top จะเป็น RVDT (ลูกพี่ลูกน้องโรตารีของ LVDT) สำหรับโครงการ "โต๊ะเครื่องแป้ง" แบบครั้งเดียวมันจะเป็นทางเลือกที่ดี - สิ่งเหล่านี้ทำลายไม่ได้จริงและด้วยโชคคุณสามารถทำให้พวกเขาถูกมากเกินไป สำหรับการควบคุมระดับเสียงคุณสามารถสร้างครีมบำรุงผมแบบ RVDT ได้ง่ายมาก (วงจรนั้นเหมือนกับ LVDT)

ตัวเก็บประจุแบบแปรผัน

ตัวเลือกโต๊ะเครื่องแป้งอีกตัวจะเป็นตัวเก็บประจุแบบหมุนหนักและเก่า ตลับลูกปืนที่ดีกว่าจะมีตลับลูกปืนคู่ คล้ายกับ RVDT พวกเขาไม่มีส่วนที่สัมผัสอื่น ๆ ให้สึกหรอ ใส่คาปาซิเตอร์ในวงจรมัลติวิเคเตอร์เชื่อมต่อกับวงจรตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นความถี่ (โน้ตแอพ LT มีจำนวนมาก) และคุณตั้งค่าไว้

เซนเซอร์แม่เหล็ก

ตัวเลือกต้นทุนที่ต่ำกว่ามากจะเป็นเซ็นเซอร์ Hall สมมติว่าคุณมีแม่เหล็กอยู่ในแนวรัศมีบนเพลาและตัวแปลงสัญญาณ Hall จะอยู่ข้างๆ เมื่อคุณหมุนเพลาฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านเซ็นเซอร์ที่วางไว้อย่างเหมาะสมจะแตกต่างกันไป นี่เป็นแหล่งที่ดีของแรงดันไฟฟ้าควบคุม - ราคาถูกสำหรับการนำไปใช้เช่นกัน

เซนเซอร์ตรวจจับแสง

คุณยังสามารถใช้เซ็นเซอร์ออปติคัล: พิมพ์ V-gap ด้วย XY ที่แมปกับพิกัดเชิงขั้วบนแผ่นฟอยล์โปร่งใส ติดตั้งบนเพลา ใส่คู่ LED photodectector เพื่อให้ "เห็น" ผ่านช่องว่าง ปรับสภาพ photodetector (ไม่ว่าจะเป็นทรานซิสเตอร์หรือไดโอด) ด้วย op-amp

ตัวเลือกออพติคอลอีกตัวที่ไม่ต้องการช่องว่าง V จะต้องติดตั้งแผ่นดิสก์เอียงที่ปลายเพลาดังนั้นมันจึงไม่ตั้งฉากกับแกนของเพลา จากนั้นใช้เซ็นเซอร์สะท้อนแสง (LED + photodetector) เพื่อรับสัญญาณต่อเนื่องตามสัดส่วนกับมุม

ตัวเลือกออพติคอลอีกตัวหนึ่งคือการพิมพ์ลวดลายหลายเฟสบนกระบอกสูบบนเพลาและใช้เซ็นเซอร์ออพติคอลหลายตัวพร้อมกับสรุปผลออกมาเป็นเอาต์พุต รูปแบบอาจมีลักษณะดังนี้:

axial distance
^
|   █████████
|      ██████
|         ███
|0---------360--> angle

เมื่อกระบอกสูบหันไปด้านบนเซ็นเซอร์เอาต์พุตของมันจะลดลงเรื่อย ๆ ด้วยการปรับจำนวนเครื่องตรวจจับ / แถบตรวจจับและระยะตรวจจับอย่างรอบคอบคุณจะได้รับโดยใช้รูปแบบขาวดำที่เรียบง่าย บางครั้งการผลิตง่ายกว่าสิ่งที่นักเล่นกว่า

ตัวแปลงแบบ Strain-to-angle

อีกตัวเลือกหนึ่งที่สมเหตุสมผลถ้าคุณรู้วิธีจัดการกับสายพันธุ์เกจจะต้องมีส่วนต่อเพลาที่มีสปริงเกลียวยาว ตบสะพานวัดความเครียด 4 เกจที่ใดที่หนึ่งบนสปริงด้วยแกนที่ละเอียดอ่อนตามความยาวของสปริงและคุณจะได้รับสัญญาณที่ดีมากตามสัดส่วนของมุมเพลา คุณจะต้องเพิ่มแรงเสียดทานเล็กน้อยลงในวงจรเชิงกลเพื่อให้เพลายังคงอยู่เมื่อคุณปล่อยปุ่ม

ราคาต่อรองและปลาย

อีกทางเลือกหนึ่งถ้าคุณต้องการขี้ขลาดจะมีตัวเก็บประจุแบบอะคูสติก ให้เพลาเลื่อนผ่านกล่องวงแหวนทรงแบน แน่นอนมันสามารถมีรูปหน้าตัดสี่เหลี่ยมได้ สร้างช่องรัศมีผ่านด้านในของกล่องและขยายพินรัศมีจากเพลาผ่านช่องรัศมี แนบไม้พายที่เกือบจะเติมส่วนตัดของกล่องจนสุดของพิน ที่จุดศูนย์ในกล่องเพิ่มพาร์ติชันและตัวแปลงสัญญาณเสียง ต่อเข้ากับออสซิลเลเตอร์แล้วคุณจะได้เครื่องแปลงมุมเป็นไฟฟ้า

ข้างต้นเป็นเพียงสิ่งที่ฉันได้ลองด้วยความสำเร็จระดับหนึ่ง ณ จุดหนึ่งในชีวิต มีแนวคิดอื่นอีกมากมายที่ไม่มีขีด จำกัด หากคุณต้องการมีความสนุกสนานในการถ่ายทอด

ไม่พวกเขาไม่มีอยู่จริง เพียงเพราะพวกเขาไม่สามารถ

โพเทนชิออมิเตอร์ประกอบด้วยแทร็กคาร์บอนที่มีใบปัดน้ำฝนเลื่อนขึ้นและลง คุณไม่สามารถปัดน้ำฝนนั้นให้เคลื่อนที่ไปตามรางคาร์บอนได้ ใช่คุณสามารถลดแรงเสียดทานด้วยแบริ่งได้ แต่จะมีแรงเสียดทานนั้นเสมอ

ดังนั้นผู้คนจึงใช้เครื่องเข้ารหัสโรตารี่แทน - ส่วนใหญ่เป็นเครื่องออพติคอลถ้าคุณต้องการแรงเสียดทานต่ำ - แผ่นดิสก์ที่มีช่องในนั้นจะแบ่งลำแสงอินฟาเรดออกเป็นจำนวนมาก

มันยากมากที่จะหลีกเลี่ยงความต้านทานที่ปัดน้ำฝนแตกต่างกันไปตามตำแหน่งของที่ปัดน้ำฝน อย่างไรก็ตามในการออกแบบที่ดีความต้านทานที่ปัดน้ำฝนจะมีผลต่อพฤติกรรมของวงจรน้อยที่สุด การลดลงสิบเท่าของปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ปัดน้ำฝนจะทำให้เกิดการลดลงของแรงดันไฟฟ้าทับด้วยความต้านทานเป็นสิบเท่า ในทำนองเดียวกันการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่ดำเนินการโดยหม้อเพิ่มขึ้นเป็นสิบเท่าจะทำให้การลดลงของแรงดันไฟฟ้าใด ๆ เกินกว่าความต้านทานใด ๆ เป็นสิบเท่า

หากอุปกรณ์พยายามขับลำโพงขนาด 8 วัตต์ 8 โอห์ม (1VRMS) ขนาด 1/8 วัตต์โดยใช้หม้อขนาด 10 โอห์มเป็นตัวควบคุมระดับเสียงรูปแบบหนึ่งโอห์มที่ความต้านทานของที่ปัดน้ำฝนจะแสดงให้เห็นว่ามีการเปลี่ยนแปลงขนาด 1/8 โวลต์ใน สัญญาณ. น่ารังเกียจ หากมีใครใช้หม้อแปลงเพิ่มแรงดันขนาด 50: 1 เพื่อวัดแรงดันไฟฟ้าจาก 1V 1 / 8A ถึง 50V 1 / 400A ก่อนที่จะผ่านหม้อ 500-ohm ดังนั้นความต้านทานของที่ปัดน้ำฝนหนึ่งโอห์มจะเป็นตัวเอง ความแปรปรวน 1/400 โวลต์ในสัญญาณที่หม้อ; การส่งผ่านหม้อแปลงไฟฟ้าแบบก้าวลง 1:50 เพื่อขับลำโพงจะทำให้มันมีสัญญาณ 1 / 20,000 โวลต์ (การลด 2,500 เท่าเมื่อเทียบกับการควบคุมลำโพงโดยตรง) การปรับปรุงที่สำคัญ

ในด้านวิศวกรรมมากขึ้นเพื่อให้ได้ผลของ "หม้อแรงเสียดทานน้อย" คุณสามารถควบคุมหม้อดิจิตอล (หรือบางอย่างที่คล้ายกัน) ด้วยเครื่องมือวัดแบบไม่สัมผัส

ตัวอย่างเช่นคุณสามารถรับหนึ่งในโมดูลโซนาร์เหล่านั้นและควบคุม d-pot โดยการแปลระยะทางระหว่างเซ็นเซอร์และเป้าหมายเคลื่อนที่ตามที่วัดได้แบบไม่สัมผัสโดยใช้โซนาร์ในการต้านทาน (หรือตำแหน่งที่ปัดน้ำฝน) บน d-pot