Potenziometro di precisione

Sezione dedicata all'elettronica in generale.
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filo77
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Potenziometro di precisione

Messaggio da filo77 » mercoledì 3 febbraio 2021, 15:39

Salve a tutti,ho un piccolo problema da risolvere e spero con il vostro aiuto di riuscirci,spiego.
Ho la necessita di reperire un potenziometro da 5Kohm e 5 watt dalla forma standard o possibilmente con una forma il piu' possibile uguale allo standard,la particolarita che deve avere è l'asse che ruoti su cuscinetti o simili tipo gli encoder,in modo che l'asse non abbia gioco assiale e radiale enorme come i potenziometri classici.
Al potenziometro è montato un ingranaggio che prende il moto da un'altro ingranaggio collegato ad un ballerino,il gioco che ha l'asse del potenziometro fa continuamente ondeggiare il ballerino mettendo in crisi il macchinario.
Originariamente c'era un potenziometro che girava tipo su bronzine molto preciso come giochi ma ovviamente col passare degli anni si è rotto e non sono piu' riuscito a trovarne di simili,percio' ho ripiegato su un potenziometro classico che durano veramente poco e si rompono molto velocemente.
Chiedo qui se qualcuno è a conoscenza di un oggetto simile oppure se riesce a darmi il nome esatto di un componente del genere(possibilmente in inglese) per poter effettuare una ricerca sul web.

Grazie a chiunque possa aiutarmi

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hellfire39
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Re: Potenziometro di precisione

Messaggio da hellfire39 » mercoledì 3 febbraio 2021, 15:48

Cerca su RS

https://it.rs-online.com/web/c/passivi/ ... nziometri/

con i filtri sulla sinistra ti aiuti con la ricerca

tecno67
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Re: Potenziometro di precisione

Messaggio da tecno67 » mercoledì 3 febbraio 2021, 17:30

Dal momento che parli di ballerino, immagino che anche tu come me lavori nel campo tessile-non tessuti, nel settore delle materie plastiche e/o in generale su macchinari messi in linea l'uno dopo l'altro. (avvolgitori/svolgitori ecc..)

Io uso il modello 3371R5K della Bourns. Non ha i cuscinetti, ma è abbastanza ben realizzato ed ha la particolarità di non avere zero meccanico ed una corsa di 350° invece degli usuali 245° oltre al fatto di essere in plastica conduttiva invece del classico filamento (Io li adottai la prima volta sulle agugliatrici, perché le vibrazioni facevano si che il potenziometro a filo si usurasse nel giro di pochi mesi). Oltretutto sono anche molto più morbidi da far girare.
Il fatto che però tu parli di oscillazioni, mi ricorda proprio gli stessi problemi con cui mi sono scontrato più volte quando dalle classiche macchine che viaggiavano sui 10-15mt/1' con regolazione dell'intero range di velocità trent'anni fa, si è passati via via su macchine sempre più veloci. Io lavoro sulle ovatte, che hanno anche il difetto di essere degli elastici sulle basse grammature.
Arrivati ad un certo punto occorre arrendersi ed invece che correre dietro ad oggetti particolarmente curati e costosi è meglio cambiare schema di regolazione. Invece di regolare sull'intero range di velocità, l'organo da comandare è regolato da un segnale tachimetrico base ed il ballerino fa solo una piccola correzione, oppure, laddove occorre comunque lavorare sull'intero range, si introduce non una semplice correzione di tipo Proprzionale puro, ma un vero e proprio PID, come si fa ad esempio sulle trafile per metalli dove si opera con velocità anche dell'ordine di 100-150mt/min pur usando ballerini aventi una escursione di 10-20 cm max. Oltretutto questo permette anche di evitare quelle tensioni istantanee sul materiale, create dall'inerzia meccanica del braccio del ballerino. In alternativa al potenziometro classico, ho visto anche impiegare delle camme meccaniche agenti su sensori induttivi con uscita analogica (4-20mA). Ma questo nel caso il ballerino sia direttamente connesso all'azionamento come veniva fatto spesso in passato implica una sia pur minima modifica circuitale.
Se poi parliamo di avvolgitori/svolgitori a subbio centrale, Vi sono anche tecniche come quelle impiegate ad esempio sull'avvolgimento di pellicole plastiche tipo Domopak per intenderci dove si riesce addirittura a lavorare con sistemi a tiro costante (di pochi kg) con bobine del peso di quintali e rapporto tra diametro minimo e massimo di oltre 6/7 volte, ma sono sistemi molto difficili da tarare, che impiegano più di un anello PID e prevedono pure il calcolo numerico dei momenti d'inerzia statici e dinamici in gioco. Ma parliamo di azionamenti moderni controllati da PLC che gestiscono sia la velocità che la coppia, sia in lettura che in scrittura.

filo77
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Re: Potenziometro di precisione

Messaggio da filo77 » mercoledì 3 febbraio 2021, 20:56

Ti ringrazio della dritta più tardi controllo se fa al caso mio il potenziometro che mi hai suggerito.
Il problema è proprio nel potenziometro che si vede ad occhio nudo che il perno si muove di 1-2 mm prima di iniziare a ruotare,poi quando si muove esagera per via dello svolgitore che sta andando troppo veloce o troppo lento.
Io lavoro nel settore carta tissue e le velocità si aggirano in una situazione normale intorno i 550-600mt/min,tutte queste oscillazione a lungo andare entrano in una sorta di risonanza con la bobina nuova che pesa sui 200kg,percio si sommano la velocità,l'inerzia della bobina e il gioco del potenziometro,in aggiunta con tutti questi cambi di velocità il tappeto svolgitore inizia a perdere aderenza sulla bobina peggiorando la situazione e strappando la carta, l'unica soluzione è abbassare la velocita' fino anche il 50% ,riducendo troppo la produttività.

umbez
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Re: Potenziometro di precisione

Messaggio da umbez » mercoledì 3 febbraio 2021, 21:06

Te la do come idea, sapendo che esce un po' dalla tua richiesta, ma secondo me risolveresti anche i relativi temi di usura. Potresti mettere al posto del potenziometro un encoder, attaccato ad un processore che si interfaccia ad un potenziometro digitale, così puoi settarlo sia in termini di risoluzione che in termini di precisione. Costa un po' di fatica in più ma secondo me potrebbe essere una soluzione risolutiva.
U.

filo77
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Re: Potenziometro di precisione

Messaggio da filo77 » mercoledì 3 febbraio 2021, 21:21

Molto interessante hai qualche link da darci una occhiata per questo "convertitore",se il costo non è fantascientifico sicuramente lo considererò,ho altri 3 macchinari e tutti e tre hanno gli encoder è mai avuto problemi,perciò anche se costa potrei applicarlo risolvendo i problemi di usura del potenziometro

tecno67
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Re: Potenziometro di precisione

Messaggio da tecno67 » giovedì 4 febbraio 2021, 21:14

Se lavori nella carta con velocità attorno ai 550/600Mt/min, sei più avanti di me e per forza di cose una persona che ha già dovuto confrontarsi con problematiche che sono alla fine comuni a tutto il settore della produzione in linea. Quindi presumo che i concetti di fondo tu li conosca bene e che vadano semplicemente trovati i giusti materiali/regolazioni. Mi sono peraltro dimenticato di chiederti se i problemi che riscontri, sono apparsi solo ora con l'usura del potenziometro oppure sono apparsi nel momento in cui si è cercato ad esempio di aumentare le velocità, i pesi ed i diametri delle bobine, mentre prima si faceva/lavorava altro?

Per il potenziometro direi che con quello proposto vai sicuramente a migliorare rispetto ad un potenziometro a filo. Eventualmente valuta come ti ho detto la sostituzione di questo con l'uso di un sensore induttivo ad uscita analogica associato ad una camma.

Il fatto poi che parli di tappeto svolgitore, mi fa intuire che tu stia operando su di un sistema di svolgimento tangenziale (ed è già un vantaggio), dove la messa in rotazione dalla bobina è data proprio dall'attrito del tappeto sul materiale e quindi sulla bobina stessa che è invece non motorizzata, quindi vada verificata assolutamente anche la rotondità ed il bilanciamento delle bobine stesse.
Verificati questi pre-requisiti, la strada passa obbligatoriamente attraverso l'adozione e la corretta regolazione di algoritmi PID e probabilmente anche attraverso il calcolo/valutazione delle costanti di inerzia. In ogni caso in queste applicazioni la bestia nera, non è tanto la velocità, quanto la modalità con la quale si raggiunge/varia questa velocità. Il fatto che tu parli di risonanza, già ti dice che c'è qualcosa nel sistema che non è costante. Il gioco del potenziometro sicuramente è una delle cause, ma stai sicuro che non è il solo e nemmeno il più grave dei problemi. Il primo passo, come ti ho già in parte accennato sta nel lasciare al ballerino solo quella parte di regolazione che è indispensabile che abbia. Se lo svolgimento è tangenziale come suppongo, il ballerino dovrebbe solo compensare leggeri allungamenti e/o dis-uniformità della carta stessa, ed allora è sufficiente che effettui una variazione minima del pilotaggio base della velocità, se invece lo svolgitore è motorizzato sull'asse è comunque sbagliato usare il ballerino per adeguare la velocità alla variazione di diametro della bobina, meglio farlo con un servo-diametro. Aggiungi poi che se hai una bobina da svolgere, questa avrà in una fase iniziale una velocità angolare decisamente bassa, ma anche una grandissima inerzia ed anche una perturbazione della velocità, dovuta ad una non perfetta rotondità dato che il peso schiaccia e deforma il rotolo che sarà di valore elevato con frequenza di oscillazione bassa, verso la fine, avrai esattamente l'opposto, una velocità angolare elevata, ma con una inerzia irrisoria e probabilmente una migliore rotondità e quindi oscillazioni di velocità piccole a frequenza elevata, è ovvio che i parametri di regolazione dell'anello di controllo di velocità PID interno al driver non possono andare bene in entrambe le situazioni. Per questo un adeguamento delle risposte del PID di regolazione in funzione del diametro bobina misurato tramite un secondo sensore od un calcolo, migliora enormemente la situazione.

In ogni caso per aiutarti, sarebbe necessario capire esattamente di che tipo di macchinario parliamo. Ho intuito (ma non posso continuare ad immaginare, sarebbe meglio che sia tu a descrivere) che si parla di uno svolgitore, ma questo, è parte di una linea di produzione? Oppure ad esempio di una stazione di verifica o di una ribobinatrice o di altro ancora? La velocità deve sempre essere mantenuta costante o può essere variata nel tempo?
Ed ancora, quale è il macchinario master e quale/i gli slave? Di che tipo di apparecchiature parliamo? Semplici azionamenti con pilotaggi analogici, oppure di un sistema controllato da PLC con azionamenti moderni? I motori sono closed-loop, inverter semplici? Corrente-continua? Ci sono trasmissioni solo di tipo positivo ed esenti da gioco oppure no? IL traino della carta sulle varie posizioni, è fatto tramite calandre, giri ad S od altro? ecc... ecc...

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Re: Potenziometro di precisione

Messaggio da filo77 » venerdì 5 febbraio 2021, 13:09

Ti ringrazio della moltitudine di informazioni che mi hai dato.
Rispondo un po alle domande.
Il motore che viene pilotato dal potenziometro è in CC a campo avvolto, il motore ha una dinamo tachimetrica ed è uno slave e insegue il master che fa parte dello stesso macchinario.
Il sistema di svolgitura è tangenziale come avevi accennato tu,ed il problema si presenta con il potenziometro usurato ora,infatti avevo in giro un altro potenziometro usato e per curiosità l'ho aperto constatando un gioco tra alberino e boccola di più di 0,1mm,il gioco mette in crisi il sistema perché non trova mai lo "zero".
Inoltre a peggiorare la situazione sono le bobine non perfettamente circolari,ma nel nostro settore è la norma,le bobine vengono movimentate in pacchi alti 270cm e per movimentare si utilizzano muletti con le pinze,che ovalizzano le bobine.
Percio il sistema svolgitura e continuamente obbligato a correggere la velocità.il potenziometro usurato non fa altro che amplificare al posto di attenuare

turbina

Re: Potenziometro di precisione

Messaggio da turbina » venerdì 5 febbraio 2021, 20:38

Ho proprio ieri ho postato un video di un test di un sensore angolare magnetico senza contato
Si tratta della AS5600 di AMS, vedi se fa caso tuo

https://youtu.be/P1MuoGlsbe8

turbina

Re: Potenziometro di precisione

Messaggio da turbina » venerdì 5 febbraio 2021, 21:11

E ' usato proprio per sostituire i potenziometri nei servo RC per modellismo

Permette 4096 posizione possibile sull'arco dei 360°
Il test di ripetibilità è andato molto bene, un po' meno il test di linearità ma penso dovuto al fatto che la mia calamita non era proprio il massimo, il magnete deve essere a forma di pastiglia con il nord e sud sulla circonferenza del magnete, la massima risoluzione si ottiene leggendo da I2C. Non essendoci contatto meccanico tra sensore e parte rotante il sensore eh virtualmente eterno, se si legge con Arduino ci sono le librerie gratuite, Arduino potrà pilotare un ingresso analogico o fare altre funzioni come il PID di cui si parlava prima

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Re: Potenziometro di precisione

Messaggio da filo77 » sabato 6 febbraio 2021, 8:28

La cosa è interessante,ma non saprei come gestirla,il potenziometro entra direttamente nell'azionamento.
L'azionamento è molto vecchio (un klockner-muller)perché il macchinario ha 25 anni, il pid credo che sia molto rudimentale perché non viene gestito dal plc ma direttamente dall'azionamento,la logica dei vari settaggi sono variati da potenziometri,che non ho mai avuto la necessità di modificare perché il sistema è stabile e robusto,tutto sovradimensionato come potenze,gli azionamenti sono da 70A e i motori lo slave incriminato da 12Kw e il master da 32kw,sul quadro operatore c'e un Amperomerro che monitora l'assorbimento di tutta la macchina, in velocità di "crociera " non sorpassa mai i 20-22A in fase di accelerazione sui 30 -35A

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Re: Potenziometro di precisione

Messaggio da tecno67 » sabato 6 febbraio 2021, 15:57

Puoi fare uno schemino anche un semplice schizzo del sistema? Un'altra possibilità per migliorare le cose, potrebbe essere data dall'uso di una trasmissione non lineare tra il ballerino ed potenziometro. (In pratica occorre realizzare un ballerino che corregga molto lontano dal punto di lavoro centrale e poco vicino alla zona di lavoro). Dovresti anche capire se il potenziometro lavora semplicemente alimentato tra il +10V e lo 0V dell'azionamento nel qual caso la sostituzione con un sensore ad uscita analogica è semplicissima oppure se lavora a parzializzare un segnale in uscita dall'azionamento stesso e quindi la sostituzione diventa difficile senza entrare nel merito della logica del sistema.
Un'altra possibilità se il materiale non necessità dell'azione di distensione del ballerino stesso e non ci sono problemi di svolazzamento vari, è il controllo ansa tramite tastatore ottico a riflessione diretta sul materiale. In pratica lo slave è pilotato dal master ad un certo rapporto di velocità fissato dall'operatore e leggermente variabile tramite il segnale analogico proveniente da una fotocellula con uscita analogica posta sopra un'ansa formata dal materiale nel passaggio da una posizione alla successiva. (con uno schemino del percorso materiale sarebbe più facile capire dove piazzarla). Se vuoi dare un'occhiata, io uso la WTA24-P5201 della Sick, che però ha una uscita 4-20mA e non 0-10V. E' invece abbastanza insensibile al colore ed alla rugosita della superficie... E' un po costosa!

Eventualmente senza intervenire sull'elettronica, è possibile aumentare l'escursione del ballerino? A proposito, si tratta di un ballerino vero e proprio o di un accumulo ad U usato anche come ballerino? In ogni caso, se le bobine non sono abbastanza rotonde, il problema lo puoi migliorare, ma il ballerino oscillerà sempre e qui anche la massa del ballerino stesso influisce negativamente. Hai provato a smorzarlo con un ammortizzatore fluidodinamico.

turbina

Re: Potenziometro di precisione

Messaggio da turbina » sabato 6 febbraio 2021, 23:53

Il "potenziometro magnetico" esiste già pronto, costa 20 euro in Cina, solo che funziona solo a 5 volt quindi fornisce in uscita da 0 a 5 volt, non puoi scambiare tra loro i piedini 0 volt e 5 volt come per i normali potenziometri perché dentro c'è un elettronica quindi non puoi scambiare la tensione in uscita in funzione del verso di rotazione desiderato

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Re: Potenziometro di precisione

Messaggio da filo77 » domenica 7 febbraio 2021, 22:08

@tecno67

Scusami ma non capisco/non conosco casa intendi con ballerino ad accumulo od a "U" ho fatto un disegnino alla buona dello svolgitore, come detto il sistema funziona bene fino quando non si usura qualcosa (potenziometro-tappeto-cinghie tra motore e albero trasmissione),la modifica del ballerino è difficoltosa per via di come è incastrato il ballerino all'interno della macchina,Il potenziometro funziona con tensione 0-10V.
Il ballerino ha anche la funzione di mettere in tensione la carta per fargli mantenere la linea dentro la macchina,grazie al pistone ad aria pretensionatore che spinge verso l'alto il ballerino,e tramite un regolatore di pressione di precisione regolo la pressione e la forza che deve generare il ballerino sulla carta per fargli mantenere la carta in linea,se non ci fosse la carta sbanderebbe a destra e sinistra continuamente,tutti i macchinari di tutte le aziende utilizzano questo principio di schema/sistema,con il pistone il ballerino copia in modo corretto la forma della bobina anche se è ovale.

@turbina
Ti ringrazio del suggerimento ma non ho le conoscenze necessarie per poter utilizzare quel sistema a 0-5V con sensore magnetico,se non creare un amplificatore per aumentare la tensione del segnale,ma preferisco lasciare il sistema così comè.
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Re: Potenziometro di precisione

Messaggio da tecno67 » lunedì 8 febbraio 2021, 9:59

Se sei sicuro che il potenziometro è alimentato tra +10V e Gnd, vedendo lo schizzo, direi che la via più semplice, è l'applicazione di una camma all'asse del ballerino con affacciato un sensore induttivo con uscita analogica 0-10V tipo ad esempio Schneider XS9C4A2A1P20 (range di lavoro 0-25mm).
Devi dargli una alimentazione 0-24Vdc con un piccolo alimentatore a parte, poi colleghi tra loro il Gnd del sensore, quello dell'alimentatore e quello ed il filo che ora è connesso con l'estremo negativo del potenziometro, l'uscita analogica del sensore la colleghi con filo che ora va al cursore ed il filo che ora va all'estremo positivo del potensiometro lo isoli ed il gioco è fatto. Attenzione che in effetti il sensore (questo specifico modello - vedi data sheet) non esce in tensione, ma in corrente 0-10mA, per cui devi mettere anche una resistenza da 1 KOhm tra uscita e GND, per fare in modo che la corrente di 10mA generi un caduta di tensione di 10Volt.
Per realizzare la camma, potresti semplicemente togliere l'ingranaggio ballerino (quello indicato con la freccia nel tuo schema) e sostituirlo con un pezzo di tondo di ferro forato fuori centro quanto basta per avere una differenza di distanza da 2 a 27mm con l'intera escursione del ballerino.
Il ballerino ad U, è semplicemente un percorso U realizzato con due cilindri deviatori fissi ed uno mobile a formare una U dove a seconda della posizione del cilindro mobile la U abbia le gambette verticali più o meno lunghe. Tramite una trasmissione a cinghia la posizione del cilindro mobile è letta dal solito potenziometro. Con questo schema, l'escursione del cilindro può essere allungata di molto rispetto al ballerino classico riducendo quei fenomeni di entrata in risonanza che tu osservi. Di contro è più complesso da realizzare, perché necessita di due giri di cinghie dentate o catene ai due lati ed di una barra di torsione, per mantenere il parallelismo del cilindro mobile rispetto a quelli fissi. Un altro vantaggio è quello che avendo un maggior accumulo può gestire una maggiore scentratura delle bobine.

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