emner:
- Potentiometer
- Modstandsprogression
- Signalspænding
- Spændingsdeler
- Potentiometer til spejljustering
- Potentiometre til gasreguleringsmotoren
Potentiometer:
Et potentiometer kaldes også et potentiometer eller vinkelsensor og bruges ofte i bilteknologien som positionssensor på fx speederpedalen, gasspjældet eller til tankniveauet. Løberen (glidekontakten) bevæger sig over carbonbanen ved hjælp af en justerbar del, hvor en modstandsændring opnås og dermed kan positionen bestemmes. De tre billeder nedenfor viser et faktisk potentiometer, delene i et potentiometer og symbolet for et potentiometer.
Modstanden i signalforbindelsen ændres, når løberen drejes til en anden position på kulstofbanen. En kontrolenhed kan dog ikke "læse" modstand. En styreenhed skifter en referencespænding på 5 volt og jord til potentiometerets to ydre forbindelser. Fordi der nu løber strøm gennem kulstofbanen, forbruges spændingen på 5 volt i kulstofbanen. Der var en spænding på 5 volt ved indgangen og 0 volt ved udgangen. Halvvejs gennem kulstofbanen er halvdelen af spændingen forbrugt: her er spændingen halvdelen af referencespændingen, nemlig 2,5 volt. Spændingen, der sendes til styreenheden via viskeren og signalforbindelsen, giver kontrolenheden tilstrækkelig information til nøjagtigt at bestemme positionen på graden. Dette bruges blandt andet til gaspedal og gaspositionssensorer.
Spændingen på 5 volt er en almindeligt anvendt værdi, fordi den indbyggede spænding forbliver over 5 volt under alle driftsforhold. Hvis vigtige sensorer skulle fungere med en spænding på 12 volt, kunne de fungere forkert, når motoren startes: startspændingen om vinteren med et middelmådigt batteri kunne falde til 10 volt.
En anden mulighed er, at potentiometret giver en spænding til et elektrisk kredsløb med for eksempel en op-amp, som i forlygtejustering. I så fald arbejder potentiometret med en spænding på 12 til 14 volt.
Potentiometeret kan ofte lave en drejning på 270 grader. Her antager vi et potentiometer med en lineær gradient. Animationen viser udgangsspændingen ved syv forskellige positioner af løberen:
- 0 grader: 0 volt
- 45 grader: 0,8 volt
- 90 grader: 1,7 volt
- 135 grader: 2,5 volt
- 180 grader: 3,3 volt
- 225 grader: 4,2 volt
- 270 grader: 5 volt
I virkeligheden ændres udgangsspændingen med hver grad af rotation af løberen over kulstofbanen:
- Det samlede slag er 270 grader;
- Modstanden er 10 kΩ (10.000 Ω)
- Ved hver rotationsgrad ændres modstanden med 37 Ω
- Spændingen ændres med 18,5 mV (0,0185 V) for hver rotationsgrad.
I animationen ovenfor ser vi, at ved 0% twist er signalspændingen 0 volt og ved 100% er den 5 volt. Dette kan dog også være omvendt: 0% twist 5 volt og 100% 0 volt.
Modstandsprogression:
Med et lineært potentiometer svarer hver grad af vinkeldrejning til en bestemt fast værdi. For eksempel giver et 270 Ω potentiometer, der kan lave en drejning på 270°, 1 Ω forskel i modstand pr. rotationsgrad. Med et logaritmisk potentiometer er modstandsændringen ikke direkte proportional, men progressiv.
På det næste billede ser vi den lineære progression (rød) af potentiometeret i det foregående afsnit. Derudover kan den logaritmiske progression (grøn) af den anden type potentiometer også ses. Det logaritmiske potentiometer bruges hovedsageligt til at simulere fysiske processer.
Signalspændingen af disse potentiometre er proportional med modstanden.
Signalspænding:
Potentiometeret tilsluttes på følgende måde:
- Forsyningsspænding på 5 volt fra styreenheden;
- Masse på 0 volt via styreenheden;
- Løberen sender den analoge spænding fra 0 til 5 volt til styreenhedens signalforbindelse.
Potentiometerets arbejdsområde er mellem 0,5 og 4,5 volt. Producenter kan også vælge andre ekstreme værdier, for eksempel: 0,4 til 4,6 volt. Signalet fra potentiometeret må aldrig række ud over dette arbejdsområde. Hvis styreenheden registrerer, at signalspændingen kommer ind i det forbudte område, genkender den dette som forkert og gemmer en fejlkode.
- Signalspænding 5 volt: angiver en afbrudt jordledning eller positivt kredsløb;
- Signalspænding 0 volt: angiver en afbrudt forsyningsledning eller kortslutning i jord.
For at sikre signalets pålidelighed bruges et dobbelt potentiometer på en speederpedal eller en gasspjæld. Signalerne kan spejles lodret i forhold til hinanden (som på figuren), eller proportionalt på et andet spændingsniveau. Under alle omstændigheder er de måske ikke ens. ECU'en sammenligner signalspændingerne.
I det øjeblik ECU'en registrerer et signal på et af de to potentiometre, der er uvirkeligt (spidser, eller signalet ender i det forbudte område), går den i såkaldt nødtilstand og bruger det andet signal.
På siden: gaspedal og gasventil anvendelsen af potentiometeret diskuteres i detaljer, herunder "gasspjæld for wire" og scope-billeder af signaler med fejl.
Se også: sensortyper og signaler.
Spændingsdeler:
Et seriekredsløb bestående af modstande opfører sig som en spændingsdeler. Forsyningsspændingen fordeles over modstandene i dette seriekredsløb hhv. spændingsdeler. Den mindste modstand har det mindste spændingsfald, og den største modstand har det største spændingsfald.
Billederne nedenfor viser potentiometeret i faktisk situation og i skematisk gengivelse, som er forbundet til en 12 volt spændingskilde. Potentiometerløberen er halvvejs. På det midterste billede ser vi potentiometeret i skematisk form. Til højre ser vi spændingsdeleren med to separate modstande med tilslutning 3 imellem. De tre diagrammer svarer til hinanden.
Fordi potentiometret har en fast modstandsværdi, er summen af modstandene (R1 + R2) lig med den samlede modstand. Løberens bevægelse forårsager en ændring i modstand af R1 og R2 (højre diagram). Udgangsspændingen på ben 3 er høj, når viskeren er øverst, og modstandsværdien R1 er lille.
Potentiometer til spejljustering:
To elmotorer giver vandrette og lodrette justeringsmuligheder for spejlglasset. I moderne køretøjer foregår styringen via en styreenhed. I diagrammet nedenfor ser vi denne styreenhed (J386). Styreenheden aktiverer aktuatoren, så snart:
- føreren betjener spejljusteringsknappen, eller:
- bakgearet skiftes, og et spejlglas skal pege nedad (normalt det i passagersiden);
- skal indstilles til en anden ønsket position af hukommelsesfunktionen. Dette er normalt identificeret med nøglen (fjernbetjening);
- teknikeren styrer aktuatormotoren via en aktuatortest ved hjælp af en udlæsningscomputer.
For at få spejlglasset i den ønskede position er det nødvendigt at genkende spejlglasset. Potentiometrene G791 og G792 sender signalet via de grå/gule og blå/røde ledninger til styreenheden. Når to forskellige føreres spejlpositioner er gemt på deres eget nøglenummer, indstiller aktuatoren sig til den korrekte position, så snart den pågældende fører låser dørene op med fjernbetjeningen. Ud over de korrekte spejlglaspositioner er den elektriske ratstammejustering og sædepositionsjustering (hvis den findes) normalt også indstillet til den indstillede position. På siden: sidespejle og spejljustering styremetoderne for spejljusteringsmotorerne er beskrevet.
Undertekst:
- J386: dørkontrolenhed;
- V17: motor til vandret justering af spejlglas;
- G791: vandret spejlglasjusteringspotentiometer;
- G792: lodret spejlglasjusteringspotentiometer;
- V149: motor til lodret spejljustering;
- V121: foldefunktion til motorspejl;
- Z4: spejlvarmeelement;
- L131: indikatorlamper i udvendigt spejlhus.
I ovenstående elektrisk diagram elmotor V121 (spejlfoldefunktion) er også synlig. Fordi der ikke kræves mellempositioner til fold-væk-funktionen, er feedback fra en positionssensor ikke nødvendig. Når alt kommer til alt, er spejlene enten udfoldede eller foldede. Når slutpositionen er nået, stiger strømmen af elmotoren, hvilket får ECU'en til at "genkende" at slutpositionen er nået og dermed afslutte kontrollen.
Potentiometre til gasreguleringsmotoren:
Gasreguleringsmotorens potentiometer er blevet brugt som eksempel før på denne side. Følgende diagram viser aktuatoren (venstre) og de to potentiometre med fælles strøm og jord og to signalforbindelser (højre). Signalforbindelserne (ben 4 og 5 i potentiometerstikket) giver signaler med en anden spændingsprofil:
- progressionen er lineær ved et andet spændingsniveau, hvor spændingerne stiger og falder samtidigt, eller;
- signalspændingerne er modsat hinanden.
De tre billeder nedenfor viser tre målinger af gashåndtagets positionssensorer og deres fælles strømforsyning og jord. Forsyningsspændingen er igen 5 volt, og signalspændingerne er inden for tolerancerne.
I tilfælde af en funktionsfejl kan signalspændingen afvige. To situationer er mulige:
- En af signalledningerne har en fejl. Fordi ECU'en sammenligner de to signalspændinger, genkender den dette forkerte signal og går i haltende tilstand. Dette er ledsaget af et oplyst motorstyringslys og reduceret motoreffekt;
- Strøm- eller jordledningen indeholder en overgangsmodstand: i dette tilfælde er der et spændingstab over den pågældende ledning, hvilket betyder begge potentiometre udsender for lavt signal. Fordi signalspændingerne sammenlignes med hinanden, og de er i forhold til hinanden niet afvige, dette bestemmes af ECU'en niet anerkendt. Signalspændingerne, der er for lave, accepteres af ECU'en og resulterer i forkert styring af gasspjældet. ECU'en fortsætter med at styre gasspjældets aktuator, indtil den ønskede position er nået. Dette kan forårsage efterfølgende fejl i sensorer og aktuatorer relateret til lufttilførslen på grund af en blanding, der er for mager (positiv brændstoftrim), fejl i lambdakredsløbet, fejl relateret til MAP-sensoren eller EGR.
Fejlen i ovenstående situation kan løses ved at udskifte jordledningen mellem ben B85 på stikket på ECU'en og pin 1 på stikket på gasspjældet.
