Mühendisler Potansiyometreleri Neden Sevmez?

Potansiyometreler (pot) uzun zamandan beri bizimle ve bugün bile en yaygın olarak kullanılan konum sensörleri arasında. Peki neden her tasarım mühendisi temassız alternatif aramakla meşgul?

Potlar diğer konum sensörü alternatiflerine göre daha fazla satılıyor. Bu cihazlar basit, ucuz, kolay tedarik edilebilme ve kompakt olma özelliğine sahip. Lazer ile işlenmiş potlar sağladıkları yüksek ölçüm hassasiyetinin yanı sıra temassız hemcinslerinin aksine uzun dönemli parça eskimesi gibi sorunlar ile karşı karşıya kalmazlar. Ödenen paranın karşılığını almak bağlamında potlar birçok uygulama için mükemmel bir seçenektirler ve yakın gelecekte de böyle kalmaları kuvvetle muhtemeldir.

Peki, hemen her tasarım mühendisi neden temassız bir alternatif bulmaya çalışıyor?

Son 20 yıl içerisinde temassız konum algılayıcılara doğru bir kayma olduğu kesin. Bu durum öyle bir hal almış durumdaki potlar teknik bir çözüm olarak önerildiğinde kalkan kaşlar ve güvenilirlik ile faaliyet ömrü hakkında sivri sorular ile karşılaşmamak mümkün değil. İyi de buna ne sebep oldu? Bu durum mühendisler arasında toplu bir histeri mi yoksa temassız konum algılamaya kayış gerçekten haklı mı? Potlar Nerelerde İyi Çalışıyor?

Bir şey net; potlar birçok uygulamada sorunsuz olarak çok uzun yıllar mükemmel bir şekilde çalışabilir. Evinizde 70’lerden kalma bir radyo varsa ve ses kontrolü sorunsuz bir şekilde çalışıyorsa bu işlem için kullanılan potun on yıllar boyunca işlevini kusursuz bir şekilde yerine getirdiğinin güzel bir örneğidir.

Şimdi her beş dakikada bir doğrusal mesafe ölçen bir pot düşünün. Bu tip döngü ile tahrik ünitesi veya vanalar için kullanılan otomasyon ekipmanlarında sıkça karşılaşılınır. İyi bir pot tipik olarak 500.000 döngülük faaliyet ömrüne sahiptir. Haftanın her günü 24 saat çalışan bir cihaz bu durumda 5 yıllık bir işleyiş sunar. Yolda Bıraktıkları Durumlar

Görünen odur ki aslında tüm potların “güvenilmez” olarak damgalanmalarının sebebi zorlu ortamlarda kaydedilen az sayıda ancak bir o kadar sansasyonel hatalardır. “Zorlu ortamlar” birçok farklı lezzette gelsede aslında üç özellik potlar açısından sorun yaratır; titresim, kirlenme ve aşırı iklim şartları.

Potlar kayda değer tüm titreşimlere karşı savunmasızdır. Şimdi yukarıdaki örnekte bahsedilen döngünün bir motorlu taşıt, ağır sanayi ya da uçakta gerçekleştiğini düşünelim.

Ölçülen mesafeye yakından baktığımız zaman titreşimden kaynaklanan sık sayıda “mikro kaymaların” oluştuğunu görürüz. Mikroskobik seviyede, potun iletken bandı tam döngü ile titreşimden kaynaklanan mikro döngüler arasındaki farkı ayıramaz. Dahası, potun fırçası ağırlıklı olarak aynı noktada bulunduğu için iletken bandının bu kısmı aşınmaya maruz kalır. Asfaltta oluşan çukurlar gibi potun iletken bandındaki mikroskobik aşınma hızlı bir şekilde büyür ve açık devre ya da herhangi bir elektriksel tepki vermeyen “düz nokta” oluşur. Bu gibi durumlarda faaliyet derinden ve birçok durumda nihai olarak etkilenir. Daha önce 5 yıllık faaliyet ömrü anlamına gelen 500.000 döngü, 1 Hz’lik titreşim ile karşı karşıya kalınan durumlarda 10 günden az bir süreye iner.

Kirlenme de hızlı bir bozulmaya yol açar. Potun fırçası iletken bandın yüzeyinde mikroskobik seviyede kaymalıdır. Sadece iletken bant ve fırçanın mevcut olduğu durumlarda bu işleyiş kusursuzdur. Ancak, bant ile fırça arasına girecek toz parçacıkları aşındırıcı vazifesini görecektir. Çöllerde rüzgarın getirdiği toz aşındırıcı olması ve sorun yaratması açısından ünlüdür. Ne yazık ki, kayganlaştırıcıların kullanımı durumu iyileştireceğine daha da kötüye götürür. Zira, kayganlaştırıcılar tozu çekerek veya tutkal etkisi yaratarak aşınmayı hızlandırır.

Aşırı ortamlar tek başına potların bozulmasının altında yatan temel neden değildir. Fırça ve iletken bandının hemen yakınında bulunan mikro iklimler bu cihazları çok daha fazla etkiler. Örnek olarak nemli hava soğuduğu zaman fırça üzerinde yoğuşmaya ve en nihayeti çürümeye neden olur ya da tıpkı kayganlaştırıcılarda olduğu gibi yoğunlaşma üzerinde kirletici parçacıklar birikmeye başlar.

Özetle, potların rahatlıkla kullanılabileceği uygulamalar olduğu gibi zorlu ortamlardaki gibi bu cihazların güvenilir olmadığı durumlar da vardır. Bu cihazlar için şansız bir durum zorlu ortam uygulamalarında oluşan bozulmaların yüksek profilli oluşu ve diğer uygulamalarda yıllarca süren sorunsuz performansları gölgelemesidir. Bu nedenle mühendisler ve tedarikçiler arasında potların konum ölçümü için ucuz ve düşük kaliteli oldukları algısı yaygındır. Bu algı tasarımlarında potlara güvenen ekipman üreticilerini ürünlerini satarken hazırlıksız yakalayabilir. Böyle durumlarda ürünlerinin güvenilirliği ve kalitesi konusunda sıklıkla alıcıları ikna etmek durumunda kalabilirler. Dolaysıyla, birçok ekipman üreticisi tasarımlarında kullandıkları potları teknik nedenlerden çok “pazarlama” amaçlı olarak temassız algılayıcılar ile değiştirmeyi planlamaktadır. Ancak, bu değişimi tetikleyen kısmen asılsız pazar algısı en az teknik nedenler kadar gerçek ve acımasızdır.

Herkesin temassız konum algılayıcıları tercih etmemesinin sebebi sanıldığı kadar düz mantık değildir. Birincil mesele maliyettir. Endüstrinin büyük bir bölümü halen basit malzeme şartnamesi maliyetlerine göre çalışmakta olduğu için potları temassız algılayıcılara tercih etmektedir. Zorlu ortamlarda temassız algılayıcıların daha az maliyetli olduğunu göstermek için bozulma sıklıklarını, garanti süresini, yedekte tutulması gereken envanteri, bakım maliyetlerini göz önünde bulunduran daha sofistike maliyet analizlerine gerek duyulmaktadır. Benzer bir şekilde pot yerine temassız algılayıcı kullanıldığı zaman ürün fiyatının değişmeyeceğini kanıtlamak birçok endüstriyel üreticinin ulaşamayacağı bir sofistikasyon gerektirmektedir.

Aynı derecede önemli bir konu da potların temassız algılayıcılar ile yer değiştirlmesi sonucunda ortaya çıkacak tasarımdaki değişikliklerdir. Temassız cihazlar dijital çıkışlara sahipken potlar basit analog çıkış üretirler. Analogdan dijitale geçiş yapılırken devrelerin yeniden tasarlanması, test edilmesi ve onaylanması gerekmektedir. Benzer bir şekilde potlar kompakt cihazlardır ve dolayısıyla bu cihazların kapladığı alan temassız alternatifler için çok küçük olabilir ya da istenilen şekilde olmayabilir. Daha net söylemek gerekirse, bir değiş tokuş söz konusu olduğu zaman temassız algılayıcıları kullanabilmek için tasarımın mekanik olarak da yeniden düşünülmesi, test edilmesi ve onaylanması gerekebilir. Yeni Kuşak Sensörler

Potların temassız algılayıcılar ile değiştirilmek istenildiği durumlarda yaygın seçenek yeni kuşak endüktif sensörlerdir. İşleyiş olarak geleneksel resolverlere veya lineer transformatörlere benzemekle birlikte bu cihazlar potlar kadar kompakttır. Geleneksel endüktif sensörlerde bulunan tel sargıların yerine endüktif alan üretmek için katmanlı baskı sargılar kullanırlar. Zettlex tarafından üretilen bu tip sensörler aynı zamanda çıkışlarında yüksek hassasiyetli analog gerilim veya akım üreterek potları bir bakıma taklit eder ve kontrol sistemlerinin yeniden tasarlanma gereksinimini ortadan kaldırırlar. Zorlu ortamlarda kullanım için uygun olup -55 ila 230 °C aralığında çalışabilirler. Cihazlar uzun süreli daldırma veya patlamaya meyilli ortamlarda kullanıma uygun muhafazalarda tedarik edilebilinirler. Çok hafif olup temassız çalışma prensibine sahip oldukları için titreşim ve şoktan etkilenmeleri söz konusu değildir.