انواع دستگاه پتانسیومتر آزمایشگاهی چیست؟ ـ کاربرد و قیمت آن

دستگاه پتانسیومتر نوعی مقاومت سه پایه برای ویرایش بخش بندی ولتاژ است و مجهز به یک دکمه لغزنده یا پیوند می باشد. اگر در این دستگاه تنها از دو ترمینال استفاده شود، می تواند نقش یک رئوستا یا مقاومت متغیر را ایفا کند. پتانسیومترها در جایگاه های گوناگونی از جمله راهبرد در دستگاه های گوناگونی از جمله دستگاه های صدایی، برگردان دگرگون جایگاه به سیگنال الکتریکی و موارد دیگری استفاده می شوند. دو نوع اصلی این دستگاه پتانسیومترهای خطی و چرخشی هستند، پتانسیومتر های ریز، ولومی، دوبل، ۵ پایه و کشویی برخی دیگر از انواع پتانسیومترها می باشند که دستگاه پتانسیومتر کشویی در سال ۱۸۴۱ به وسیله شخصی به نام یوهان کریستین پاگندرف اختراع شد. در این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک به معرفی این دستگاه پر کاربرد می پردازیم.

فهرست مطالب :

۱- دستگاه پتانسیومتر چیست؟

۲- تفاوت های رئوستا با دستگاه پتانسیومتر

۳- مقاومت متغییر چیست؟

۴- انواع دستگاه پتانسیومتر

۱-۴- پتانسیومتر چرخشی

۲-۴- پتانسیومتر خطی

۵- پتانسیومتر دیجیتال

۱-۵- مزایای دستگاه پتانسیومتر دیجیتال

۲-۵- معایب دستگاه پتانسیومتر دیجیتال

۶- نحوه کار دستگاه پتانسیومتر

۷- کاربردهای دستگاه پتانسیومتر

۸- حساسیت دستگاه پتانسیومتر

۱- دستگاه پتانسیومتر چیست؟

دستگاه پتانسیومتر (potentiometer) مقاومت متغیری است که سه سر قابل چرخش داشته و یک قطعه آنالوگ محسوب می شود. این دستگاه چه به صورت خطی و چه به صورت چرخشی باشد، به مداری اضافه و یا منبع تغذیه احتیاج ندارد و به اصطلاح پسیو نامیده می شود. دستگاه پتانسیومتر به صورت پیوسته سیگنالی خروجی را ارائه می کند و عملکردی شبیه به یک مدار مقسم ولتاژ دارد. این دستگاه در دو انتهای خود دارای اتصالاتی است که سطحی لغزنده بین این دو سطح ولتاژ و مسیر مقاومتی قرار داده و تعیین کننده میزان ولتاژ خروجی است. از این دستگاه برای کنترل کردن سرعت، ولتاژ و فرکانس استفاده می شود که ولتاژ را در مدار تقسیم و کنترل کرده و اندازه گیری می کند.

۲- تفاوت های رئوستا با دستگاه پتانسیومتر:

* دستگاه پتانسیومتر سه پایه است ولی رئوستا دو پایه می باشد.

* عملکرد این دو با یکدیگر تفاوت بسیاری دارد در حالی که ظاهرشان شبیه به هم می باشد.

* بین پیچ ثابت و متحرک پتانسیومتر، ولتاژ خروجی گرفته می شود.

* تعداد پایه هایی که در پتانسیومتر به مدار متصل می شوند ۲ تا است در حالی که در رئوستا یکی از پایه ها از مقاومت یکنواخت به مدار متصل می شود.

* رئوستا و پتانسیومتر هر دو مجهز به یک پیچ متحرک هستند.

* متصل شدن مقاومت رئوستا به مدار است و به صورت سری متصل می شود در حالی که مقاومت پتانسیومتر در مدار جای می گیرد.

* تنظیم مقاومت و کنترل جریان الکتریکی به وسیله پیچ متحرک، کار رئوستا است، کنترل میزان ولتاژ با تنظیم پیچ متحرک نیز کار پتانسیومتر می باشد.

۳- مقاومت متغییر چیست؟

در بارهای روشنایی یا موتوری برای کنترل جریان های بزرگ، از مقاومت متغیر استفاده می شود که در این حالت رئوستا است. مقاومت متغیر یک قطعه دو سر می باشد که وظیفه آن تأمین مقاومت هایی با میزان متفاوت برای کنترل جریان الکتریکی است. اگر بخواهیم شکل مقاومت متغیر را تصور کنیم بدین گونه است که یکی از دو سر این مقاومت به پایه لغزنده متصل می شود و سر دیگر در مسیر مقاومتی قرار گرفته و اتصالش به عنصر مقاومتی است. محل قرار گیری قطعه لغزنده تعیین کننده مقدار تغییر مقاومت بین خود و مقاومت ثابت است.

۴- انواع دستگاه پتانسیومتر :

پتانسیومترهای چرخشی و خطی دو نوع اصلی این دستگاه ها هستند، از نظر عملکری هر دو نوع کار یکسانی را انجام می دهند ولی ویژگی های ساختی متفاوتی دارند. البته انواع چرخشی و خطی جزء پتانسیومتر های DC می باشند و انواع AC کمی متفاوت هستند. برای خرید دستگاه پتانسیومتر باید دقت خود را به کار بگیریم زیرا این قطعه انواع مختلفی داشته که باید بر اساس استفاده اش خریده شود. مثلا در رادیو و تلویزیون برای کنترل صدا استفاده می شود. همچنین خرید و فروش دستگاه پتانسیومتر مناسب، از نظر ایمنی و راحتی کار اهمیت زیادی دارد.

۱-۴- پتانسیومتر چرخشی :

استفاده پتانسیومتر چرخشی در تعیین میزان ولتاژ تغذیه قابل تنظیم در بخشی از مدار های الکتریکی می باشد. یکی از استفاده های دیگر این پتانسیومتر وجود آن در ترانزیستورهای رادیویی است که ولتاژ آن را کنترل کرده و اتصال دهنده تقویت کننده  پتانسیومتر به منبع تغذیه در آن دکمه چرخشی می باشد. بین دو ترمینال پایانی این دستگاه مقاومتی به شکل نیم دایره قرار می گیرد، همچنین دارای یک ترمینال میانی است که به وسیله پیچ متحرکی که به دکمه چرخشی وصل است، به مقاومت اتصال می یابد. مکانیسم حرکت پیچ متحرک روی مقاومت نیم دایره، از طریق چرخش این دکمه می باشد.

۲-۴- پتانسیومتر خطی :

پیچ مقاومتی که در این پتانسیومتر خطی وجود دارد، بر خلاف نوع چرخشی آن به صورت خطی حرکت می کند، پیچ متحرکی که روی آن وجود دارد، حرکتش خطی می باشد و دو سر مقاومت مستقیما به منبع ولتاژ وصل هستند. یکی از ترمینال ها به پیچ متحرک وصل شده است که به یک انتهای مدار خروجی وصل می شود و ترمینال دیگر مقاومت نیز به انتهای دیگر مدار خروجی وصل می شود. استفاده پتانسیومتر خطی در اندازه گیری مقدار ولتاژ شاخه مدار، میزان مقاومت داخلی المان باتری، پی بردن به تفاوت المان استاندارد با المان باتری، داخل دستگاه های میکس صدا و اکولایزر موسیقی است.

۵- پتانسیومتر دیجیتال :

در تنظیم ولتاژ افست، تنظیم فیلترها، کنترل میزان صدا و روشنایی صفحه و تنظیم کردن سیستم از پتانسیومترهای دیجیتالی استفاده می کنیم. این پتانسیومترها قطعاتی با سه پایه هستند که یکی از پایه ها متحرک بوده و از آن برای تنظیم میزان ولتاژ خروجی استفاده می شود و دو پایه دیگر آن ثابت هستند. از آنجایی که پتانسیومترهای فیزیکی مشکلات و عیب های فراوانی از جمله سایش، آلوده شدن قطعات، مشکل در اندازه، رطوبت، حساسیت به لرزش و تغییر ناچیز مقاومت دارند، پتانسیومترهای دیجیتالی جایگزین آن ها شده اند. در واقع عامل اصلی استفاده بیشتر از پتانسیومترهای دیجیتالی به نسبت مکانیکی دقت بیشتر این دستگاه است.

۱-۵- مزایای دستگاه پتانسیومتر دیجیتال :

دقت بالاتر و اندازه کوچکتر، اتلاف برق بسیار کم، خطای مجاز آن تا ۱+ یا ۱- می باشد، نداشتن قسمت متحرک، قابل بسته بندی در یک تراشه و تأثیر بسیار اندک شرایط محیطی روی آن، از جمله مزایای پتانسیومتر دیجیتالی می باشد.

۲-۵- معایب دستگاه پتانسیومتر دیجیتال :

* استفاده از آن در محیط هایی که دما بالاست و توان بالایی مصرف می شود مناسب نیست.

* در این پتانسیومترها یک حداکثر فرکانس سیگنال تعریف می شود که پهنای باند نامیده شده و به ظرفیت خازنی سوئیچ های الکترونیکی بستگی دارد و توانایی عبور از پایه های مقاومت موجود در ترمینال که میرایی آن ها از ۳ دسی متر کم است را دارد.

* اضافه کردن اعوجاج هارمونیک به سیگنال خروجی که به دلیل غیر خطی بودن مقاومت تنظیم کننده ولتاژ است. TDH یا اعوجاج هارمونیک کار اندازه گیری میزان تخریب سیگنالی که از مقاومت عبور می کند را بر عهده دارد.

۶- نحوه کار دستگاه پتانسیومتر :

نحوه کار پتانسیومترها به این صورت است که با تغییر موقعیت مکانی پیچ متحرک میزان ولتاژ تغییر می کند، در واقع ولتاژ ورودی در کل مدار میزان ثابتی است ولی میزان ولتاژ خروجی به فاصله بین پیچ ثابت و متحرک بستگی داشته و با تغییر موقعیت مکانی پیچ متحرک تغییر می کند به این ترتیب که در انتهای مقاومت دو پایه از منبع ورودی وجود دارد که با حرکت پیچ متحرک به سمت خروجی در طول مقاومت، میزان ولتاژ کم و زیاد می شود. پتانسیومتر که یک جزء الکترونیکی غیر فعال می باشد، تفاوت هایی با رئوستا دارد، از جمله این که رئوستا یک انتهای ثابت داشته و در آن پایه متحرک به مدار متصل است.

ازمهم ترین کاربردهای این دستگاه اساسی مقایسه EMF دو المان، تنظیم ولت متر، آمپر متر و وات متر است. اگر دو باتری را به وسیله یک گالوانومتر به هم وصل کنیم به طوری که پایانه های منفی باتری به هم و پایانه های مثبت آن به گالوانومتر وصل شوند و پتانسیل الکتریکی هر دو المان باتری را یکسان نگه داریم، گالوانومتر عدد صفر را نشان خواهد داد. به این دلیل که هیچ جریان در حال گردشی در مدار وجود ندارد. این مدار در واقع اصل کار دستگاه پتانسیومتر را به ما نشان داده و متکی به این پدیده است.

۷- کاربرد های دستگاه پتانسیومتر :

اندازه گیری میزان مقاومت داخلی المان باتری، اندازه گیری ولتاژ یک شاخه از مدار و مقایسه میزان EMF المان استاندارد با المان باتری از کاربردهای پتانسیومتر می باشد.

۸- حساسیت دستگاه پتانسیومتر :

اگر اختلاف ولتاژ میزان بسیار کمی باشد می توان آن را به وسیله پتانسیومتر اندازه گیری کرد. در ولتاژ درایور یکسان اگر مقاومت پتانسیومتر را افزایش دهیم، طول مقاومت در واحد ولتاژ و در نتیجه میزان حساسیت پتانسیومتر افزایش می یابد، در واقع طول مقاومت با حساسیت پتانسیومتر رابطه مستقیم دارد. با کاهش ولتاژ در یک نقطه ثابت و مشخص از مقاومت پتانسیومتر ولتاژ در طول مقاومت کاهش یافته و میزان حساسیت پتانسیومتر زیاد می شود. نتیجه می گیریم ولتاژ درایور با حساسیت پتانسیومتر رابطه عکس دارد.