Стандарты для определения надежности не могут определить износ или увеличение контактного сопротивления при данном числе циклов, поскольку эти факторы дополнительно искажаются неодинаковым воздействием в различных применениях перечисленных ранее параметров. Например, могут быть использованы следующие методы испытаний [6]:

с очень малыми перемещениями движка симулируется работа в системах обратной связи; перемещение движка - порядка ±2°, частота тестирования 100 Гц. Этот тест дает результат контактной надежности и отслеживает любое изменение градиента в микродиапазоне, причем на такой, достаточно высокой для автомобильного потенциометра частоте может воспроизводиться 8,6 млн циклов ежедневно;

второй тест, или испытание половины хода, дает информацию относительно изменений линейности, смещения нулевой точки и износа движка. Испытание выполняется на частоте 10 Гц (0,86 млн циклов ежедневно) над 50% длины дорожки. Это дает максимальное изменение линейности, которое позволяет судить об износе. Критерием сброса является, например, удвоение линейности при максимальном контактном сопротивлении относительно состояния нового контактного сопротивления.

Помимо стандартных характеристик, общих для всех датчиков, для потенциометров существует также определение гладкости характеристики, стандартизованное институтом Variable Resistive Components Institute (VRCI). С контактными потенциометрами абсолютная гладкость недостижима, причем определения стандартов VRCI компания Novotechnik находит неадекватным для полного системного анализа, используя для сбора статистики собственные определения гладкости, микролинейности и отрицательных вариаций наклона (RGV) [6].

Гладкость измеряется как отклонение от закономерности характеристики выходного напряжения в пределах данного приращения пути с определенным шагом порядка 1% и выражается в процентах от приложенного напряжения.

Определение гладкости VRCI предполагает использование полосового фильтра для подавления ошибок линейности, потенциометр при этом нагружается сопротивлением порядка 100R_p .

Недостатки этого метода следующие:

1. Использование фильтра создает предпосылку того, что абсолютная скорость движка и ее изменения влияют на значения гладкости. Фильтр, частично интегрирующий и дифференцирующий, дает неточную запись кривой гладкости.

2. Нагрузка, прикладываемая к потенциометру, также вкладывает ошибку, вызывая вариации контактного сопротивления, которое больше с движком на конце дорожки, к которому прикладывается напряжение, и меньше на заземленном конце.

3. Использование окна оценивания в 1% уже недостаточно для современных применений.

4. Иногда произвольный выбор типов фильтров, сопротивления нагрузки и инкремента пути дает значения гладкости, не сравнимые между собой.

В 1978 году компания Novotechnik ввела определение микролинейности, это максимальное отклонение вариаций линейности в пределах пути или углового приращения. Приращение, как при определении гладкости, составляет 1% от электрического диапазона.

Инкременты пути накладываются на кривую линейности с перекрытием, как минимум, в 50%. В отличие от изменений гладкости, ошибка представляет собой чистую максимальную ошибку линейности. Микролинейность, вообще говоря, не позволяет судить о том, подходит ли данный потенциометр для конкретного применения, поскольку могут иметь место вариации градиента (чувствительности) - RGV.

Если в данной точке характеристики градиент более крутой, чем средний, в этом положении более высокий прирост/усиление обратной связи будет приводить к колебаниям обратной связи. Если градиент в данной точке менее крутой, чем средний, повторяемость будет снижена, и, следовательно, снизится точность. Соотношение локальных вариаций градиента потенциометра и может использоваться для сравнения различных устройств.

Флуктуации RGV, измеренные с шагом в 1 мкм с контактными потенциалами Novotechnik, распределены нормально, причем с увеличением шага вариации среднего градиента STDEV снижаются. Показано также, что RGV представляют собой функцию шага измерений, аппроксимируемую функцией квадратного корня:

RGV (X) / RGV (Y) = (Y / X) ^0.5 STDEV, (2.3)

RGV могут служить качественной характеристикой потенциометра. Функциональное соотношение также характеризует максимальное разрешение потенциометра, которое, фактически, не бесконечно, хотя в теории и по заявлениям производителей это так. В кривой RGV как функции шага измерений могут присутствовать и сбойные положения, являющиеся оценочными критериями стабильности и повторяемости системы.

RGV, как говорилось, используются для оценки разрешения [6]. Разрешение - это минимальный порог чувствительности устройства, определяемый механикой или схемой цифровой обработки сигналов.

При измерении значений RGV до 20 потенциометров при серийном производстве с шагом в 0,1° получаются значения RGV порядка ±10% от среднего градиента. Если как предел разрешения специфицировать значения RGV порядка ±10% от среднего градиента. Если как предел разрешения специфицировать значения RGV в ±100%, в соответствии с выражением (2.3) 10% будут соответствовать 1/1000°. Разрешение определяется однородностью (зернистостью) резистивного слоя и параллельностью контактной поверхности контакта движка эквипотенциальным линиям, а также током движка.

Другие важнейшие характеристики потенциометра - это гистерезис и повторяемость.

Гистерезис - смещение передаточной характеристики в вертикальной оси, значение которого определяет дифференциал сигнала напряжения; гистерезис случается, если предписанное положение было пройдено при движении с одной стороны, а затем то же самое положение приближается с другой стороны.

Гистерезис определяется главным образом механическими факторами, такими, как подшипники, для потенциометров - и жесткостью движка, коэффициентом трения между проводящим слоем и движком, для магнитоуправляемых датчиков - также гистерезисом при перемагничивании магнитной системы; для пороговых датчиков с триггером Шмита гистерезис вводится специально. Жесткая механическая связь, уменьшающая гистерезис, достигается за счет введения в датчик пружины.

Для любых датчиков, контактных или бесконтактных, является фактом, что кривая в одном направлении и в противоположном смещена с некоторым постоянным гистерезисом.

Повторяемость - характеристика передаточной кривой, посредством которой определяется перемещение к предписанному положению при движении в том же самом направлении.

При движении из разных направлений используется термин "воспроизводимость" или сумма (двукратное разрешение, суммирование с гистерезисом) [6]. Обе характеристики (повторяемость и воспроизводимость) важны для датчиков как с прямым, так и с обратным ходом.

Во многих листах данных, выпущенных производителями потенциометров, указывается ТКС (температурный коэффициент сопротивления) и коэффициент влажности номинального сопротивления. Если же потенциометры используются как делители напряжения, значения, приводимые в спецификациях, могут быть несоответствующими. Детальные измерения, проведенные Novotechnik, показали, что реальные значения для ТКС составляют порядка 200 ppm/°C и коэффициент влажности сопротивления составляет до 500 ppm/% RH [6]. Причем с потенциометрами - делителями напряжения - эти значения могут быть на два порядка ниже, то есть менее 5 ppm/°C и порядка 5 ppm/% RH, соответственно, в полном диапазоне рабочих температур и влажностей. Но эти значения могут быть достигнуты только с подходящей защитой корпуса и при отсутствии компенсирующих сопротивлений в схеме. Помимо влажности, щеточные потенциометры с контактными дорожками чувствительны и к загрязнениям (пыли), что также устраняется за счет повышения степени защиты корпуса.

Заключение

Электрические измерения являются главным источником получения информации в промышленности и других отраслях народного хозяйства; они используются во многих научных экспериментах, в медицине, конструировании новейших технологических устройств и др.

Говоря о датчиках, построенных на основании потенциометрического эффекта, следует отметить, что специальные конструктивные и технологические приемы позволяют избавляться от недостатков потенциометров. Все резистивные технологии (wirewound и потенциометры с резистивными дорожками, а также гибриды) допускают достаточный диапазон угловых и линейных измерений, подходят для высокотемпературной работы и, с достаточно высокой степенью защиты корпуса - в жестких условиях эксплуатации, обеспечивают стабильный линейный выход.

Преимуществом большинства датчиков, созданных на базе новых технологий, является бесконтактность, но, несмотря на это, потенциометры,