PWM Sensoren Begrijpen: Functionaliteit en Testgids

Een toenemend aantal industriële systemen vervangt traditionele analoge signalen door schone, ruis-resistente pulsbreedtemodulatie.

Omdat de PWM-uitgang AAN en UIT schakelt in plaats van een constant analoog niveau te handhaven, resulteert dit in lagere stroomverbruik en minder warmteproductie. We zullen de AAN en UIT operaties later in het artikel uitleggen.

Pulse Width Modulation (PWM) sensoren zijn nu overal. In dit artikel zullen we in detail uitleggen hoe een PWM-sensorsignaal een procesvariabele kan vertegenwoordigen, en u laten zien hoe u het kunt testen met uw betrouwbare digitale multimeter.

PWM-sensoren worden gebruikt in diverse toepassingen. Bijvoorbeeld, ze meten positie en verplaatsing, druk en kracht, monitoren snelheid en RPM, onder andere functies.

Analoge en PWM Sensoren

Laten we beginnen met het identificeren van twee analoge sensoren die vervangen worden door PWM-sensoren.

Potentiometers

Potentiometers waren ooit de voorkeurskeuze voor veel positie-meettoepassingen.

Ze waren ook veelvoorkomend in joysticks, hendels, en pedalen.

Waarom worden ze vervangen door PWM-apparaten? Een potentiometer heeft een metalen wiper die wrijft tegen een weerstandsmateriaal om een variabele weerstand te creëren. Na verloop van tijd worden ze vuil en slijten ze uit. Schoonmaken is bijna onmogelijk, dus ze worden vaak vervangen.

Echter, ze zijn niet volledig verdwenen en zullen waarschijnlijk nog een tijdje aanwezig zijn.

Asencoders

Goed, wat met asencoders? Optische encoders zijn al decennia gebruikt om aspositie te bepalen. Er zijn PWM absolute encoders die betere weerstand bieden tegen stof, olie, trillingen, en schok; ze vertrouwen niet op een LED-lichtbron en codedisc om een uitgangssignaal te genereren.

Hoe PWM Sensoren Werken

Ok, nu we besproken hebben waar u PWM-sensoren kunt vinden en waarom, laten we doorgaan en uitleggen hoe ze werken.

In eenvoudige termen, omvat PWM het aanpassen van de duty cycle van een constant-frequentie digitaal golfvorm. Met een PWM-sensor, weerspiegelen veranderingen in duty cycle variaties in een fysieke parameter, zoals rotatie, positie, of druk.

Duty Cycle en Frequentie

Wat is duty cycle? Laten we beginnen met het bespreken van frequentie.

In Noord-Amerika zijn we allemaal bekend met de 60 Hz frequentie van een AC-lijnspanning.

Op een oscilloscoop toont de AC-lijnspanning een sinusgolf die herhaalt met 60 cycli per seconde.

Met eenvoudige wiskunde kunnen we bepalen dat de tijd om één cyclus te voltooien, de Periode genoemd, 16,67 milliseconden is. Hoe kregen we dat? De Periode is de inverse van de frequentie.

P is de periode van één cyclus.

Golfvormtypen

Niet alle herhalende golfvormen zijn sinusoïdaal of alterneren in polariteit zoals lijndspanning. Er zijn zaagtandgolfvormen en blokgolven, om er een paar te noemen.

PWM is een herhalende golfvorm waar elke half-cyclus in duur kan variëren.

Elke cyclus van de golfvorm heeft een tijd wanneer de spanning AAN is en een andere wanneer het UIT is.

Duty cycle is de verhouding van AAN-tijd tot de periode, of de duur van één cyclus. Duty cycle wordt uitgedrukt als een percentage.

PWM Sensor Voorbeeld

Laten we een voorbeeld bekijken.

We hebben een PWM-sensor met een periode van 2 seconden en een AAN-tijd van 0,5 seconden. De duty cycle is de verhouding van de AAN-tijd tot de totale periode. In dit voorbeeld is dat 0,5 seconden gedeeld door 2 seconden. Onthoud, we drukken de duty cycle uit als een percentage, dus het is 25%.

Het Megatron HTP36 serie apparaat is een single-turn Absolute Encoder met een PWM-uitgang.

Het werkt op een frequentie van 244 Hz. De duty cycle varieert van 10% tot 90%, wat correspondeert met een rotatie van 0 tot 360 graden. Met een voedingsspanning van 5V DC, kunnen we aannemen dat de AAN-tijd spanningspuls 5V DC is.

Waarom varieert de duty cycle van 10% tot 90%? Dit bereik is gemeenschappelijk voor PWM-sensoren, hoewel 5% tot 95% ook typisch is. Het volledige 0% tot 100% bereik wordt niet gebruikt voor diagnostische doeleinden. Een signaal onder 10% of boven 90% duidt op een potentiële foutconditie.

Een PWM-signaal Observeren met een Oscilloscoop

Laten we de golfvorm bekijken die we zouden observeren op een Fluke 190 draagbare, batterij-gevoede oscilloscoop verbonden met de uitgang van deze encoder.

Bij een 0-graden rotatie, observeren we een 10% duty cycle. De golfvormperiode is 4,0 milliseconden, en de AAN-tijd is 0,4 milliseconden.

Bij een rotatie van 360 graden, observeren we een 90% duty cycle. Zoals gebruikelijk, is de golfvormperiode 4,0 milliseconden. De AAN-tijd is 3,6 milliseconden.

Het is de moeite waard om hier op te merken dat de specificatie een maximum duty cycle van 90% aangeeft, wat ruwweg 3,5 ms is.

Waarom het verschil? Essentieel is dit standaardpraktijk op datasheets. De fabrikant rondt waarden af voor eenvoud.

PWM-signalen Meten met een Digitale Multimeter

Nou, het is geweldig als u of uw bedrijf zich een dure draagbare oscilloscoop kan permitteren, maar velen kunnen dat niet.

Alles wat u echt nodig hebt is een DMM (digitale multimeter) met een paar speciale opties, zoals de Fluke 87V, die frequentie en duty cycle kan meten.

Een PWM-sensor is een actief apparaat, in tegenstelling tot een potentiometer, wat passief is. Het heeft stroom nodig om te werken. Er zijn geen ohmmeter tests die u kunt uitvoeren om te bepalen of het dienstbaar is.

Deze specifieke DMM heeft een knop gelabeld Hz met een % procentteken.

Deze knop stelt u in staat om frequentie in hertz en duty cycle als percentage met een enkele druk te meten.

Om frequentie te meten, verbindt u de leads met de VAC DMM-terminalen en zet u de selector op AC volt. Verbinden de leads zoals u deed met de oscilloscoop. Druk de Hz-knop eenmaal, en het display toont de frequentie in hertz.

Onthoud, de PWM-frequentie blijft constant; daarom zou de meting niet moeten veranderen bij het roteren van de encoder.

Om de duty cycle te meten, houdt u dezelfde leads vast. Druk de Hz-knop opnieuw, en het display toont nu de duty cycle als percentage. U zult de duty cycle waarde zien veranderen van 10% tot 90% terwijl u de encoder roteert van 0 tot 360 graden.

Het zal duidelijk zijn of de sensor dood, twijfelachtig, of onstabiel is vanuit de DMM-metingen.

PWM-sensoren Testen met DC Spanning

Als uw DMM niet de optie heeft om frequentie of duty cycle te meten, is niet alles verloren. U kunt nog steeds een grof idee krijgen van de werking van een PWM-sensor door de meter in te stellen op DC volt meting. In deze modus toont de DMM het gemiddelde van de gepulste golfvorm.

Naarmate de duty cycle varieert met encoder rotatie, verandert de gemiddelde DC-spanning ook. Wanneer de duty cycle toeneemt, stijgt de gemeten DC-spanning dienovereenkomstig.

U zult niet in staat zijn om de duty cycle met deze methode te bepalen. Echter, als de DC-spanning onveranderd blijft terwijl de encoder roteert, moet de PWM-sensor als verdacht beschouwd worden.

‍

Samenvatting

PWM-sensoren zijn verrassend gemakkelijk te testen in het veld met een digitale multimeter, mits u duty cycle en frequentie begrijpt.

‍

‍

18 maart 2026