Inzicht in PWM-sensoren:functionaliteit en testgids

Een toenemend aantal industriële systemen vervangt traditionele analoge signalen door schone, ruisbestendige pulsbreedtemodulatie.

Omdat de PWM-uitgang AAN en UIT schakelt in plaats van een stabiel analoog niveau te handhaven, resulteert dit in een lager energieverbruik en minder warmteproductie. We zullen de AAN- en UIT-handelingen verderop in het artikel uitleggen.

Pulsbreedtemodulatie (PWM)-sensoren zijn nu overal. In dit artikel leggen we in detail uit hoe een PWM-sensorsignaal een procesvariabele kan vertegenwoordigen, en laten we zien hoe je dit kunt testen met je vertrouwde digitale multimeter.

PWM-sensoren worden in verschillende toepassingen gebruikt. Ze meten bijvoorbeeld positie en verplaatsing, druk en kracht, monitoren onder andere de snelheid en het toerental.

Analoge en PWM-sensoren

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

Potentiometers

Potentiometers waren ooit de voorkeurskeuze voor veel toepassingen voor positiemeting.

Ze kwamen ook veel voor in joysticks, hendels en pedalen.

Waarom worden ze vervangen door PWM-apparaten? Een potentiometer heeft een metalen wisser die tegen een resistief materiaal wrijft om een ​​variabele weerstand te creëren. Na verloop van tijd worden ze vies en verslijten ze. Schoonmaken is bijna onmogelijk en daarom worden ze vaak vervangen.

Ze zijn echter nog niet helemaal verdwenen en zullen waarschijnlijk nog een tijdje blijven bestaan.

Ascoders

Oké, hoe zit het met as-encoders? Optische encoders worden al tientallen jaren gebruikt om de aspositie te bepalen. Er zijn PWM absolute encoders die beter bestand zijn tegen stof, olie, trillingen en schokken; ze zijn niet afhankelijk van een LED-lichtbron en codeschijf om een uitgangssignaal te genereren.

Hoe PWM-sensoren werken

Oké, nu we hebben besproken waar je PWM-sensoren kunt vinden en waarom, laten we verder gaan en uitleggen hoe ze werken.

Simpel gezegd omvat PWM het aanpassen van de werkcyclus van een digitale golfvorm met constante frequentie. Met een PWM-sensor weerspiegelen veranderingen in de werkcyclus variaties in een fysieke parameter, zoals rotatie, positie of druk.

Taakcyclus en frequentie

Dus, wat is de duty-cycle? Laten we beginnen met het bespreken van de frequentie.

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

Op een oscilloscoop wordt de AC-lijnspanning weergegeven als een sinusgolf die zich herhaalt met 60 cycli per seconde.

Met behulp van eenvoudige wiskunde kunnen we vaststellen dat de tijd voor het voltooien van één cyclus, de zogenaamde Periode, 16,67 milliseconden bedraagt. Hoe hebben we dat gekregen? De periode is het omgekeerde van de frequentie.

P is de periode van één cyclus.

Golfvormtypen

Niet alle zich herhalende golfvormen zijn sinusoïdaal of afwisselend in polariteit, zoals lijnspanning. Er zijn zaagtandgolfvormen en blokgolfvormen, om er maar een paar te noemen.

PWM is een zich herhalende golfvorm waarbij elke halve cyclus in duur kan variëren.

Elke cyclus van de golfvorm heeft een tijdstip waarop de spanning AAN is en een andere wanneer deze UIT is.

Inschakelduur is de verhouding tussen de AAN-tijd en de periode, oftewel de duur van één cyclus. De inschakelduur wordt uitgedrukt als een percentage.

Voorbeeld van PWM-sensor

Laten we eens naar een voorbeeld kijken.

Wij hebben een PWM-sensor met een periode van 2 seconden en een AAN-tijd van 0,5 seconde. De duty-cycle is de verhouding tussen de AAN-tijd en de totale periode. In dit voorbeeld is dat 0,5 seconde gedeeld door 2 seconden. Vergeet niet dat we de inschakelduur uitdrukken als een percentage, dus het is 25%.

Het apparaat uit de Megatron HTP36-serie is een absolute single-turn encoder met een PWM-uitgang.

Het werkt op een frequentie van 244 Hz. De inschakelduur varieert van 10% tot 90%, wat overeenkomt met een rotatie van 0 tot 360 graden. Bij een voedingsspanning van 5 V DC kunnen we ervan uitgaan dat de AAN-tijdspanningspuls 5 V DC bedraagt.

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

Een PWM-signaal observeren met een oscilloscoop

Laten we eens kijken naar de golfvorm die we zouden waarnemen op een Fluke 190 draagbare, op batterijen werkende oscilloscoop die is aangesloten op de uitgang van deze encoder.

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

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

Het is vermeldenswaard dat de specificatie een maximale dutycycle van 90% vermeldt, wat ongeveer 3,5 ms is.

Waarom het verschil? In wezen is dit de standaardpraktijk op gegevensbladen. Voor de eenvoud rondt de fabrikant de waarden af.

PWM-signalen meten met een digitale multimeter

Nou, het is geweldig als u of uw bedrijf zich een dure draagbare oscilloscoop kunnen veroorloven, maar niet veel mensen kunnen dat.

Het enige dat u echt nodig heeft, is een DMM (digitale multimeter) met een paar speciale opties, zoals de Fluke 87V, die de frequentie en de werkcyclus kan meten.

Een PWM-sensor is een actief apparaat, in tegenstelling tot een potentiometer, die passief is. Het heeft kracht nodig om te kunnen functioneren. Er zijn geen ohmmetertests die u kunt uitvoeren om te bepalen of het apparaat bruikbaar is.

Deze specifieke DMM heeft een knop met het label Hz met een % procentteken.

Met deze knop kunt u met één druk op de knop de frequentie in hertz en de inschakelduur als percentage meten.

Om de frequentie te meten, sluit u de kabels aan op de VAC DMM-terminals en stelt u de keuzeschakelaar in op AC volt. Sluit de kabels aan zoals u deed met de oscilloscoop. Druk één keer op de Hz-knop en het display toont de frequentie in hertz.

Vergeet niet dat de PWM-frequentie constant blijft; daarom mag de uitlezing niet veranderen bij het draaien van de encoder.

Om de inschakelduur te meten, moeten dezelfde kabels aangesloten blijven. Druk nogmaals op de Hz-knop en het display geeft nu de inschakelduur als percentage weer. U zult de duty-cyclewaarde zien veranderen van 10% naar 90% als u de encoder van 0 naar 360 graden draait.

Uit de DMM-metingen zal duidelijk blijken of de sensor defect, twijfelachtig of onstabiel is.

PWM-sensoren testen met gelijkspanning

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

Omdat de duty-cycle varieert met de rotatie van de encoder, verandert ook de gemiddelde gelijkspanning. Wanneer de duty-cycle toeneemt, stijgt de gemeten gelijkspanning overeenkomstig.

Met deze methode kunt u de duty-cycle niet bepalen. Als de gelijkspanning echter onveranderd blijft terwijl de encoder draait, moet de PWM-sensor als verdacht worden beschouwd.

‍

Samenvatting

PWM-sensoren zijn verrassend eenvoudig in het veld te testen met een digitale multimeter, op voorwaarde dat u de werkcyclus en frequentie begrijpt.

‍

‍

18 maart 2026