Analog enkoder, ölçtüğü açı veya konum bilgisini analog elektriksel sinyallerle ileten bir enkoder türüdür. Ancak bu tanım iki farklı çıkış ailesini kapsayabilir: konuma göre değişen 0–10 V veya 4–20 mA çıkışlar ve hareket boyunca tekrarlanan sinüs/kosinüs (sin/cos) sinyalleri. Bu iki aile aynı girişe aynı yöntemle bağlanmaz.

“Analog” sözcüğü çıkış arayüzünü anlatır; sensörün mutlaka potansiyometreli olduğu anlamına gelmez. Optik veya manyetik bir enkoder de analog çıkış verebilir. Potansiyometre ise hareketli temasla direnç oranını değiştiren ayrı bir konum algılama elemanıdır. Enkoder çıkış tipleri incelenirken ölçüm yöntemi, elektriksel sinyal ve mekanik yapı ayrı ayrı değerlendirilmelidir.

0–10 V ve 4–20 mA konumu nasıl gösterir?

Uygun bir mutlak enkoderde başlangıç ve bitiş konumları belirli bir gerilim veya akım aralığına eşlenir. Analog gerilim çıkışında konum voltajla, analog akım çıkışında ise akımla temsil edilir. Ölçüm aralığı ve çıkış seçeneği modelin teknik verilerinden kontrol edilir; her cihaz iki çıkışı birlikte sunmaz.

Örnek: 0°–180° aralığı 0–10 V veya 4–20 mA olarak ölçeklensin. Başlangıçta 0 V / 4 mA, 90° konumunda 5 V / 12 mA, bitişte 10 V / 20 mA elde edilir. Aşağıdaki hareket, aynı konumun iki alternatif çıkışta nasıl karşılık bulduğunu gösterir.

Ölçekleme: Bu örnekte açı = 18 × V veya 11,25 × (I − 4) olur; V volt, I miliamper cinsindendir. Genel hesap: konum = başlangıç konumu + [(sinyal − alt sınır) / (üst sınır − alt sınır)] × konum aralığı. Ters çıkış yönü veya farklı uç değerler seçilmişse katsayılar buna göre değiştirilir.

Tam turu kapsayan bir modelde 360°/0° geçişi çıkışın son değerden başlangıca dönmesine neden olabilir. Bu geçiş otomatik olarak arıza değildir. Yazılımda hız veya yön hesaplanırken ölçüm sınırı, örnekleme süresi ve üreticinin tanımladığı taşma davranışı dikkate alınmalıdır.

Sin/cos çıkışı neden farklıdır?

Yaygın 1 Vpp sin/cos arayüzlerinde iki sinyal arasında yaklaşık 90° elektriksel faz farkı vardır. Bu, milin mekanik olarak 90° dönmesi demek değildir. Bir turda çok sayıda sinyal periyodu bulunabilir; uygun elektronik, enterpolasyon ile periyot içindeki konumu hesaplar. Bu tür artımlı enkoderlerde toplam konum için periyot sayımı ve gerekli referans bilgisi de kullanılır.

Sin/cos sinyallerini iki sıradan analog girişe bağlamak her uygulamada yeterli değildir. Eş zamanlı örnekleme, giriş devresi, sinyal genliği ve bant genişliği uyumlu olmalıdır. Resolver da sinüs/kosinüs ilişkili sinyaller kullanabilir; ancak uyarma ve çözümleme gereksinimleri nedeniyle sin/cos enkoderle doğrudan eşdeğer değildir.

PLC bağlantısı ve gerçek ölçüm hassasiyeti

PLC üzerindeki analog giriş/çıkış modülünün kanal türü doğru seçilmelidir. Gerilim girişi ile akım girişi birbirinin yerine kullanılamaz. Besleme, sinyal referansı, giriş empedansı ve akım çıkışının izin verdiği yük birlikte kontrol edilir. 4–20 mA çıkışlı olmak, mutlaka iki telli bağlantı demek değildir. Pin dizilimi üretici şemasından alınmalıdır.

Çözünürlük ile doğruluk aynı şey değildir. İdeal 12 bit bir girişin 0–10 V aralığında nominal adımı yaklaşık 2,44 mV olur. 0°–180° örneğinde bu, yaklaşık 0,044°/adım karşılığıdır; sistemin gerçek hata sınırı değildir. Enkoder doğruluğu, çıkış çözünürlüğü, giriş hatası ve gürültü sonucu birlikte etkiler. Analog ve dijital giriş seçimi yalnız bit sayısına göre yapılmamalıdır.

Konum çıkışından hız ve hareket yönü, ardışık ölçümlerin zaman içindeki değişimiyle hesaplanabilir. Tek bir voltaj veya akım değeri bunların hepsini doğrudan vermez. Örnekleme hızı ve filtre gecikmesi önemlidir. Kare dalgalı artımlı seçeneklerde ise hızlı sayıcı, sayma frekansı ve gerektiğinde line driver alıcısı değerlendirilir; bu bağlantılar analog konum girişinden farklıdır.

Sahada kararlı sinyal ve doğru model seçimi

Ekranlı kablo, uygun kablo güzergâhı ve üreticinin istediği topraklama/ekran bağlantısı ölçümün kararlı kalmasına yardımcı olur. Sinyal kablosunu motor ve sürücü güç kablolarından uygun mesafede tutun. Akım çıkışı da bütün parazitleri ortadan kaldırmaz. Filtreleme gürültüyü azaltabilir; fakat fazla filtre hareket bilgisini geciktirir. Önce kablolama ve sinyal seviyesi kontrol edilmelidir.

4 mA, bu örnekte geçerli başlangıç konumudur. Kopuk kablo veya arıza akımı yalnız cihaz ve giriş modülü destekliyorsa güvenilir biçimde değerlendirilir. Mekanik seçimde delikli mil, kaplin ve montaj aksesuarları ile ortamın IP koruma gereksinimi de önemlidir. Doğrusal yükün kendisi izlenecekse lineer enkoder veya uygun ipli enkoder düşünülmelidir; motor açısı her koşulda yükün gerçek konumunu göstermez.