Membranpotentiometer funktionieren als Spannungsteiler, genauso wie mechanische Potentiometer. Sie bestehen aus drei Hauptmembranen oder -schichten, und die gesamte Einheit benötigt eine Tiefe von weniger als einem Millimeter. Ein wichtiger Zweck der Außenschicht oder Außenmembran des Geräts besteht darin, die darunterliegenden Schichten – die leitenden und resistiven Schichten – frei von Verunreinigungen und mechanischem Trauma zu halten. Alle drei Membranen sind zwar deutlich unter einem Millimeter tief, können aber bei Bedarf mehrere Zoll lang sein.
In einem Membranpotentiometer
Die Außenmembran liegt direkt über der leitenden Membran, die durch einen Hohlraum von der resistiven Membran getrennt ist. Dieser Raum hat etwa die gleiche Dicke wie die einzelnen drei Membranen. Durch Druck auf die Außenmembran, etwa mit dem Finger auf einem Tablet-PC, kommt die leitende Membran in Kontakt mit der resistiven Membran und es wird eine elektrische Verbindung zwischen ihnen hergestellt. Die leitende Membran dient also demselben Zweck wie der Läufer in einem mechanischen Potentiometer.
Abbildung 1: Blick in ein Membranpotentiometer (Quelle: Spectra Signal)
Wie in der obigen Abbildung gezeigt besitzen nicht alle Membranpotentiometer eine Außenschicht. In einigen Anwendungen befindet sich das Gerät in einer geschützten Umgebung und benötigt diese Schicht nicht. In dieser Version wird die leitende Membran Kollektor genannt und besitzt einen Klebeboden zum sicheren Befestigen des Geräts. Diese Abbildung ist natürlich nicht maßstabsgetreu. Wenn alle vier Schichten fest aufeinanderliegen, so wie in einem fertig hergestellten Gerät, beträgt die Gesamtdicke wie gesagt weniger als einen Millimeter.
Abbildung 2: Ein Membranpotentiometer in Betrieb (Quelle: Spectra Signal)
Wie in der Abbildung gezeigt drückt der Benutzer die leitende Membran nach unten durch den Abstandshalter. Die leitende Membran berührt eine Stelle auf der resistiven Membran. Beide Enden der resistiven Membran sind so wie die leitende Membran elektrisch mit dem entsprechenden gefertigten Gerät verbunden. Die zwischen der leitenden Membran und einem der Enden der resistiven Membran gemessene Widerstand hängt nur davon ab, wo die leitende Membran die resistive Membran berührt.
Zweidimensionale Membranpotentiometer
Auf ein Membranpotentiometer entsprechend der bisherigen Definition kann nur entlang einer geraden Linie zugegriffen werden, und es kann jeweils nur einen Widerstandswert zurückgeben. Es können auch Membranpotentiometer mit zwei Dimensionen gefertigt werden, die die gesamte Oberfläche von Touch-Screen-Geräten umfassen, die zwei Widerstände zurückgeben können – einen für den vertikalen Punkt der Berührung und einen für den horizontalen Punkt.
Die Anschlüsse eines solchen Geräts würden wie zuvor die leitende Membran und die linken und rechten Seiten der jetzt rechteckigen resistiven Membran umfassen. Neben diesen drei Anschlüssen würde es zwei weitere geben – einen oben und einen unten an der resistiven Membran. Ein Mikrocontroller würde abwechselnd den Widerstand der leitenden Membran im Vergleich zu oben und unten messen und dann den Widerstand der leitenden Membran im Verhältnis zu links und rechts. Die beiden gemessenen Widerstände würden den Punkt auf dem Touch-Screen definieren, auf den der Benutzer zugegriffen hat.
Membranpotentiometer sind kleiner und günstiger als mechanische Potentiometer. Der Fertigungsprozess ist einfach und lässt sich leicht ändern, sodass Designer genau das bekommen, was sie benötigen, selbst für relativ kleine Läufe. Zudem können diese Potentiometer Herstellern eine kostengünstige Lösung für etwas bieten, das sonst nur schwer zu erreichen wäre.