86370

ПРОВОЛОЧНЫЙ РЕЗИСТОР ПЕРЕМЕННОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Реферат

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Используя исходные данные, будет выполнен расчет проволочного резистора, подбор необходимых материалов. Расчет учитывает все основные параметры и позволяет получить оптимальное решение, при котором материалы используются наиболее эффективно. Кроме того, расчет также производится с учетом обеспечения заданных технических требований и получения проектируемого устройства с высокими электрическими свойствами.

Русский

2015-04-05

332.5 KB

7 чел.

PAGE  30

Министерство образования и науки Украины

Национальный аэрокосмический университет

им. Н.Е. Жуковского «ХАИ»

Кафедра

производства радиоэлектронных систем летательных аппаратов

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ

по дисциплине «Элементная база ЭА»

на тему

ПРОВОЛОЧНЫЙ РЕЗИСТОР ПЕРЕМЕННОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Выполнил:

студент 538а гр.                                                                                      Демиденко А.С.

Проверил:

Ассистент кафедры 502                                                                            Колесник Р.В.

2005

Министерство образования и науки Украины

Национальный аэрокосмический университет

им. Н.Е. Жуковского «ХАИ»

Кафедра

производства радиоэлектронных систем летательных аппаратов

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

по курсу «Элементная база ЭА

Выполнил:

студент 538а гр.                                                                                      Демиденко А.С.

Тема проекта:   Проволочный резистор переменного сопротивления

Исходные данные:  закон изменения логарифмический по основанию 10

рабочее напряжение     150В

максимальное сопротивление                           510Ом

разрешающая способность    0,3%

отклонение от закона не более   2,5%

Задание принял к исполнению

Срок сдачи проекта

2005


Реферат

В данном курсовом проекте производится расчет проволочного однооборотного резистора переменного сопротивления, который изменяется по логарифмическому закону.

Используя исходные данные, будет выполнен расчет проволочного резистора, подбор необходимых материалов. Расчет учитывает все основные параметры и позволяет получить оптимальное решение, при котором материалы используются наиболее эффективно. Кроме того, расчет также производится с учетом обеспечения заданных технических требований и получения проектируемого устройства с высокими электрическими свойствами.

К данному курсовому проекту прилагаются сборочные чертежи для более детального и наглядного рассмотрения конструкции.


Реферат

У даному курсовому проекті проводиться розрахунок дротового однообертового резистора змінного опору, що змінюється за логарифмiчним законом.

Використовуючи початкові дані буде виконаний розрахунок дротового резистора, підбір необхідних матеріалів. Розрахунок ураховує всі основні параметри й дозволяє одержати оптимальне рішення, при якому матеріали використаються найбільш ефективно. Крім того, розрахунок також проводиться з урахуванням забезпечення заданих технічних вимог й одержання проектованого пристрою з високими електричними властивостями.

До даного курсового проекта були додані креслення, які забезпечують більш детальне і наглядне вивчення конструкції.


СОДЕРЖАНИЕ

Введение......................................................................................................................6

  1.  Общие сведения о потенциометрах……………………………………………......7
    1.  Назначение……………………………………………………………………....7
    2.  Классификация потенциометров и их конструктивные особенности……....7
    3.  Основные параметры переменных резисторов……………………………...10
    4.  Материалы, применяемые при изготовлении потенциометров…...…...…...15
  2.  Расчет потенциометров............................................................................................18
    1.  Расчет линейного потенциометра.....................................................................18
    2.  Расчет профиля каркаса.....................................................................................19
  3.  Обоснование применяемых конструктивных решений и выбора применяемых материалов................................................................................................................24
  4.  Описание конструкции по сборочному чертежу...................................................29

Заключение................................................................................................................30

Перечень ссылок.......................................................................................................31

Приложение А

Приложение Б


ВВЕДЕНИЕ

Переменные резисторы на сегодняшний день являются одними из самых распространенных элементов. Они нашли широкое применение в радиоэлектронной, телевизионной, звукозаписывающей и звуковоспроизводящей аппаратуре.

Потенциометры имеют несложную конструкцию, небольшое количество конструктивных узлов и деталей и являются одними из самых надежных элементов электронной техники. Современные переменные резисторы отличаются высокими техническими характеристиками и надежно работают в жестких условиях эксплуатации.

Разработка переменных резисторов – это решение совокупности сложных технических задач по синтезу проводящих и изолирующих материалов, расчету элементов конструкции и определению оптимальных технологических режимов их изготовления. Правильное размещение переменных резисторов в аппаратуре и выбор оптимального варианта их крепления являются одним из важных моментов при конструировании аппаратуры.

Конструирование и особенно производство потенциометров связано с большими трудностями, вытекающими из предъявляемых к потенциометрам требований. В частности, они должны надежно работать в тяжелых климатических и температурных условиях, при скоростях вращения достигающих несколько тысяч оборотов в минуту, с обязательным сохранением стабильности и высокой точности электрических характеристик.


1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОТЕНЦИОМЕТРАХ

1.1 Назначение

Потенциометр предназначен для плавного или скачкообразного изменения электрического напряжения и определяется как регулируемый делитель напряжения, построенный из активных сопротивлений (проволочных, пленочных, жидкостных и др.).

Потенциометры применяются в схемах вычислительных устройств, в системах автоматического следящего привода и измерительных мостовых схемах.

В большинстве случаев они служат в качестве датчиков угловых и линейных перемещений, преобразуя последние в соответствующие им по величине электрические напряжения.

Конструктивно простейший потенциометр представляет собой электрический проводник (резистивный элемент) с достаточно большим омическим сопротивлением, по которому скользит подвижный контакт, включающий в электрическую сеть любую часть заданного напряжения. Следовательно, с помощью потенциометра, сопротивление которого распределено по некоторому закону, можно не только преобразовать механическую величину в электрическую, но и реализовать требуемую функциональную связь между этими величинами.

1.2 Классификация потенциометров и их конструктивные особенности

Переменный резистор — это резистор, у которого при перемещении подвижной системы меняется электрическое сопротивление между ее подвижным контактом и выводами резистивного элемента. Переменные резисторы предназначены для регулирования: напряжения и тока в электрических цепях, или подстройки сопротивления элементов схем электронной аппаратуры, поэтому в зависимости от назначения они разделяются на построечные и регулировочные (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 – Классификация переменных резисторов

Особую группу прецизионных переменных резисторов специального назначения составляют так называемые потенциометры, отличающиеся высокой точностью воспроизведения функциональной характеристики. Они применяются в следящих системах, в вычислительных и измерительных устройствах и т. п.

Построечные резисторы рассчитаны на разовые или периодические подстройки аппаратуры, их износоустойчивость невелика — до 1000 циклов перемещения подвижной системы. Регулировочные резисторы используются при многократных регулировках аппаратуры, обладают большой износоустойчивостью — более 5000 циклов. По характеру зависимости сопротивления от перемещения подвижной системы они разделяются на резисторы с линейной и нелинейной функциональной зависимостью (логарифмические, обратно-логарифмические, характеристики типа Е, И, S, Н и др.).

В зависимости от материала резистивного элемента переменные резисторы делятся на проволочные и непроволочные Последние, в свою очередь, подразделяются на композиционные, керметные, пластиковые, металлоокисные и металлизированные Композиционные резисторы бывают пленочные и объемные. Их резистивный элемент выполняется на основе композиций, представляющих собой гетерогенную систему из нескольких фаз, получаемую путем механического смешивания проводящего компонента (графита или сажи) с органическими или неорганическими связующими, наполнителя, пластификатора и отвердителя.

Резистивный элемент керметных резисторов представляет собой композиционный слой из диэлектрика и металла (окислов металлов). По существу это тоже композиционные резисторы

Резистивный элемент пластиковых резисторов выполнен на основе проводящих пластмасс.

Металлоокисные и металлизированные резисторы имеют резистивный элемент, выполненный в виде микрокомпозиционного слоя из окислов металлов или сплавов металлов.

Разновидностей переменных резисторов по конструктивному исполнению, вообще говоря, довольно много. В классификации приведены лишь основные, которые в значительной степени определяют электрические и эксплуатационные характеристики. Сюда можно отнести резисторы: для навесного и печатного монтажа; одноэлементные; многоэлементные (сдвоенные, строенные, счетверенные); с круговым и поступательным перемещением подвижного контакта; однооборотные; многооборотные.

Существует еще несколько конструктивных разновидностей. Хотя они и не оказывают сильного влияния на параметры резисторов, тем не менее о них следует упомянуть. Это резисторы: с выключателем и без выключателя; с упором и без упора; с дополнительными отводами и без дополнительных отводов; со стопорением и без стопорения вала; с зависимым и независимым вращением подвижной системы; нормального и тропического исполнения; цилиндрические, прямоугольные, квадратные и т. п. [1,5]

1.3 Основные параметры переменных резисторов

Для описания свойств переменных резисторов принята определенная система параметров и характеристик, которая дает полную информацию об электрических, конструктивных, эксплуатационных характеристиках, а также о надежности изделия.

Номинальное сопротивление (RH) переменного резистора – это обозначенное на корпусе или указанное в нормативной документации электрическое сопротивление между крайними выводами 1 и 3 резистивного элемента. Оно является исходным для отсчета отклонения фактического значения сопротивления от номинального.

Полное сопротивление переменного резистора RП – это сопротивление резистивного элемента, измеренное между выводами 1 и 3 при установке подвижной системы в крайнее положение. Полное сопротивление резистора обычно несколько отличается от номинального сопротивления, на которое настраивается производство резистора, вследствие отклонений в технологическом процессе производства изделий. Разница между номинальным и полным сопротивлением, выраженная в процентах по отношению к номинальному значению, называется отклонением от номинального сопротивления. Это отклонение не должно превышать некоторого допускаемого значения.

Допускаемое отклонение сопротивления резистора ΔR – отклонение полного сопротивления от номинального, находящееся в пределах, установленных нормативной документацией. Значение допускаемого отклонения указывается в процентах. Переменные резисторы могут выполняться с допускаемыми отклонениями сопротивления ±5, ±10, ±20 и ±30 %.

Регулирование сопротивления переменного резистора осуществляется за счет перемещения подвижного контакта по поверхности резистивного элемента. Электрическое сопротивление, между выводом 1 резистивного элемента и выводом 2 подвижного контакта называется установленным сопротивлением переменного резистора. Значение  установленного сопротивления изменяется при перемещении подвижной системы резистора. Для переменных резисторов нормируются следующие значения установленного сопротивления в определенных положениях подвижной системы.

Минимальное сопротивление Rмин переменного резистора – это установленное сопротивление, измеренное при доведении подвижной системы до соответствующего упора при вращении оси против часовой стрелки. Для резисторов, не имеющих упоров, минимальное сопротивление соответствует наименьшему значению установленного сопротивления.

Минимальное сопротивление соответствует положению подвижной системы, когда контакт соприкасается с поверхностью контактной площадки резистивного элемента. При перемещении подвижной системы резистора в момент, соответствующий переходу подвижного контакта с контактной площадки на токопроводящий слой резистивного элемента, возможно резкое изменение установленного сопротивления, называемое начальным скачком сопротивления.

Начальный скачок сопротивления Rн.с. – значение сопротивления, начиная с которого имеет место плавное увеличение сопротивления, пропорциональное перемещению подвижного контакта. Обычно начальный скачок сопротивления имеет место, когда подвижный контакт сходит с контактной площадки. Сопротивление при этом увеличивается от минимального Rмин до Rн.с. Значения минимального сопротивления принято выражать в омах, а начальный скачок в долях или процентах номинального сопротивления резистора.

Регулирование сопротивления переменных резисторов происходит при изменении положения подвижной системы. Большинство переменных резисторов имеет ограниченный угол поворота или ограниченный ход (для движковых резисторов) подвижной системы. При этом различают механический, электрический и рабочий угол поворота или ход подвижной системы переменного резистора.

Механический угол поворота αп – полный угол поворота подвижной системы переменного резистора от упора до упора.

Электрический угол поворота αэ – угол поворота подвижной системы, в пределах которого происходит изменение электрического сопротивления переменного резистора.

Рабочий угол поворота αр – угол поворота подвижной системы, в пределах которого воспроизводится заданная функциональная характеристика переменного резистора.

В реальных конструкциях переменных резисторов обычно выполняется условие αп > αэ > αр .

Функциональная характеристика – зависимость установленного электрического сопротивления от положения подвижной системы – является важнейшей характеристикой переменного резистора. Она показывает зависимость сопротивления между подвижным контактом и выводами 1 или 3 резистивного элемента от угла поворота или перемещения регулировочного органа резистора. По характеру функциональной зависимости переменные резисторы делятся на линейные и нелинейные.

Разрешающая способность показывает, при каком наименьшем изменении угла поворота подвижной системы резистора изменение установленного сопротивления может быть различимо. Разрешающая способность переменных проволочных резисторов зависит от числа витков резистивного элемента и определяется тем наименьшим перемещением подвижного контакта, при котором происходит различимое изменение значения установленного сопротивления (чем больше витков, тем меньше скачки установленного сопротивления и выше разрешающая способность).

Собственные шумы. На выводах любого резистора всегда существует переменное напряжение, характеризующееся непрерывным широким спектром и примерно одинаковой интенсивностью всех составляющих. В проволочных резисторах появление шумового напряжения связано с тепловым движением свободных электронов.

Шумы перемещения подвижной системы являются важным параметром переменного резистора и в значительной мере определяют возможности применения резистора того или иного типа в конкретной схеме. При перемещении подвижной системы резистора на закономерное изменение установленного сопротивления в соответствии с заданной функциональной характеристикой накладывается некоторая переменная составляющая. Если между выводами 1 и 3 резистора приложено некоторое напряжение, то в процессе регулирования снимаемое с выводов 2 и 3 выходное напряжение будет содержать переменную составляющую помех, называемую напряжением шумов перемещения подвижной системы переменного резистора. Шумы перемещения особенно характерны для непроволочных переменных резисторов.

Номинальная мощность и предельное напряжение. Под номинальной мощностью Рн понимается максимально допустимая мощность, которую резистор может длительное время рассеивать при непрерывной электрической нагрузке в заданных условиях, сохраняя параметры в установленных пределах.

Ограничивающими факторами при работе резистора являются температура нагрева и максимальное напряжение. С повышением температуры окружающей среды теплоотдача ухудшается, происходит перегрев резистора сверх допустимой температуры, в результате чего появляется необходимость снижения электрической нагрузки, т. е. уменьшения рассеиваемой мощности. Иными словами, фактическая мощность рассеяния связана с окружающей температурой и условиями эксплуатации. Обычно приводятся зависимости мощности от температуры, по которым выбирается электрическая нагрузка в зависимости от условий использования резистора.

Мощность, которую может рассеивать резистор, зависит от конструкции и физических свойств примененных материалов. Чем выше теплостойкость конструкционных и резистивных материалов, тем выше рассеиваемая мощность для данного объема резистора.

Предельное рабочее напряжение – максимальное напряжение для данного типа резистора, которое устанавливается, исходя из его конструкции, размеров и условий обеспечения длительной работоспособности.

При нормальном и повышенном атмосферном давлении предельное напряжение на резисторе ограничивается тепловыми процессами в резистивном элементе и электрической прочностью резистора, а при пониженных давлениях основным ограничивающим фактором является электрическая прочность, которая уменьшается со снижением атмосферного давления. Здесь возможны электрический пробой или поверхностное перекрытие. При очень низких давлениях электрическая прочность возрастает, так как число носителей зарядов в окружающей среде падает.

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) резистора характеризует относительное изменение сопротивления при изменении внешней температуры на 1 К. ТКС резистора зависит в основном от температурного коэффициента материала резистивного элемента.

Износоустойчивость – способность резистора сохранять свои параметры в определенных пределах при многократных вращениях подвижной системы. Это одна из основных эксплуатационных характеристик переменных резисторов.

Количественно износоустойчивость оценивается числом циклов перемещения подвижной системы в течение срока службы при сохранении стабильности параметров в пределах установленных допусков и определяется в основном конструкцией, материалом и формой подвижного контакта и резистивного элемента и контактным давлением. Циклом называется перемещение подвижной системы от упора до упора и обратно.

При вращении подвижной системы происходит износ как самого резистивного элемента, так и подвижного контакта. Этот процесс тем интенсивнее, чем больше контактное усилие. Отсюда следует, что для повышения износоустойчивости необходимо снижать контактное давление, но в этом случае вследствие уменьшения момента вращения подвижной системы снижается стойкость к механическим воздействиям. Поэтому очень трудно соблюсти требование высокой износоустойчивости при сохранении механической стойкости.

Для точных потенциометров, работающих в следящих системах, характерны низкие контактные давления соответственно малые моменты вращения. Их износоустойчивость достигает 105 – 107 поворотов, но при этом вибрационная и ударная стойкость ниже. Регулировочные резисторы общего применения обладают хорошей механической стойкостью, но их износоустойчивость ниже и лежит в пределах 5000 – 50 000 циклов. Подстроечные резисторы имеют износоустойчивость 500 – 1000 циклов. [1,3]

1.4 Материалы, применяемые при изготовлении потенциометров

Основным элементом конструкций переменных проволочных резисторов является ПЭ, состоящий из провода (изолированного или неизолированного), намотанного на изоляционный каркас. Скользящий контакт перемещается по предварительно зачищенному (при использовании изолированной поволоки) участку элемента таким образом, чтобы не нарушалось контактирование.

Основные электрические параметры резистора обусловлены свойствами проводящих и контактных материалов, используемых в его конструкции. Рассмотрим свойства материалов, наиболее широко применяемых в конструкциях переменных проволочных резисторов.

Проводящие материалы.

Для обеспечения высоких эксплуатационных параметров проволочного резистора необходимо, чтобы проводящий материал обладал следующими свойствами: высокой стабильностью удельного сопротивления во времени, малым ТКС, высокой коррозионной устойчивостью, малой термо-э.д.с. относительно меди, способностью протягиваться в провод диаметром в десятые – сотые доли миллиметра. Комплексом перечисленных свойств обладают специальные сплавы на основе никеля, хрома, меди, марганца, а также сплавы на основе благородных металлов. Кроме того, проводящий материал должен иметь малое и стабильное во времени контактное сопротивление в паре с материалом скользящего контакта. Это требование особенно важно при выборе материалов для низкоомных резисторов, поэтому наряду со сплавами из неблагородных металлов в качестве проводящих материалов стали использоваться сплавы с палладием, серебром и золотом.

Для особо ответственных конструкций переменных проволочных резисторов используют сплавы золота и серебра, имеющие хорошие контактные свойства и высокую коррозионную стойкость; однако такие сплавы применяются ограниченно вследствие их высокой стоимости.

Контактные материалы.

Регулирование сопротивления резистора обычно осуществляется с помощью пружин со скользящим контактом. Скользящим контактами обычно служат части пружины, которые непосредственно соприкасаются с ПЭ или токосъемным кольцом, обеспечивая электрический контакт со средним выводом резистора. Скользящий контакт может выполняться совместно с пружиной из того же материала или в виде специальной накладки из другого материала, которая надежно крепиться к пружине; в ряде конструкции скользящим контактом служит металл, наносимый на пружину в местах контактирования.

Материалы скользящих контактов должны обладать следующими свойствами: малым удельным объемным сопротивлением, высокой коррозионной стойкостью при повышенной температуре и влажности, высокой эрозионной стойкостью и стойкостью против сваривания, малой термо-э.д.с., устойчивостью к спеканию контактов, высокой износоустойчивостью в паре с проволокой ПЭ, а также малым, стабильным во времени контактным сопротивлением в паре с токосъемником и ПЭ. Перечисленным требованиям удовлетворяют некоторые редкие металлы, а также благородные металлы и сплавы на их основе.

Материалы, из которых выполняются упругие элементы контактных систем резисторов (пружины и т. п.), должны обладать хорошими упругими свойствами, стабильными во времени, и при воздействии повышенных температур иметь малую термо-э.д.с. относительно меди, высокую коррозионную стойкость, высокую износоустойчивость в паре с материалом ПЭ. В качестве материала для контактных пружин проволочных резисторов часто используются оловянно-фосфористая бронза марок БрОФ 6,5-1,5 и БрОФ 4-0,25 и кремниево-марганцевая бронза марки БрКМц, медно никелевый сплав нейзильбер, а также сплавы из благородных металлов.

Каркасы ПЭ резисторов выполняют из керамики, термостойких пресс-материалов (АГ-4, К-211-3), секлотекстолита СТ- и СКМ-1, электротехнического картона и т. п. Крепление проволоки на каркасах, а также приклейка ПЭ к корпусам или стойкам осуществляется лаками К-47, К-57, КО-815, клеем БФ, клеем на основе эпоксидных смол ЭД-5 и ЭД-6.

При герметизации резисторов используют компаунды на основе смол ЭД-5, ЭД-6, Т-10 с различными наполнителями. Для выводов резисторов используют медную, латунную или никелевую проволоку, покрытую серебром, золотом или оловянно-свинцовыми припоями; а также монтажные провода различных марок.

Для изготовления различных элементов конструкций широко используют фторопласт-4, кремнийорганические резины марок 14р-2 и 14р-6, полиамидные смолы и другие изоляционные материалы. [1,2,5]


2 РАСЧТ ПОТЕНЦИОМЕТРОВ

2.1 Расчет линейного потенциометра

Основные величины, характеризующие потенциометр:

r0 – общее сопротивление в ом;

l0 0) рабочая длина каркаса или рабочий угол поворота движка потенциометра (максимальное перемещение движка) в мм или град.;

D0 – средний расчетный диаметр каркаса в мм;

H – высота каркаса линейного потенциометра в мм;

b – ширина или толщина каркаса в мм;

d – диаметр провода обмотки без изоляции в мм;

dи  диаметр провода обмотки с изоляцией в мм;

ρ – удельное сопротивление материала провода в ом·мм2/м;

t — шаг намотки, т. е. расстояние между серединами двух соседних витков в мм;

п — число витков обмотки.

Величины α0, D0 и l0 связаны соотношением

.                                                  (2.1)

Величины l0, п и t связаны соотношением

.                                                        (2.2)

На практике обычно принимают

t  = dи + (0,012÷0,015) мм,                (2.3)

поэтому после замены в формуле (1.2) t на dи

l0 = n[dи+ (0,012÷0,015)] мм.          (2.4)

При выборе диаметра и марки провода, кроме габаритных размеров и общего сопротивления для обеспечения стабильной работы потенциометра необходимо знать также тепловой режим. Плотность тока не должна превышать 9,8А/мм2. Как известно

                                                (2.5)

Исходя из формулы (2.5) определяют диаметр провода и по формуле (2.3) – шаг намотки

(мм)                                     (2.6)

Затем определяют диаметр каркаса по формуле

(мм)                                     (2.7)

2.3 Расчет профиля каркаса

Расчет функционального потенциометра целесообразно разбить на две части.

1) Расчет эквивалентного линейного потенциометра, имеющего такие же, как у проектируемого функционального, основные величины D0, α0, b, R0, ρ, d, δТ, δ.

В результате этого расчета найдем величину Н, т. е. высоту каркаса эквивалентного линейного потенциометра. Эта часть расчета может быть выполнена известными методами.

2) Расчет профиля каркаса. Рассмотрим расчет функционального потенциометра с плоским профильным каркасом. Закон изменения сопротивления этого потенциометра должен соответствовать заданной функциональной зависимости. Соответствие определяется формой выреза каркаса, т. е. его профилем (рис. 2.1).

Рисунок 2.1 – Каркас функционального потенциометра с непрерывной намоткой

а – пластина с обмоткой, б – сечение пластины с обмоткой, в – изогнутый каркас

Путь, который проходит скользящий движок от начала обмотки,

,

где D0средний расчетный диаметр каркаса;

φ – полный угол поворота оси с движком.

При перемещении движка на расстояние  сопротивление потенциометра изменится на величину .

Для значений  можно написать

,

или при перемещении движка на один виток

.

Разделив полученное значение  на удельное сопротивление провода ρ, получим длину одного витка

.         (2.8)

Та же длина витка может быть выражена через геометрические размеры каркаса по формуле

.                                                 (2.9)

Приравняв полученные двумя методами выражения длины витка, найдем

,

откуда высота каркаса

.                                         (2.10)

Если для кольцевого каркаса dlx заменить на , то выражение (2.10) примет вид

.                                    (2.11)

Так как функция задается в виде и непосредственно из нее получить производную dR/ нельзя, то целесообразно dR/ представить в виде

.                                           2.12)

Производную dR/dy можно определить из уравнения

, откуда  .                     (2.13)

Производную dy/ можно найти непосредственно из уравнения заданной функции, и, наконец, / в большинстве случаев является величиной постоянной, т. е.

.                                         (2.14)

Таким образом,

.                                     (2.15)

После подстановки полученного выражения в формулу (2.11) будем иметь

.                              (2.16)

В целях упрощения формулы введем обозначение

,

тогда получим

.                                        (2.17)

По техническому заданию закон изменения сопротивления логарифмический по основанию 10:

,                                              (2.18)

Следовательно

.                                          (2.19)

Рисунок 2.2 – Вид профиля каркаса


3 ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЯЕМЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ И ВЫБОРА ПРИМЕНЯЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ

При разработке потенциометров кроме создания оптимальной конструкции приходится решать задачу выбора материала для резистивного элемента и электроизоляционных покрытий, для контактов, корпусов, каркасов, осей, элементов крепления.

Выбор проволоки для обмотки потенциометров зависит от предъявляемых к ним требований, которые весьма разнообразны, поэтому для ее изготовления применяются различные сплавы, главным образом: константан, нихром, платина-иридий, платина–медь, палладий–серебро, золото–никель.

Материал проволоки обмотки потенциометров, как уже указывалось  в раздел 1.4,  должен иметь высокое удельное сопротивление, стабильные свойства во времени, малый температурный коэффициент омического сопротивления, малую термо-э.д.с. относительно меди, большую коррозионную стойкость, высокое качество изоляции, большую прочность на разрыв, малое относительное  удлинение при растяжении и способность протягиваться в провод диаметром десятые – сотые доли миллиметра. В приборостроении для намотки потенциометров в основном применяют провод диаметром 0.03 – 0.3 мм. Наиболее используемым является провод диаметром 0.06 – 0.12 мм.

Для обмотки потенциометров средней точности используют константан (сплав меди и никеля) или нихром (сплав на хромоникелевой основе), а для наиболее ответственных высокоточных потенциометров – сплав на основе благородных металлов.

В конструкциях ПЭ проволочных резисторов широко используются сплавы никеля с хромом, обладающие низким ТКС в широком интервале температур, небольшой термо-э.д.с. и высокой стабильностью сопротивления во времени. Окисные пленки, образующиеся на проводах из этих сплавов, имеют небольшие и стабильные контактные сопротивления в широком интервале температур. Сплавы Х15Н60 и Х20Н80 обладают хорошими пластическими свойствами; из них выполняются провода диаметром от 0,009 мм и более, которые используются для миниатюрных высокоомных резисторов. Высокая твердость нихромовых сплавов позволяет обеспечить ПЭ резисторов высокую износоустойчивость.

Медно-марганцевые и медно-никелевые сплавы – манганин и константан используются ограниченно в качестве материалов проволочных резисторов. Это связано с рядом специфических свойств. Так, ТКС манганина равен 10-6 в интервале температур +5 ÷ +60 ºС, вне этого диапазона ТКС возрастает, а также ухудшается стабильность удельного сопротивления во времени. Уменьшение ТКС и повышение стабильности удельного сопротивления могут быть достигнуты термической обработкой – отжигом при температуре 350 – 500 ºС в вакууме с последующим медленным охлаждением и дополнительной длительной выдержкой при комнатной температуре. Оксидные пленки, образующиеся на поверхности манганина, имеют значительное сопротивление, что ограничивает его применение в конструкциях переменных резисторов.

Константан имеет высокую термо-э.д.с. относительно меди (до 40 мкВ/К), что ограничивает его использование для прецизионных переменных резисторов. При воздействии на константан температур выше 100 – 150 ºС на его поверхности образуются оксидные пленки, обладающие значительным сопротивлением. Поэтому в конструкциях малогабаритных переменных резисторов, где небольшие давления скользящего контакта  на ПЭ, константан применяется редко.

Таблица 1. Химический состав и физико-механические свойства сплавов, применяемых для обмоточной проволоки.

Сплав

Химический

состав

Удельное

сопротив-

ление

при 20°С

Ом мм2

Темпера-турный

коэффи-

циент

сопротив-

ления

град.-1

Термоэлек-

тродвижу-

щая

сила по

отношению

к меди

мкв/°С

Допу-

стимая

темпе

ратура

нагрева

°С

Предел

проч-

ности

при

растя-

жении

кг/мм2

Относи-

тельное

удлине-

ние γ

%

Конс-

тантан

Си 54÷67;

Ni 30÷45;

Mn 1÷3

0.48-0.52

-0.000005

-30÷40

400

40-50

15÷35

Нихром

Ni 55÷80;

Cr 14÷20;

Fe 14÷18;

Mn 1÷2

1.05-1.12

-0.00013

-

1100

70-75

30

Платина-

никель

Pt 93÷95;

Ni 5÷7

0.11-0.5

+0.00022÷

0.00071

-0.5÷5

-

-

-

Платина-

медь

Pt 90÷98;

Ni 5÷7

0.15-0.57

+0.0002÷

0.00183

-0.5÷5

-

-

-

Платина-

серебро

Pd 30÷36;

Ag 63÷70

0.14-0.16

+0.00032÷

0.00041

-1.2÷1.4

-

-

-

Стремление к миниатюризации потенциометров (как и других элементов специальных схем) привело к использованию провода диаметром 0.01 мм. Такой провод должен иметь высокую прочность при растяжении.

Проволочные потенциометры наматывают как неэмалированной, так и эмалированной проволокой. В первом случае обмотка должна быть с шагом, гарантирующим отсутствие короткозамкнутых витков, во втором – может быть плотной (виток к витку).

Сейчас проволока для обмотки потенциометров, работающих в ответственных схемах, как правило, имеет изоляцию винифлекс или металвин. Для остальных потенциометров применяют проволоку с обычной эмалевой изоляцией.

Для изготовления обмотки потенциометра в данной работе был выбран материал нихром. Этот выбор был сделан на основании его вышеизложенных характеристик и тому что имея больше удельное сопротивление позволяет уменьшить конструкцию.

Для изготовления каркасов проволочных потенциометров применяют самые разнообразные материалы. Критерием для выбора материала являются его диэлектрические, антикоррозионные и оптимальные свойства, отвечающие тем или иным требованиям к потенциометрам в зависимости от их габаритных размеров, необходимой прочности и жесткости, точности размеров и формы каркасов. Выбор материалов в значительной степени зависит и от точности линейной и функциональной характеристики потенциометров и от программы их выпуска.

Чаще других для каркасов используют различные неметаллические материалы (диэлектрик) и алюминиевые сплавы. Диэлектрики применяются в тех случаях, когда не предъявляются высокие требования к точности размеров и жесткости каркасов, а каркасы повышенной точности изготовляют из материалов.

Неметаллические материалы. К этой группе относятся слоистые пластинки (текстолит, гетинакс, электротехнический эбонит), пресспорошки, а также пластмасса АГ-4; кроме того, иногда используют керамику и стекло, а также неолейкорит и синоксаль.

Слоистые пластины представляют собой широко распространенную группу высокопрочных конструкционных материалов на основе армирующих хлопчатобумажных и асбестовых тканей и связующих резальных финалформальдегидовых смол.

Механические свойства слоистых пластин довольно резко отличаются от свойства листовых материалов из металлов. В частности слоистые пластины уступают металлам по модулю упругости и по прочности. Однако в некоторых случаях в конструкционном отношении слоистые пластины оказываются более пригодными, чем металлы благодаря способности поглощать вибрацию.

Текстолит содержит в своей основе хлопчатобумажные, льняные и синтетические ткани.

Гетинакс – слоистая пластмасса из спрессованных листов сульфатной бумаги, пропитанных термореактивными смолами.

Физико-механические свойства этих и других материалов приведены в таблице 3.2.

Таблица 2. Физико–механические свойства слоистых пластмасс

Диэлектрик

Удель-ный

вес в

г/см3

Влаго-

погла-щаемость

в %

Темпе-ратура

Размяг-чения

в °С

Проч-

ность

Удельная

ударная

вязкость

в кг/см

Удель-

ное

объем-

ное

сопротив-ление

В Ом см

Диэлек-

трич.

прони-

цаемость

Электр.

проч-

ность

в кв/см

Гетинакс А

1.25-1.4

4

150

30

13

1011

5-6

200-240

Гетинакс Б

1.25

4

150

30

20

1010

5-6

200-240

Текстолит

А

1.3-1.4

3

130

30

20

1010

5-8

200-230

Текстолит

Б

1.3-1.4

2

120

30

25

109

5-8

200-230

Текстолит

на шифоне

1.3-1.4

1.5

120

30

25

1010

5-8

200-230

Эбонит

1.25

0.15

50-75

-

15

1015

3.5

150

Плексиглас

1.2

0.17

60-80

25

8-20

1014

3.2

240

Следуя изложенным выше качествам, для материала каркаса был выбран текстолит на шифоне, обладающий более низкой влагопоглащаемостю, чем Гетинакс А(Б) и Текстолит А(Б) и более высокой температурой размягчения, чем Эбонит и Плексиглас.


4 ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПО СБОРОЧНОМУ ЧЕРТЕЖУ

В данном курсовом проекте производился расчет проволочного однооборотного резистора переменного сопротивления, который изменяется по логарифмическому закону.

Однооборотный проволочный потенциометр, как устройство, представляет собой резистивный элемент из проволоки малого диаметра с высоким омическим сопротивлением, намотанный в один ряд на изолированный каркас (поз.3). Крепление каркаса к корпусу (поз.1) осуществляется с помощью трех латунных заклепок.

При изготовлении корпуса в него вставляется стальная втулка (поз.6), обеспечивающая более прочное и надежное крепление резистора. Во втулку вставляется стальная ось (поз.4) с канавкой для стопорного кольца. На эту ось одевается стальная скоба (поз.5), которая крепиться к корпусу посредством латунной заклепки. Следом на ось одевается ползунок (поз.2), который обеспечивает токосъем с резистивного элемента. Ползунок фиксируется на оси с помощью стопорного винта.

Токовывод (поз.9) и два малых токовывода (поз.7) крепятся к корпусу посредством латунных заклепок одновременно с каркасом и скобой.

Затем корпус закрывается крышкой (поз.8). Крышка крепится к корпусу клеем марки БФ-4 ГОСТ 12172-74.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте был спроектирован и рассчитан однооборотный проволочный резистор переменного сопротивления. Каркас был спроектирован таким образом, чтобы реализовать заданный по условию логарифмический закон изменения величины сопротивления.

Материалом для каркаса выбран текстолит на шифоне, а материалом обмотки потенциометра – нихром.

Наиболее эффективным направлением дальнейшего повышения надежности переменных проволочных резисторов является создание и применение новых резистивных и каркасных материалов, отвечающих непрерывно возрастающим требованиям.

Немаловажную роль играют и материалы корпуса. Применение более прочных металлических и керамических материалов приведет к повышению механической и температурной стойкости. Важным аспектом надежности переменного резистора является герметичность корпуса, а значит применения более качественного клея и поиск более эффективного конструктивного решения.


ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. Белевцев А.Т. Потенциометры. – М.: Машиностроение, 1969.

2. Зайцев Ю.В. Переменные резисторы. – М.: Энергия, 1974.

3. Марченко А.Н. Переменные резисторы. – М.: Энергия, 1980.

4. Фирсов В.В., Долженков Н.В. Устройство функциональной электроники и ЭРЭ. – Х.: ХАИ, 1986.

5. http://dmitriks.narod.ru


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

65067. СУЩЕСТВОВАЛ ЛИ ГОРОД ФАРАБ? 42 KB
  Топоним Фараб или Бараб (обе формы отражают арабскую графическую передачу и восходят к Параб согдийского происхождения со значением «заречье, место переправы») известен по многим средневековым сочинениям арабских и персидских (а позднее и тюркских) географов и историков...
65069. Вопрос о существовании двух Сараев и проблема локализации Гюлистана 344 KB
  Целью данной работы является исследование вопроса о возможности существования двух столиц в Золотой Орде и связанного с ним вопроса о местоположении города Гюлистана. Хотя, последние примерно 40 лет считается доказанным факт существования двух столиц...
65070. Источники обычного права монгольских народов 69 KB
  На основе анализа обычного права монгольских племен делается вывод о его трансформации в нормы позитивного права. Делается концептуальный вывод о том что в праве монгольских племен часто нормы позитивного права становились нормами обычного права.
65071. События эпохи Монгольской империи в бурятских письменных памятниках XVIII – начала XX веков 125.5 KB
  Укажем только на тот факт что в продолжительной полемике материалы бурятских письменных памятников и фольклора почти не привлекались хотя вопрос об этнической принадлежности туматов был интересен прежде всего тем что изначально господствовало мнение...
65072. Золотоордынские ханы 60—70-х годов XIV в. Хронология правлений 419.5 KB
  Одним из важнейших источников сведений по теме являются сохранившиеся до наших дней серебряные и медные золотоордынские монеты того времени на которых выбивалось имя правившего хана отмечались место и время год по хиджре их чекана.
65074. Клятва на золоте: тюркский вклад в монгольскую дипломатию 105.5 KB
  Ритуал клятвы относится к культурным универсалиям. История клятвы такова. Петахия описывает два обычая клятвы скреплявших отношения между половцем и чужестранцем проводником и путешественником: В этой земле не ходят иначе как с провожатым.