Дротяний резистор змінного опору

Міністерство науки і освіти України

Національний аерокосмічний університет

ім. М. Є. Жуковського ХАІ

Кафедра виробництва РЕЗ

Курсова робота

з дисципліни Елементна база ЕА

Дротяний резистор змінного опору

дротяний потенціометр еквівалентний каркас

2007

реферат

Даний курсовий проект присвячений розрахунку дротяного однооборотний потенціометра змінного опору, що змінюється по показовому закону.

На основі вихідного завдання буде проведений повний розрахунок дротяного потенціометра. Розрахунки будуть супроводжуватися посиланнями на використовувану при розрахунку і проектуванні літературу, а також довідкову інформацію та ДСТУ. Розрахунок охоплює всі основні параметри, забезпечуючи по можливості при цьому оптимальні рішення, дозволяючи використовувати вибрані матеріали з найбільшою ефективністю. Розрахунок проводиться з точки зору забезпечення заданих технічних вимог і отримання високих електричних властивостей проектованого пристрою.

Мета даного курсового проекту розібратися в одній з методик, що використовуються при проектуванні дротяного потенціометра, розвиваючи в конструкторі індивідуальне бачення поставленого завдання і самостійне рішення цього завдання.

реферат

Даній курсовий проект присвячений розрахунку дротові однозворотного потенціометра змінного опору согласно показникових закону.

На Основі визначеного завдання буде Зроблено повний розрахунок дротові потенціометра. Розрахунки будут супроводжуватіся посилання на агентство Використану при розрахунку та проектуванні літературу, а такоже довідкову інформацію и ДСТі. Розрахунок охоплює всі основні параметри, забеспечуючі по возможности при цьом оптімальні матеріали з найбільшою ефектівністю. Розрахунок робиться з подивимось забезпечення завдань технічних вимог и одержаний високих електричних властівостей спроектованого пристрою.

Мета даного курсового проекту - розібратіся в одній з методик використаних при проектуванні дротові потенціометра, розвиваючий в конструкторі індівідуальне бачення поставленої задачі та Самостійне решение цієї задачі.

зміст

Вступ

1. Огляд і аналіз аналогічних конструкцій

2. Розрахунок потенциометра

2.1. Розрахунок еквівалентного лінійного потенціометра

2.2. Розрахунок профілю каркаса

3. Обгрунтування прийнятих конструктивних рішень та вибору застосовуваних матеріалів

4. Опис конструкції по складального креслення

висновок

джерела

Вступ

Потенціометри застосовуються в схемах обчислювальних пристроїв, в системах автоматичного слідкуючого приводу і вимірювальних мостових схемах.

У більшості випадків вони служать в якості датчиків кутових і лінійних переміщень, перетворюючи їх у відповідні їм за величиною електричні напруги, і включаються в ланцюг як подільники напруги.

Якщо підлягають перетворенню переміщення однозначні, т. Е. Спрямовані завжди в одну сторону, то застосовуються звичайні (нереверсивні) потенціометри; якщо ж переміщення двозначні, то використовують реверсивні потенціометри.

У вимірювальних мостових і деяких інших схемах потенціометри включаються в електричне коло послідовно. У цьому випадку вони використовуються як реостати та служать для перетворення кутових або лінійних переміщень в відповідні зміни струму. Величина загального опору обмотки потенціометра і його характеристика визначаються електричної схемою, в якій він працює.

Потенціометри можуть застосовуватися в ланцюгах постійного або змінного струму низької частоти.

Поряд з обертовими трансформаторами, тахогенератор, елементами автоматичної відпрацювання електричних величин, різного роду індикаторами і т. Д. В автоматичних пристроях і системах обчислювальної техніки широко застосовуються потенціометри. Вони використовуються в автопілоті, автоштурманах, дистанційних компасах, електричних паливо і витратомірах, дистанційних термометрах і інших телеметричних пристроях, а також в радіолокаційних станціях, в індикаторах кругового огляду.

Конструювання і особливо виробництво потенціометрів пов'язано з великими труднощами, що випливають з пропонованих до потенціометрів вимог. Зокрема, вони повинні надійно працювати в важких кліматичних і температурних умовах, при швидкостях обертання, що досягають кілька тисяч обертів на хвилину, з обов'язковим збереженням стабільності та високій точності електричних характеристик.

1. Огляд і аналіз аналогічних конструкцій

Дротові потенціометри характеризуються такими конструктивно - технологічними ознаками: електричні і точності характеристики, момент рушання, провід обмотки, каркаси, характеристики токоз'ємного елемента, обмотувальні дані.

Дротові кільцеві однооборотние потенціометри набули найбільшого поширення з усіх видів дільників напруги зі змінним опором. До однооборотний потенціометрів також відносяться пластичні, дугові, стрижневі.

Є два способи компонування конструкції однооборотний потенціометрів. Потенціометр, застосовуваний в радіолокаційної техніки, являє собою окремий прилад з великою кількістю деталей, укладений в один кожух з контактною групою. Потенціометри, використовувані в гіроскопічних, навігаційних та інших приладах і автоматах, як правило, складаються з двох конструктивних елементів: опору і рухомого контакту.

По конфігурації каркаса потенціометри поділяються на кільцеві, пластичні, дугові і стрижневі. Каркаси можуть мати круглу, прямокутну, овальну, еліптичну і інші форми поперечного перерізу. Кожен із зазначених видів потенціометрів можна ще раз розділити на одинарні, подвійні і потрійні.

Найбільш поширені потенціометри з поступальним переміщенням движка, кільцеві з обмежено - круговим переміщенням, кільцеві і плоскі з необмежено - круговим переміщенням движка. До першої групи належать потенціометри, опір яких намотано на каркас прямокутного перетину. Движок такого потенціометра переміщається по ребру каркаса з обмоткою, зачищеною від емалі.

Другу групу складають потенціометри, конструкція опору яких принципово не відрізняється від першої групи. Каркас прямокутного перетину з листового ізоляційного матеріалу зігнутий в кільце і змонтований в корпусі (рис. 2.1.). Движок ковзає по верхньому ребру від упору до упору на певний кут (до 330 °).

Мал. 2.1. Обмотка кільцевого потенціометра з необмежено-круговим обертанням движка.

З усього різноманіття резисторів змінного опору лінійні займають 92% всього виробленого обсягу, а функціональні займають лише 8%.

При проектуванні необхідно враховувати електричні і точності характеристики. До них відносять: електричний опір (від 1 Ом до 50 кОм), допуск (від 1% до 10%), точність відтворення функції, ток харчування (практично всі потенціометри харчуються постійним струмом). З високоточних потенціометрів найбільш часто зустрічаються однооборотние кільцеві потенціометри, рідше стрічкові і пластинчасті. Візьмемо як приклад потенціометр фірми Spectrol (рис. 2.3). Він має діаметр 33.33 мм, опір від 10 Ом до 30 кОм, допуск ± 3%, точність лінійної характеристики ± 0.5%, номінальну потужність розсіювання 2 Вт, важить всього 28 г, і може працювати в інтервалі температур - 55 до + 85 ° С .

Рис 2.3. Стандартний однооборотний потенціометр (фірми Spectrol).

Більшість потенціометрів, подібних до цього містить точні шарикопідшипники, контактні кільця, клеми, виготовлені з благородних металів. Основні з'єднання здійснюються зварюванням.

Серед безлічі потенціометрів можна виділити такі класи як підлаштування і регулювальні резистори. Відрізняються вони тим, що регулювальні резистори розраховані на те, що в процесі експлуатації опір буде змінюватися оператором в залежності від потреби, а підлаштування передбачає разове або періодична зміна опору. Розглянемо докладніше підлаштування резистори.

Підлаштування резистори:

1. Прямокутні.

Резистори багатооборотні з прямокутним переміщенням рухомої контактної системи, виробленим мікрометричним гвинтом. Зміна опору від мінімального до максимального значення проводиться за 45 повних обертів для резисторів СП5 - 1В, СП5 - 1В1, СП5 - 4В, СП5 - 4в1 і за 60 обертів для резисторів СП5 - 22, СП5 - 24, СП5 - 14, СП5 - 15 . Резистори призначені для роботи в колах постійного і змінного струму частотою 1000 Гц і до 10000 Гц.

2. Циліндричні.

Резистори підлаштування циліндричні одинарні однооборотние з круглим переміщенням рухомої контактної системи, призначені для роботи в електричних ланцюгах постійного, змінного та імпульсного струму.

3. Квадратні.

Резистори підлаштування багатооборотні з круговим переміщенням рухомої контактної системи. Зміна опору від мінімального до максимального значення проводиться за 40 повних обертів. Резистори призначені для роботи в ланцюгах постійного струму.

Регулювальні резистори (СП5- 35, СП5- 40А) призначені для роботи в колах постійного і змінного струму. Конструкція резисторів побудована по груботочной схемою, має два резистивних елемента, при цьому рухомі системи управляються від одного вала. СП5 - 39, СП5 - 44 - резистори регулювальні десятіоборотние зі спіральними резистивним елементами, призначеними для роботи в електричних колах постійного і змінного струму.

2. Розрахунок потенциометра

Розрахунок функціонального потенціометра складається з двох частин:

1. Розрахунок еквівалентного лінійного потенціометра.

2. Розрахунок профілю каркаса.

Основні величини, що характеризують потенціометр:

· R ₀ - загальний опір в Ом;

· L ₀ (α ₀₎ - робоча довжина каркаса або робочий кут повороту движка потенціометра (максимальне переміщення движка) в мм або град. ;

· D ₀ - середній розрахунковий діаметр каркаса в мм;

· Н - висота каркаса лінійного потенціометра в мм;

· B- ширина або товщина каркаса в мм;

· D- діаметр проводу обмотки без ізоляції в мм;

· D _і - діаметр проводу обмотки з ізоляцією в мм;

· Ρ - питомий опір матеріалу проводу в Ом * мм ² / м;

· T- крок намотування, т. Е. Відстань між центрами двох сусідніх витків в мм;

· N - число витків обмотки.

;

2.1. Розрахунок еквівалентного лінійного потенціометра

Лінійний потенціометр характеризується наступними основними величинами: конструктивними -

· D ₀ = 40 мм;

· Α ₀ = 310 град.;

схемними, або електричними -

· R ₀ = 470 Ом;

· Ρ = 0.0005 Ом * мм ² / м;

· D = 0.19 мм;

· D _і = 0.201 мм,

які через проміжні величини -

· L ₀ = 108 мм;

· T = 0.216 мм;

· N = 500;

· Δ _р = 0.2%,

зв'язані наступними залежностями:

Опір одного витка визначають за формулою:

Щільність струму:

J = 7 А / мм ^2.

Діаметр дроту розраховується за формулою

Погонное опір проводу розраховується за формулою:

Ом / мм, де

мм

Висота каркаса потенціометра розраховується за формулою:

мм

Перевірка:

мм

мм

мм

2.2 Розрахунок профілю каркаса

Розрахунок функціонального потенціометра доцільно розбити на дві частини.

1. Розрахунок еквівалентного потенціометра, що має такі ж, як у проектованого функціонального, основні величини D _0, α _0, b, R _0, ρ, d, δ _p.

В результаті цього розрахунку знайдемо величину Н, т. Е. Висоту каркаса еквівалентного лінійного потенціометра.

2. Розрахунок профілю каркаса. Розглянемо розрахунок функціонального потенціометра з плоским профільним каркасом. Закон зміни опору цього потенціометра повинен відповідати заданій функціональної залежності. Відповідність визначається формою вирізу каркаса, т. Е. Його профілем.

Шлях, який проходить змінний движок від початку обмотки:

де D ₀ - середній розрахунковий діаметр каркаса;

φ - повний кут повороту осі з двигуном.

При переміщенні движка на відстань Δ l _х опір потенціометра зміниться на величину Δ R. Для значень Δ l _х можна написати

,

або при переміщенні движка на один виток

.

Розділивши отримане значення Δ R на питомий опір дроту ρ, отримаємо довжину одного витка

.

Та ж довжина витка може бути виражена через геометричні розміри каркаса за формулою

l _в = 2 (H + b).

Прирівнявши отримані двома способами вираження довжини витка знайдемо:

= 2 (H + b),

звідки висота каркаса

.

Якщо для кільцевого каркаса dl _х замінити на , То вираз набуде вигляду

.

Так як функція задається у вигляді і безпосередньо з неї отримати похідну не можна, то доцільно представити у вигляді

.

похідну можна визначити з рівняння

,

звідки .

похідну можна знайти безпосередньо з рівняння заданої функції, і, нарешті, в більшості випадків є величиною постійною, т. е.

.

Таким чином,

.

Після підстановки отриманого виразу в формулу отримаємо

.

З метою спрощення формули введемо позначення

,

тоді отримаємо

- b.

При малій товщині каркаса для попередніх розрахунків часто користуються спрощеною формулою

.

З огляду на технічне завдання, показовий закон зміни опору має вигляд:

,

отже

.

Мал. 3.1. Загальний вигляд профілю каркаса

Мал. 3.2. Робочий профіль каркаса

3. Обгрунтування прийнятих рішень

При розробці потенціометрів поряд зі створенням оптимальної конструкції необхідно раціонально вибирати матеріали для резистивного елемента і електроізоляційних покриттів, для контактів, корпусів, каркасів, осей, елементів кріплення і т. Д. Вибір дроту для обмотки потенціометрів залежить від пред'явлених до них вимог, тому для її виготовлення застосовується велика кількість різних сплавів, головним чином: константан (сплав міді та нікелю), ніхром (сплав на хромонікелевої основі). Матеріал дроту для обмотки потенціометрів повинен мати високий питомий опір, малий ТКС, стабільні властивості в часі, велику корозійну стійкість, висока якість ізоляції, велику міцність на розрив і мале відносне подовження при розтягуванні.

Константанові дріт (ГОСТ 5307 - 50) виготовляється зі сплаву марки НМЦ 40 -1.5 і може бути м'якою (М) і твердої (Т). Константан має питомий опір (0.5 Ом мм ² / м) і ТКС (-0.000005 град. ^-1) менше, ніж нихромовая дріт. Ніхром - хромо - нікелева дріт, як константанові, може бути або твердої (неотоженной), або м'якою (отоженая). Ніхром має набагато більший питомий опір, ніж константан, однак ТКС у цього сплаву великий (-0.00013 град. ^-1), тому для намотування високоточних потенціометрів застосовувати дріт з ніхрому не рекомендується. За вище наведених причин матеріал в якості намотування був обраний саме константан.

Зараз дріт для обмотки потенціометрів, які працюють в відповідальних схемах, як правило, має ізоляцію вініфлекс або металвін. Для інших потенціометрів застосовують дріт зі звичайною емалевої ізоляцією.

З огляду на розраховану кількість витків і коефіцієнт запасу рівний 2, відхилення від закону зміни становить 1.6%, що в повній мірі задовольняє умовам проекту.

Для виготовлення каркасів потенціометрів застосовують різні матеріали. Критерієм для вибору матеріалу є його діелектричні, антикорозійні і оптимальні властивості. Найчастіше для їх виготовлення застосовують діелектрики (текстоліт, гетинакс, кераміка). Такі шаруваті структури як текстоліт представляють собою досить міцні конструкційні матеріали, що виготовляються з тканин і сполучних різальних смол. Як матеріали для каркаса може виступати і алюмінієві сплави, однак при своєму високому модулі пружності, вони не здатні поглинати вібрацію, в той час як шаруваті структури з цим завданням добре справляються. В даному курсовому проекті використовувався матеріал текстолит Б. Він містить в собі бавовняні тканини, просочені термореактивними смолами (44-54%). Текстолит Б має підвищену механічну міцність, але невеликий вологопоглинання (2%). Матеріал має питомим об'ємним опором 10 ¹⁰ Ом * см ^3, температура розм'якшення - 120 ° С.

Виходячи з цього необхідно обмежити сферу застосування розробленого потенціометра. Для його безвідмовної роботи можна використовувати потенціометр в схемах, що працюють в умовах підвищеної вологості (тропіки) або високої температури (пустельна область, екватор), також вкрай не рекомендується застосовувати його в морській корабельної або буйкових РЕА. Даний потенціометр призначений для використання в РЕА, не призначеної для високоточної роботи, в помірному кліматичному поясі не вище 3500 м над рівнем моря.

4. Опис конструкції по складального креслення

У даній роботі описані конструкції різновиди потенціометрів. Однооборотний дротяний потенціометр, як пристрій, являє собою резестівного елемент з дроту малого діаметрі з високим провідникові, намотаний в один ряд на ізольований каркас.

У графічної частини представлений складальне креслення СБ і окремі елементи потенціометра: каркас з обмоткою (1), корпус (2), повзунок (3), вісь (4), гвинти кріплення висновків обмотки (5), скоба (6), стопор (7 ), шайба (8).

На каркас (1) накладається обмотка потенціометра що складається з дроту (матеріал - платина-нікель). Кріплення каркаса до корпусу здійснюється трьома гвинтами (5). На поверхні потенціометра знаходиться рухома частина - повзунок (3), рух якого обмежується стопором (7). Стопор фіксується на корпусі за допомогою клеєння і скоби (6). Повзунок (3) фіксується на осі гвинтом. У корпус (2) вставляється скоба (6), закріплена в свою чергу за допомогою одного гвинта (5).

Конструкція кріпиться в корпус приладу за допомогою гайки.

висновок

В ході даного курсового проекту був спроектований і розрахований дротяний однооборотний потенціометр. Проектування здійснювалося таким чином, щоб потенціометр відповідав заданим параметрам і задовольняв пропонованим вимогам. При проектуванні конструкції даного дротяного потенціометра основний упор робили на спрощення конструкції виробу, що повинно призводити до його здешевлення. Основним із методів, за допомогою якого до цього йшли, було використання стандартних виробів.

Каркас був спроектований таким чином, щоб реалізувати показовий закон зміни величини опору, який наданий в завданні.

I = U / R = 100 B / 470 Ом = 0.213 А

P = I ² * R = 0.213 ² А * 470 Ом = 21.323 Вт

Список використаної літератури

1. Белевцев А. Т. «Потенціометри», Машинобудування, Москва 1969 р

2. Волков В. А. «Деталі й вузли радіоелектронної апаратури», «Енергія» Москва 1967 р

3. Фірсов В. В., Долженков Н. В. «Пристрій функціональної електроніки і ЕРЕ», ХАІ 1986 р

4. Романичева А. К. «Розробка і оформлення конструкторської документації РЕА», довідковий посібник, Радио и связь, 1984 р