4 Расчет потенциометрического преобразователя перемещений

Потенциометрические преобразователи применяются для преобразования угловых перемещений и представляет собой электромеханическое устройство, состоящее из активного сопротивления и скользящего контакта-щетки, передвигающейся по этому сопротивлению. Потенциометр включается по схеме делителя напряжения. Конструктивно потенциометры выполняются в двух вариантах: с прямолинейным каркасом круглого. Прямоугольного или овального сечения, или с каркасом, изогнутым по дуге или круга в виде торроида. По виду резистивного (токопроводящего) элемента, определяющего электрическое сопротивление, потенциометры делятся на проволочные и металлопленочные, в которых на изоляционное основание нанесена тонкая пленка высокоомного металла. Наибольшее применение имеют проволочные потенциометры. На каркас наматывается провод с изоляцией или без. При намотке провода с изоляцией выполняют контактную дорожку . которая необходима для контакта провода намотки с токосъемной щеткой. Ширина контактной дорожки, зачищаемой на поверхности проволочного потенциометра, должна быть равна 2…3 диаметрам провода. В случае намотки на каркас безизоляционного провода , каркас с проводом заливают токонепроводящим клеем, смолой или лаком. После затвердения смолы также выполняется контактная дорожка. Токосъемные щетки выполняются в зависимости от величины контактного нажатия F_к из двух-трех проволок платиноиридиевого, платино-никелевого или платино-палладиевого сплава. Щетка должна быть виброустойчива.

Материал каркаса должен обладать достаточной механической прочностью и жесткостью, влагостойкостью и термостойкостью. Каркасы изготавливают из изоляционных материалов (гетинакса, текстолита, эбонита и т.д.), или из металла, покрытого слоем изоляции (алюминия и его сплавов с последующим их анодированием и лакировкой). [ 1 ],[4].

Проволока намотки выбирается в зависимости от требований точности, износостойкости. Применяют проволоку из сплавов платины с иридием, палладием, никелем, манганина, константана и др.

4.1 Расчет параметров потенциометра

Функциональная характеристика потенциометра – зависимость электрического сопротивления реостата или напряжения потенциометра от перемещения его подвижной системы:

R = f (w); U = f (w).

(33)

Выбирают материал привода потенциометра по таблице 10

Таблица 10 – Характеристики материалов проволоки потенциометра

Сплав	Удельное электрическое сопротивление, Ом мм /м	Температурный коэффициент электрического сопротивления, 1/град 10
Манганин МН Мц 3-12 Константан НМЦ 40-1,5 Нихром Х20Н80 Платина – никель ПН-5 Платина – иридий ПИ-25	0,43 0,48 1,10 0,11…0,50 0,315	+0,10…0,30 -0,2 -0,2 +2,2…7,1 -0,95

Минимально допускаемую величину диаметра обмоточного провода без изоляции (диаметральная толщина изоляции – от 0,006 до 0,015 мм) подсчитывают по формуле

(мм),		(34)
где –	максимальная величина протекающего через потенциометр тока;
Δ –	допустимая плотность тока, А/мм2.

Так, при непрерывной работе потенциометра с манганиновой или константовой обмоткой перегрев не должен превышать 40-50ºС.

Для потенциометров с металлическим каркасом

Δ=25…30 А/мм².

При использовании благородных металлов

Δ=40…50 А/мм².

Так как ток, который должен проходить через потенциометр, не задан, то конструктивно выбираем диаметр провода потенциометра и из формулы (34) находим приемлемый ток, который должен проходить по потенциометру

Изменение сопротивления потенциометра рассчитывается по формуле

		(35)
где ρ –	удельное сопротивление материала проводника;
–	средняя длина витка;
nраб –	рабочее число витков обмотки потенциометра.

При перемещении щетки на h мм и заданном диаметре провода, если витки намотаны вплотную,

		(36)
где h –	перемещение щетки;
d –	диаметр проводника потенциометра.

Задаются конструктивно размерами каркаса потенциометра a и b и определяют среднюю длину витка

		(37)
где a, b –	соответственно ширина и высота каркаса.

По формуле (35) определяют изменение сопротивления потенциометра, увеличив число витков еще на n_раб

R

Определяют длину провода, необходимую для намотки

		(38)
где nобщ=2nраб