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No00011如何进行角度传感器(电位器)选型和正确使用 摘要 综述角度传感器(电位器)的基本概念、电气性能参数及其测量方法侧重介绍角度传感器(电位器)选型依据及使用注意事项为整机厂线路设计工艺设计人员选型和正确使用角度传感器(电位器)提供了依据关键词 角度传感器(电位器) 电气性能 测量方法 选型原则1 引言角度传感器(电位器)是一种通用的机电元件在仪器仪表和各种电子设备中已获得广泛应用由于角度传感器(电位器)品种、结构、__方式和技术参数繁多电路设计人员在设计选型时首先根据角度传感器(电位器)在电路中的作用来确定性能指标从经济实用的观点出发设计人员既要考虑到角度传感器(电位器)的参数指标留有余量又不能不切实际地提高指标要求若所选角度传感器(电位器)的参数指标不足将达不到设计要求或不能__稳定工作另外设计人员选型不当或不能正确使用、__也容易造成角度传感器(电位器)性能下降结构受损甚至毁坏失效合成碳膜角度传感器(电位器)和玻璃釉角度传感器(电位器)由于__低廉和具有极强的通用性因而在彩色及黑白电视机、录像机、音响设备、显示器等电器中占有重要地位为了增进角度传感器(电位器)制造厂和上述应用领域的广大设计人员、工艺人员之间的交流为电路设计、整机工艺工作中合理地设计、选型和在装配中正确__、使用角度传感器(电位器)本文提供主要的参考原则 2 角度传感器(电位器)的基本概念21 角度传感器(电位器)的定义角度传感器(电位器)是一种可调电子元件它靠动触点在电阻体上__从而获得与角度传感器(电位器)输入电压和动触点位移或转角成一定关系的电压输出如图1图1 角度传感器(电位器)原理示意图 22 角度传感器(电位器)的分类从构造形式来看角度传感器(电位器)可分为线绕角度传感器(电位器)和非线绕角度传感器(电位器)两大类1线绕角度传感器(电位器)是将电阻丝绕在金属、陶瓷和塑料骨架上作为电阻元件具有电阻温度系数低电阻值稳定性好功率负荷性大工作寿命长等优点但线绕电阻元件的主要缺陷是分辩力有一定阶梯性同时多圈的电阻元件的感抗会呈现随频率增加而增加因此高频性能差此外还存在总阻值范围窄等缺点2非线绕角度传感器(电位器)有合成膜角度传感器(电位器)、玻璃釉角度传感器(电位器)、导电塑料角度传感器(电位器)等a合成膜角度传感器(电位器)是将炭黑、石墨和有机粘合剂、填充料等混合制成的浆料采用多种方法如丝网印刷涂覆在基体上再经固化而制成的电阻膜作为电阻体合成碳膜角度传感器(电位器)能大规模生产__便宜调节时噪声较小优越的高频性能还具有较小的电感量和分布容量且工作寿命长很少突然发生严重损坏总阻值范围宽广线路设计人员总是首先想到选用碳膜角度传感器(电位器)来作为在电子线路中改变电阻的经济方法但合成碳膜角度传感器(电位器)的总电阻值随时间和温度变化较大抗潮湿的能力较差碳膜电阻元件的接触电阻较大b玻璃釉角度传感器(电位器)是将金属或其氧化物粉、玻璃釉等混合而成的浆料采用丝网印刷等方法涂覆在陶瓷基体上经烘干、高温烧结而成的电阻膜作为电阻体其优点有:总电阻值范围宽广且有很高的分辩力和良好的稳定性噪声小频率响应非常好远远超过100MHz电阻温度系数较小电阻元件表面坚硬而耐磨工作寿命长玻璃釉电阻元件越来越广泛地应用于预调角度传感器(电位器)中c1导电塑料角度传感器(电位器)是将炭黑、石墨和超细金属粉、DAP树脂和交联剂等混合而成的浆料采用丝网印刷等方法涂覆在陶瓷或特制塑料基体上而成的电阻膜作为电阻体优点是接触电阻变化小工作寿命很长因为表面特别光滑所以分辨力非常高即使动触点在电阻体上循环运动数百万次后仍不会产生明显的摩擦力和磨损对电阻元件加以修刻可使其线性度达
0.1%的水平动态噪声非常小有良好的高频工作性能适用于高增益伺服系统中但导电塑料角度传感器(电位器)耐潮湿性能较差稳定性不如玻璃釉角度传感器(电位器)动触点额定电流小温度系数介于线绕角度传感器(电位器)和玻璃釉角度传感器(电位器)之间另外非线绕角度传感器(电位器)还有金属膜角度传感器(电位器)、金属体箔角度传感器(电位器)、有机实芯角度传感器(电位器)、无机实芯角度传感器(电位器)等23 角度传感器(电位器)的基本__方式插针式:在一般的用途中可将角度传感器(电位器)直接插入印刷电路板并进行波峰焊接轴套__:在设计一些需要承受严重的机械振动和冲击的结构时可采用轴套__的角度传感器(电位器)用轴套螺母和垫圈将角度传感器(电位器)固定在底板上24 角度传感器(电位器)在线路中的基本作用角度传感器(电位器)有两种工作方式:分压器式图2和可变电阻器式图3 3 角度传感器(电位器)的电气参数31 总电阻值定义为角度传感器(电位器)两终端13端之间的电阻值标定任何角度传感器(电位器)时都需要规定标称阻值同时应规定标称阻值的允许偏差而总电阻值应在允许偏差范围内测量总电阻值时一般采用数字欧姆表在角度传感器(电位器)有机械止档时动触点应尽可能靠近一个终端引出端如果是连续旋转的角度传感器(电位器)应将动触点调节到与电阻元件工作段完全脱离为止标准测试还规定了测量总电阻值的最高直流电压见表1以限制电阻体在测量过程中温度无明显上升各种类型角度传感器(电位器)的总电阻值及其允许偏差典型值见表2角度传感器(电位器)种类合成碳膜薄利釉导电塑料线绕总阻值范围Ω100~10M10~5M100~4M10~100K允许偏差%±20±30±20±10±20±1±532 终端电阻零位电阻定义为当动触点位于邻近的止档时动触点引出端与该终端引出端之间获得的最小阻值连续旋转的角度传感器(电位器)没有止档不规定终端电阻测量终端电阻时施加到角度传感器(电位器)上的电压应使动触点电流不超过产品标准中规定的极限值当动触点位于止档位置时12两引出端之间的最小电阻值称为前终端电阻23两引出端之间的最小电阻值称为后终端电阻33 接触电阻变化定义为动触点在规定的速度下__时动触点与电阻体之间阻值的变化接触电阻是由于动触点与电阻元件接触不良引起的表面金属氧化物硫化物等都能在触点或电阻元件表面形成这些薄膜起着绝缘层的作用并形成接触电阻接触电阻会随测量电流的大小而变化接触电阻变化还与元件的材料、动触点材料、接触表面状况及动触点与电阻元件的接触压力有关 34 电阻温度系数定义为在规定的环境工作温度范围内给定的两个温度之间阻值的相对变化除以引起该变化的温差及变化前的总电阻值平均温度系数通常以10-6℃-1为单位电阻温度系数主要取决于电阻元件的材料和部件本身的具体结构R2-R1=a*R1*T2-T1T
1、T2两个温度至少应相差25℃而且在每个温度下均应有足够的保温时间各种类型角度传感器(电位器)的电阻温度系数典型值 表4角度传感器(电位器)种类合成碳膜玻璃釉导电塑料线绕a*10^6±1000±250±200±5035 额定功率定义为在规定条件下能够耗散的最大功率它是在最低环境温度到额定环境温度范围内能保证角度传感器(电位器)连续正常工作的功率最大值额定功率P=I2R=U2öR最大额定功率为线路设计人员说明角度传感器(电位器)能够安全耗散而不致损坏的功率数值各个具体角度传感器(电位器)的使用方式会影响额定功率的最大允许耗散值对于多数角度传感器(电位器)来说额定功率的最大值是指当角度传感器(电位器)作为分压器使用的情况因此在角度传感器(电位器)的输入端加上电压时通过动触点的负载电流值是不大的角度传感器(电位器)制造厂一般采用如图6所示的降功耗曲线图中当环境温度在t1和t__x之间的允许耗散功率由连接A、B两点的直线所构成的减负荷特性加以规定而环境温度在tmin和t1之间的温度下最大允许耗散功率均为额定功率线路设计人员应严格遵守这一规定图6 角度传感器(电位器)降功耗曲线 完整的额定功率的技术规范应规定__条件周围环境是静止空气还是强迫对流通常是用标准的__方法使给定的角度传感器(电位器)放置在静止空气中的允许值当角度传感器(电位器)需要__在靠近发热元件如功率晶体管、变压器、大功率电阻等或邻近另一角度传感器(电位器)时应当减少允许耗散功率产品上和性能数据表上规定的额定功率适用于角度传感器(电位器)作分压器用的情况此时耗散功率可认为是沿整个电阻元件均匀分布的而当角度传感器(电位器)作变阻器或两引出端连接方式应用时对应动触点某一给定的调节位置只有一部分电阻元件是消耗功率的而且流过电阻元件的电流全部流过动触点电路而动触点和电阻元件之间的压力接触点并不总是能够承受像电阻元件单独承受的那样大的电流分压器式接法的额定功率是假定动触点电流可忽略不计的因此对于变阻器式接法必须限制其动触点电流的最大允许值Im=PöRT式中P为最大耗散功率;RT为总电阻值采用这个最大电流极限值即可保证角度传感器(电位器)的最大功率不被超过各种类型角度传感器(电位器)的额定功率范围典型值 表5角度传感器(电位器)种类合成碳膜玻璃釉导电塑料线绕额定功率70℃/W
0.01--
0.
50.125—
0.
50.5--
20.25--536 电阻变化规律定义为角度传感器(电位器)输出电压V122或V223与输入电压V123的比值与动触点所处机械位置对于旋转角度传感器(电位器)是指转角之间的关系通用角度传感器(电位器)的电阻规律有如下几种a1直线规律:规律Ab1对数规律:规律Bc1反转对数规律:规律Cd1超对数规律:规律Z角度传感器(电位器)制造厂也可根据整机厂特殊要求设计制作其他电阻变化规律的角度传感器(电位器)37 耐久性1机械耐久性耐磨寿命在规定的试验条件下使角度传感器(电位器)性能的降低程度保持在技术规范允许范围内时角度传感器(电位器)驱动机构得到的运转周数动触点沿电阻元件工作道往返运行一次为一周表6 各种类型角度传感器(电位器)的耐磨寿命典型值角度传感器(电位器)种类合成碳膜玻璃釉导电塑料线绕周5000--25000_____--3000010^6—10^8500--10002电气耐久性在规定的负荷和动触点不运动的试验条件下角度传感器(电位器)能连续正常工作而其性能保持在技术规范允许范围内的时间按IEC规定角度传感器(电位器)的电气耐久性为1000h 38 绝缘电压定义为在连续正常工作的条件下可以施加在角度传感器(电位器)引出端和其外部导体之间的最大峰值电压对于多联角度传感器(电位器)来说应在每一联引出端和其他各联的引出端之间进行测量在正常气压下绝缘电压值应不小于电阻体极限电压的
1.42倍39 耐电压定义为加在角度传感器(电位器)引出端和其外部导体之间;多联角度传感器(电位器)应在每一联的引出端和其他各联的引出端之间;带开关角度传感器(电位器)的开关引出端与角度传感器(电位器)引出端和其外部导体之间的交流电压频率为40~60Hz施加1min不应发生损伤、火花、绝缘破坏可将各引出端一起连接起来进行测量耐电压通常为交流100~1000V对于具体产品其耐电压在产品标准中给出4 角度传感器(电位器)使用注意事项线路设计人员和使用元件的工程技术人员在选择和使用角度传感器(电位器)时需要考虑到全部机械结构和电气方面的要求同时还应注意角度传感器(电位器)的__和使用要求否则会影响使用性能和可靠性选用角度传感器(电位器)首先要以经济的观点来考察其性能指标也就是说要根据角度传感器(电位器)在线路中所起的作用来确定哪些是重要的参数对一些不重要的参数则不必过于苛求例如对于预调角度传感器(电位器)来说一旦调整好后一般不再调整在相当长时间里保持其原状态工作因此其耐磨寿命、动噪声要求不高预调角度传感器(电位器)在电路中通常作变阻器调节电流用所以其接触电阻变化、动触点极限电流和接触可靠性就显得很重要而对于设备、仪器面板上使用的角度传感器(电位器)多起分压器作用而且需要经常调节所以对耐磨寿命、动噪声都有严格要求对特殊用途的角度传感器(电位器)应根据其实际需要加以选择有的设计人员认为元件的所有电气参数都应有较高指标才能保证其设计要求这是很不科学的如有的设计师对预调角度传感器(电位器)不但动噪声按面板角度传感器(电位器)去要求甚至对电阻膜层和银电极接处的突跳也视为不允许这就使设计同实际需要相脱离不仅缺乏科学性也缺乏经济性鉴于上述指导思想提出以下几点使用中需要注意的问题:1应使角度传感器(电位器)工作于额定功率范围内由于设计、使用不当使功率耗散超过额定值时会造成角度传感器(电位器)内部过热而损坏注意环境温度对角度传感器(电位器)的影响特别是在高温情况下负荷应根据产品标准规定的降功率曲线设计2在使用中当允许直流电流通过角度传感器(电位器)的动触点时可能会出现阳极氧化的问题这种情况下最好用负端连接元件用正端连接动触点见图9图9 角度传感器(电位器)引出端的连接 3在使用角度传感器(电位器)时应控制动触点电流小于动触点极限电流除了保证线路设计正确外还不能随意加大负载电流在进行角度传感器(电位器)检测时如测量终端电阻或检测角度传感器(电位器)输出时切勿使用普通三用表因为三用表中的电源会形300~400__的电流流过动触点该电流很可能会烧毁电阻元件检测角度传感器(电位器)一定要用数字欧姆表4在设计线路时对于预调角度传感器(电位器)应尽量使其动触点处于总电气行程的中段位置使用应绝对避免在接近两终端位置使用最好避开前后终端30°转角进行设计在线路设计中往往需要设计一个串联电阻改变此电阻阻值即可改变角度传感器(电位器)动触点的工作位置当然应以合理选择角度传感器(电位器)的总阻值为前提5在设计线路时应设计成角度传感器(电位器)调节到某些位置时不能造成电路中电流过大的线路以免烧毁角度传感器(电位器)或其他元件6在角度传感器(电位器)焊接时注意选用适当的温度并非温度越高焊接速度越快质量就越好仅需加上达到良好焊接所需的热量在波峰焊接时采用能保证良好的焊点的通过速度加热时间过长热量过多有可能造成电阻元件与引出端之间连接损坏或电阻值漂移另外一定要注意焊剂用量适中以免焊料浸入电位器造成额外噪声甚至接触不良因此应考虑适当的保护措施在波峰焊接前让助焊剂充分干燥7应尽量避免在有害物质的气氛中使用角度传感器(电位器)如SO
2、NH
3、碱溶液、油脂等以免引起电阻元件、塑料或金属材料的腐蚀8在__角度传感器(电位器)时应__在平整的面上对轴施加的力、引出端的强度、终端止档强度、螺母扭紧力矩等__要求都应符合角度传感器(电位器)厂家的规定9为了能获得更好的品质应尽量按角度传感器(电位器)的技术标准选择宁波市北仑三和传感器有限公司。