Потенциометр

Потенциометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ПОТЕНЦИОМЕТР, содержащий пло-скую диэлектрическую подложку с размещённой на ней спиральной резистивной дорожкой, токосъемный узел, включающий регулировочный элемент, подвижный контактодержатель и контакт, о тличающийся там, что, с целью расширения его функциональных возможностей путем получения постоянной разрешающей, способности, подвижный контактодержатель выполнен в виде токопроводящего конусообразного диска, размещенного с клинообразным зазором над смежной поверхностью плоской диэлектрической подложки, а контакт - в виде свернутой в тороид цилиндричебкой пружины и расположен в клинообразном зазоре, причем регул{1ровочный элемент взаимодействует с конусообразным диском в осевсж на- : правлении... О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (!1) 3 (51) Н 01 С 1 0 1 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21).3352593/18-21 (22) 21.10.81 (46) 07.04.83. Вюл. Р 13 (72)A. Н. Лысенко, B. П. Лысенко, К. Груздев (53) 621. 382 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 512497, кл. H 01 С 10/30, 1971.

2. Патент Великобритании 9 133858, кл. Н 1 S, 1976. (54)(57)ПОТЕНЦИОМЕТР, содержащий пло= скую диэлектрическую подложку с размеценной на ней спиральной резистивной дорожкой, токосъемный узел, включающий регулировочный элемент, подвижный контактодержатель и контакт, о тл и ч а ю шийся тем, что,-с целью расщирения его функциональных возможностей путем получения постоянной разрешающей. способности, подвижный контактодержатель выполнен в виде токопроводящего конусообразного диска, размещенного с клинообразным зазором над смежной поверкностьв плоской диэлектрической подложки,-а контакт — в виде свернутой в тороид цилиндрической пружины и расположен в клинообразном зазоре, причем регулировочный элемент взаймодействует с конусообразным диском в осеВом направлении. е

1010666

Изобретение относится к радиоэлектронике и измерительной технике и может быть использовано Ь качестве преобразователя механических воздействий в электрический сигнал, делителя напряжения и т.д.

Известен спиральный потенциометр, содержащий каркас с реостатной обмоткой, свернутой в спираль, вал, установленный по оси спирали с консольно закрепленным на нем поводком (1) . . Недостатком данного потенциометра является его различная разрешающая способность, обусловленная посто янно изменяющимся .радиусом переме- 15 щения контакта по длине спиральной обмотки и, следовательно, различной линейной скоростью контакта по ней.

Наибольшее различие в разрешающей способности имеет место для коль, — gp цевых участков обмотки, так как при одном и том же угле поворота вала контакт успевает пройти в одном случае большую величину сопротивления, чем в другом. 25

Наиболее близким к предлагаемому является потенциометр, содержащий корпус с диэлектрической подложкой и расположенной на ней спиральной резистивной дорожкой, вал, проходя-. щий через ось резистивной дорожки с консольно закрепленными на ней двумя параллельными направляющими, на которых установлен с возможностью ра,циального перемецения относительно оси вала контактодержатель в виде стержня, скользяций одним концом (контактом) по спиральной реэистивной дорожке, а другим - по направ-. ляюцей,канавке, выполненной на пластине, установленной на корпусе парал- 40 лельно спиральной резистивной дорожке и являющейся ее зеркальным отображением. Оба конца резистивной дорожки имеют токовыводы, неподвижно закрепленные на подложке, а контактодержа- 45 тель с помоцью металлического контактного кольца, охватывающего вал, электрически связан с третьим токовы- . водом (2J .

К недостаткам известного потен- циометра следует также отнести неодинаковую разрешаюцую способность в на- чале и конце спиральной резистивной дорожки. Поэтому на конце сПирали потенциометр способен различать наименьшие изменения положения движка, т.е. более малые углы поворота вала. Различная разрешающая способность потенциометра по длине резистивной дорожки затрудняет его при- 60 менение в автоматических системах уп" равления, устройствах обработки дан ных, ч вствительных регистрирующих приборах, т.е. сужает функциональные возможности.потенциометра.

Кроме того, конструкция потенциометра обладает низкой эксплуатационной надежностью из-за наличия подвижных конструктивных элементов, связанных между собой механическими контактными сопряжениями, создающими возможность заклинивания, возникновения люфтов, проскальэыванйя и т.д.

Такая конструкция потенциометра является особенно ненадежной при работе в условиях вибрации в связи с возможностью возникновения резонанса конструктивных элементов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей потенциометра путем получения постоянной разрешающей способности.

Поставленная цель достигается тем, что в потенциометре, содержащем плоскую диэлектрическую подложку с размещенной на ней спиральной резистивной дорожкой, токосъемный узел, включающий регулировочный элемент, подвижный контактодержатель и контакт, подвижный контактодержатель выполнен в виде токопроводящего конусообразного диска, размещенного с клинообразным зазором над смежной поверхностью плоской диэлектрической подложки, а контакт — в виде свернутой в тороид цилиндрической пружины и расположен в клинообразном зазоре, причем регулировочный элемент взаимодействует с конусообразным диском в осевом направлюiiHH

На фиг. 1 изображен потенциометр в начальном положении контакта, вертикальный разрез; на фиг. 2 — то же, вид сверху со снятым диском, на фиг. 3 — потенциометр в конечном положении контакта, на фиг. 4 — то же, вид сверху.

Потенциометр содержит диэлектрическую подложку 1 с расположенной на ней реэистивной спиральной дорожкой 2 с токовыводами 3 и 4 на концах, металлическую втулку 5 с внутренней резьбой и токовыводом 6, установленную неподвижно в центре диэлектрической подложки 1, контактодержатель 7, выполненный в виде диска с конусообразным профилем, регулировочный элемент 8, представляющий собой стягиваюций винт, с помощью которого закреплен на подложке движок, токосъемный контакт 9, выполненный в виде цилиндрической пружины, свернутой в тороид и расположенной между смежными поверхностями контактодержателя

7 и диэлектрической подложки 1, и . гофр 10, герметично установленный между диском 7 и подложкой 1. Смежная с подложкой 1 конусная поверхность диска 7 образует круговой клинообразный зазор с углом, обращенным к оси винта 8, причем минимальная величина

1010бб6 ф. 45

p=aq, где ( радиус-вектор спирали, т.е. расстояние от центра полярной системы координат до .текущей точки на спиралиi 50 параметр спирали, угол поворота радиус-вектора. спирали определяется по форO

Ч длина муле.55 — (ц-Ягs < Ачьпц). р г

Пружинный тороид представляется как окружность, пересекающая спираль в одной точке и имеющая со спиралью 60 один к тот.же центр.

Точка пересечения спирали с окружностью при переме|цении диска с постоянной скоростью Ч=В движется вдоль спирали с постоянной скОростью V = С. б5 угла должна быть больше угла заклинивания пружинного тороида.

Резистивная спиральная дорожка 2 наносится на диэлектрическую подложку методом вакуумного напыления, фо- ° тохимической печати или путем вжигания реэистивной пасты, т.е. любым из известных способов.

Предлагаемый профиль конусной поверхности диска 7 обеспечивает неизменное на всей длине резистивной дорожки 2 приращение ее участков(ь .) проходимых контактируюшими витками пружинного тороида 9, что обуславливает постоянную разрешающую способность потенциометра. 15

Закон изменения угла зазора, т.е. кривизны конусной .поверхности диска, выбран таким образом, что компенсируется неравномерность приращения на витках спирали реэистивной дорожки ;у

aL

=cOnSt, С увеличением диаметра ь тороида соответственно растет кривизна образующей конусной поверхности диска, вследствие чего при одном и том же угле поворота винта скорость увеличения диаметра тороида в начале резистивной дорожки, где дL малы, будет велика, а в конце, гдеЬЬ велики, малой. Тем самым выполняется условие — -- const и обеспечивается

А4

h× .постоянство разрешающей способности потенциометра на всей длине резистивной спирали.

Пример. Расчет профиля конусной поверхности диска. 35

Исходные положения для расчета поверхности, образованной искомой кривой вокруг некоторой оси, представлены ниже.

Резистивная дорожка представляет- 40 ся, например, в форме архимедовой ,спирали, которая описывается в поляр ной системе координат следующим выражением:

За время t винт совершает один полный оборот ф = 2И и перемещается на величину шага резьбы (g)

59

h --—

2 é

За время Т = nt диск пройдет путь, авный

5(P

h= „nt--иь

° 22 (з) где п — число шагов.

Значения коэффициентов В и С определяются как

h h

В С = ---" (4)

T T

Скорость движения точки вдоль спира« ли может быть разложена на составляющие

71 Фyi С, (5) где V составляющая скорости С вдоль радиуса окружности (фкг. 2); - составляющая скорости С вдоль касательной к окружности.

Из курса Физики известно, что

Ч, = или Ч2 = — t > (б)

9Р Р

t а1, где t - время перемещения точки.

Тогда

Y = (. (7)

Ось ОХ совпадает с радиальным на" правлением спирали и тора. Ось ОУ совпадает с осью диска, вдоль которой он перемещается при настройке потенциометра.

Координаты точки на образующей конуса определяются по формулам

x =vit

Y-- bt (e) После подстановки 7 в 8 имеем

y=bt данная система уравнений позволяет получить профиль конусной поверхно.сти диска, обеспечивающей постоянную разрешающую способность потенцкометра. Эта задача может быть также решена экспериментальным путем, методом последовательных приблкжений, добиваясь пропорциональности между углом поворота винта и выходным напряжением потенциометра.

Потенциометр работает следующим образом.

В исходном положении пружинный тороид 9 находится в свободном состоянии к контактирует с резкстивкой дорожкой 2 в месте крепления токовывода

3, т.е. с началом дорожки. При этом обеспечивается максимальная величина сопротивления потенцкометра. Торокд 9 обеспечивает электрическую связь реэистивной дорожки.2 с несколькими виткамк пружины, а диска 7 - со все101066б ми витками, создавая таким образом многоточечный контакт, характеризующийся надежным, низким переходным сопротивлением, При закручивании винта 8 во втулку 5 расстояние между диском и под,ложкой уменьшается в результате их стягивания и, вследствие клинообразного сечения зазора, между диском и подложкой возникает выталкиваюцая сила, направленная в сторону от 10 оси винта, в результате действия которой происходит равномерное по всему периметру увеличение диаметра тороида за счет его растяжения и последовательное перемещение точки кон- 15 тактирования.с резистивной дорожкой.

При этом потенциометр начинает работать как делитель напряжения с переменным коэффициентом деления от

1 до О. В момент достижения торси- 2О дом 9 токовывода 4 сопротивление потенциометра становится близким к нулю, так как резистивная дорожка 2 оказывается полностью зашунтированной токопроводяцим диском. 25

При выкручивании винта 8 тороид

9 под действием силы упругости возвращается в исходное положение. Гофр

10 обеспечивает герметизацию внутреннего объема потенциометра и защищает, его от воздействия влажной окружаюцей ср ды, проникновения пыли, отрицательно влияющих на параметры потенциометра. Кроме того, гофр пред-. отвращает вращение диска совместно

-с винтом при его повороте.

Благодаря тому, что конструкция потенциометра представляет собой упругую систему, значительно уменьшается влияние нежелательных механических воздействий в виде вибраций 40 и ударов и практически ликвидируется вызываемое ими такое явление, как. отскакивание токосъемного элемента, нарушаюцее электрический контакт.

При этом гофр играет роль демпфирую- 45 щегь элемента. нию критического угла зазора, при котором возможно заклинивание тороида.

При перемещении тороида его витки оказываются расположенными под некоторым углом по отношению к резистивной дорожке, за счет чего обеспечивается самоочищение дорожки от различных загрязнений, появляющихся в процессе сборки потенциометра вследствие износа его деталей и т.п., которые являются причиной переходйого шума.

Изменение сопротивления потенциометра можно производить также путем приложения усилия непосредственно к диску. Этот способ удобен при преобразовании поступательных механических перемещений в электрический сигнал,так как при этом нет необходимости в применении различных преобразователей поступательного движения во вращательное, что упрощает конструкцию измерительного устройства в целом.

В данном случае потенциометр может быть использован как устройство для измерения параметров вибрации B. качестве датчика давления, либо как амортизатор, в котором дополнительное поглощение механической энергии может происходить за счет дренажирования воздуха, заключенного во внутреннем объеме потенциометра через специально предусмотренное отверстие.

Потенциометр по сравнению с известными позволяет получить постоянную по всей длине спиральной резистивной дорожки раэрешаюцую способность за счет выполнения контактодержателя в виде конусообразного диска, фрикционно связанного с пружинным контактом, имеющим форму тороида, повысить виброустойчивость и ударопрочность эа счет выполнения контакта в виде пружинного тороида, связываюцего конструктивные элементы потенциометра в единую упругую систему, надежную многоточечную электрическую связь между движком, резистивной дорожкой и контактом благодаря выполнению его в форме цилиндрической пружины, свернутой в тороид, ðàñширить функциональные возможности потенциометра за счет реализации двух вариантов регулировки его параметров.

Увеличение диаметра тороида сопровождается ростом контактного давления, для уменьшения которого целесообразно заполнить частично внутренний

f объем потенциометра специальным маслом, что способствует также уменьше1010666 а4» У

ВНИИПИ Закаэ 2497/40 Тираж 701 Подписиое

Филиал ППП "Патент",г.Ужгород,ул.Проектиая,4