Потенциометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК П 9) ( О Н 01 С 10 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ый ио,1.33858,ий плос разме тивной лючаю- движсодержа одложку ой рези узел, в мент, п 4 У ОСУДАРСТВЕННЙ НОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 21) 3352593/18-21(54) (7) ПОТЕНЦНОМЕТР,скую диэлектрическую иценной на ней спиральндорожкой, токосъемныйщий регулировочный эле н контактодержатель и контакт, о тл ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расщирения его функциональныхвозможностей путем получения постоянной разрешающей. способности, подвижный контактодержатель выполнен в ви-.де токопроводящего конусообразногодиска, размещенного с клинообразнымзазором над смежной поверкностьвплоской диэлектрической подложки, аконтакт - в виде свернутой в тороидцилиндричеСкой пружины и расположенв клинообразном зазоре, причем регулировочный элемент взаймодействуетс конусообразным диском в осеВом направлении.Изобретение относится к радиоэлектронике и измерительной технике иможет быть использовано Ь качествепреобразователя 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 постоянно изменяющимся .радиусом перемещения контакта по длине спиральнойобмотки и, следовательно, различнойлинейной скоростью контакта по ней.Наибольшее различие в разрешающейспособности имеет место для коль, - 2 Оцевых участков обмотки, так как приодном и том же угле поворота валаконтакт успевает пройти в одном случае большую величину сопротивления,чем в другом. 25Наиболее близким к предлагаемомуявляется потенциометр, содержащийкорпус с диэлектрической подложкойи расположенной на ней спиральнойрезистивной дорожкой, вал, проходя-. ЗОщий через ось резистивной дорожки сконсольно закрепленными на ней двумяпараллельными направляющими, на которых установлен с возможностью ра,циального перемещения относительнооси вала контактодержатель в видестержня, скользящий одним концом(контактом) по спиральной реэистивной дорожке, а другим - по направляющей,канавке, выполненной на пластине, установленной на корпусе параллельно спиральной резистивной дорожке и являющейся ее зеркальным отображением. Оба конца резистивной дорожкиимеют токовыводы, неподвижно закрепленные на подложке, а контактодержатель с помощью металлического контактного кольца, охватывающего вал,электрически связан с третьим токовы- .водом 2 .К недостаткам известного потен- "циометра следует также отнести неодинаковую разрешающую способность в на-чале и конце спиральной резистивнойдорожки. Поэтому на конце сПиралипотенциометр способен различать наименьшие изменения положения движка, т.е. более малые углы поворотавала, Различная разрешающая способность потенциометра по длине резистивной дорожки затрудняет его применение в автоматических системах уп"равления, устройствах обработки дан ных, чвствительных регистрирующихприборах, 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, возникновениялюфтов, проскальэыванйя и т,д.Такая конструкция потенциометраявляется особенно ненадежной при работе в условиях вибрации в связи свозможностью возникновения резонансаконструктивных элементов,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей потенциометрапутем получения постоянной разрешающей способности,Поставленная цель достигается тем,что в потенциометре, содержащем плоскуюдиэлектрическую подложку с размещенной наней спиральной резистивнойдорожкой, токосъемный узел, включающий регулировочный элемент, подвижный контактодержатель и контакт, подвижный контактодержатель выполнен ввиде токопроводящего конусообразногодиска, размещенного с клинообразнымзазором над смежной поверхностьюплоской диэлектрической подложки, аконтакт - в виде свернутой в тороидцилиндрической пружины и расположенв клинообразном зазоре, причем регулировочный элемент взаимодействуетс конусообразным диском в осевом на"правлении,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 контактаф 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 б, установленную неподвижно в центре диэлектрической подложки 1, контактодержатель 7, выполненный в виде диска с конусообразным профилем, регулировочный элемент 8, представляющий собой стягивающий 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 величина1010666 угла должна быть больше угла заклинивания пружинного тороида,Резистивная спиральная дорожка 2наносится на диэлектрическую подложку методом вакуумного напыления, Фотохимической печати или путем вжигания реэистивной пасты, т.е. любымиз известных способов.Предлагаемый профиль конусной поверхности диска 7 обеспечивает неизменное на всей длине резистивной дорожки 2 прирацение ее участков (ЬЬ)проходимых контактируюшими виткамипружинного тороида 9, что обуславливает постоянную разрешающую способность потенциометра. 15Закон изменения угла зазора, т.е.кривизны конусной .поверхности диска,выбран таким образом, что компенсируется неравномерность приращения навитках спирали реэистивной дорожки ;уА 1:СОиЯ. С увеличением диаметраь 1тороида соответственно растет кривизна образующей конусной поверхности диска, вследствие чего при одноми том же угле поворота винта скорость увеличения диаметра тороидав начале резистивной дорожки, где аЬмалы, будет велика, а в конце, гдеЬ 4велики, малой, Тем самым выполняетсяусловие - -: соиМ и обеспечиваетсяАЬЧ.постоянство разрешающей способностипотенциометра на всей длине резистивной спирали,П р и м е р. Расчет профиля конусной поверхности диска. 35Исходные положения для расчета поверхности, образованной искомой кривой вокруг некоторой оси, представлены ниже,4Резистивная дорожка представляет- ,40ся, например, в Форме архимедовой,спирали, которая описывается в полярной системе координат следующим выражением: т,. ( Ось ОХ совпадае правлением спир совпадает с ось он перемецается циометра.Координаты точк са определяются 1) с радиальным наи и тора. Ось ОУ диска, вдоль которой ри настройке потена образующей ко Формулам У=И 8) ки осле подста имеем=ЪФ,45 Данная система уравнений позволяетполучить профиль конусной поверхно"сти диска, обеспечивающей постояннуюразрешающую способность потенцкометра. Эта задача может быть такжерешена экспериментальным путем, методом последовательных приблкжений,добиваясь пропорциональности междууглом поворота винта и выходным напряжением потенциометра.Потенциометр работает следуюцимобразом.В исходном положении пружинный торо"ид 9 находится в свободном состоянии кконтактирует с резкстквной дорожкой 2 в месте крепления токовывода 60 3, т.е. с началом дорожки. При этомобеспечивается максимальная величинасопротивления потенцкометра. Торокд 9 обеспечивает электрическую связьреэистивной дорожки,2 с несколькими5 витками пружины, а диска 7 - со всеаЧ,-вектор спираляние от центрстемы координточки на спкртр спирали,оворота ри определя гд е ( - радирасснойкуцеО - парамадиус ется вектора, по форетсяпиральралью окружпостдоль7=С Пружинный тороид нредставлкак окружность, пересекающаяв одной точке и имеющая со сподин к тот.же центр.Точка пересечения спиралиностью при перемещении дискаянной скоростью 7=В движетсяспирали с постоянной скорость За время 1 винт совершает одинполный оборот Ц)= 2 И и перемещаетсяна величину шага резьбы 55 Чщ -2 йЗа время Т = и 1 диск пройдет путь,авный Бф1 = - и 1=иб. 22 (з) где п - число шагов,Значения коэффициентов В и С определяются как ЬВ с=- - - И)Т Т Скорость движения точки вдоль спира ли может быть разложена на составляющиеУ, фУ =С, С 5) где У - составляющая скорости С вдольрадиуса окружности фкг. 2);- составляющая скорости С вдолькасательной к окружности. Из курса Физики известно, чтоЧ= или 2= -у (6)Ю РС а 1,где г - время перемещения точки.Тогдами витками, создавая таким образоммноготочечный контакт, характеризующийся надежным, низким переходнымсопротивлением,При закручивании винта 8 во втулку 5 расстояние между диском и под.ложкой уменьшается в результате ихстягивания и, вследствие клинообразного сечения зазора, между дискоми подложкой возникает выталкиваю"цая сила, направленная в сторону от 10оси винта, в результате действия которой происходит равномерное по всемупериметру увеличение диаметра тороида за счет его растяжения и последовательное перемещение точки контактирования.с резистивной дорожкой.При этом потенциометр начинает работать как делитель напряжения спеременным коэффициентом деления от1 до О. В момент достижения торси" 2 Одом 9 токовывода 4 сопротивлениепотенциометра становится близким кнулю, так как резистивная дорожка 2оказывается полностью зашунтированной токопроводяцим диском. 25При выкручивании винта 8 тороид9 под действием силы упругости возвращается в исходное положение. Гофр10 обеспечивает герметизацию внутреннего объема потенциометра и защищает, его от воздействия влажной окружаюцей срды, проникновения пыли, отрицательно влияющих на параметры потенциометра. Кроме того, гофр предотвращает вращение диска совместнос винтом при его повороте.35Благодаря тому, что конструкцияпотенциометра представляет собойупругую систему, значительно умень"шается влияние нежелательных .механических воздействий в виде вибраций 40и ударов и практически ликвидируетсявызываемое ими такое явление, как,отскакивание токосъемного элемента,нарушаюцее электрический контакт,При этом гофр играет роль демпфирующегь элемента. увеличение диаметра тороида сопровождается ростом контактного давления, для уменьшения которого целесообразно заполнить частично внутренний объем потенциометра специальным маслом, что способствует также уменьшению 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 в, 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, связывающего 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, расширить функциональные возможности потенциометра за счет реализации двух вариантов регулировки его параметров.1010666 НИИПИ Закаэ 2497/40 Тираж 701 Падписно иал ППП "П Яс иг, У ент",г.У