|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 2 3 4 5 6 ... 52 Для переменных резисторов с выключателем введено понятие угол срабатывания выключателя - угол поворота подвижной системы от упора (в положении выключено ) до положения, при котором происходит срабатывание выключателя. 3.3. Шумы скольжения 1вращения) Шумы скольжения переменных резисторов - шумы (напряжение помех), возникающие в динамическом режиме при - движении , (скольжении) подвижного контакта по резистивному элементу. Характер и степень шумов определяется динамическим взаимодействием двух контактирующих поверхностей - резистивного элемента и подвижного контакта, их состоянием и микроструктурой. Последние, в свою очередь, зависят от силы прижатия и твердости контактирующих поверхностей; скорости перемещения контакта относительно резистивного элемента; стабильности линии контактирования; степени износа подвижного контакта и загрязненности рабочей поверхности резистивного элемента. Причинами шума проволочных резисторов могут быть также короткое замыкание соседних витков подвижным контактом при его перемещении, ступенчатый характер изменения сопротивления, нагрев подвижного контакта и проволоки обмотки и возникновение термо-ЭДС, разнородность металлов контактной пары и т. д. Рассмотрим подробнее основные виды шумов перемещения. Шум короткого замыкания обусловлен тем, что подвижный контакт, имея определенную ширину, при движении замыкает либо один, либо два витка. Он пропорционален проходящему току через обмотку и переходному сопротивлению. Шум, ..определяемый ступенчатым характером изменения сопротивления, вызван скачками напряжения между отдельными витками, когда недвижный контакт перескакивает с одного витка на другой. Помеха, создаваемая этим шумом, имеет вид пилообразного напряжения, наложенного на выходное напряжение. Его амплитуда прямо пропорциональна питающему напряжению и обратно пропорциональна числу витков обмотки. Частота основной гармоники шума пропорциональна скорости перемещения подвижного контакта и числу витков обмотки. Контактный шум и шум переходного сопротивления возникает при прохождении тока через переходное сопротивление.. Он проявляется как результат изменения действующей площади подвижного контакта и модуляции плотности тока, воспринимаемого в виде шума. Шумы, вызванные изменением переходного сопротивления, проявляются в виде хаотических пиков напряжения. Основные причины этого вида шума: неправильный подбор материалов и конструкции пары контакт - резистивный элемент, загрязнение на резистивном элементе, окисные пленки и продукты износа, создающие дополнительное сопротивление между скользящим контактом и резистивным элементом. Активный (генераторный) шум обусловлен термоэлектрическим эффектом (эффект термопары), возникающим в точках соприкосновения разных металлов, трибоэлектрическим эффектом, возникающим при трении двух металлов, и гальваническим (химическим) гроцессом в местах контактных соединений. Этот шум представляет собой самогенерирующее напряжение при вращении вала резис-, тора, когда к нему не приложено электрическое напряжение. Механический шум появляется в'динамическом режиме от чрезмерно большого (от нескольких ом до- бесконечности) переходного сопротивления. Иногда этот шум называют вибрационным Причинами его могут быть большие механические нагрузки и большая скорость вращения подвижной системы, приводящая к вибрационным изменениям состояния контактов. При превышении критической скорости скольжения подвижная система теряет контакт с резистивным элементом, при этом может возникнуть скачок напряжения, достигающий напряжения, подаваемого на резистор. Шумы перемещения переменных проволочных резисторов принято выражать через эквивалентное шумовое сопротивление и измерять в омах, а уровень шумов перемещения непроволочных резисторов - через напряжение шумов и измерять в милливольтах. Уровень шумов перемещения значительно превышает уровень тепловых и токовых шумов. Даже для сравнительно хороших непроволочных резисторов напряжение шумов вращения может достигать десятков милливольт (15-50 мВ), а эквивалентное шумовое сопротивленне проволочных резисторов 50-5000 Ом. Методы намерения шумов вращения и рекомендуемые принципы построения измерительной аппаратуры нормированы ГОСТ 21342.6-75. Стандарт устанавливает два метода измерения шумов вращения переменных непроволочных и проволочных резисторов. Для измерения напряжения шумов вращения непроволочных резисторов используют аттестованные измерители шумов перемещений. Метод измерения заключается в усилении, выпрямлении и измерении переменной составляющей выходного'напряжения резистора, подключенного к источнику питания по потенциометрической схеме. Допустимая-погрешность метода измерения ±25% от измеряемого напряжения шумов. Метод измерения эквивалентного сопротивления шумов вращения переменных проволочных резисторов основан на регистрации отдельных скачков сопротивления шумов при превышении ими определенного, заранее установленного уровня. Число таких нарушений подсчитывают и по этой информации судят о качестве резистора. Измерения производят специальными приборами, проградуиро-ванными в омах. Методическая погрешность измерений ±10%. Для некоторых типов композиционных переменных резисторов введено требование по плавности изменения сопротивления, что означает способность резистора монотонно н без скачков изменять сопротивление при перемещении подвижной системы. При несоблюдении этого требования возникают флуктуации выходного напряжения, которые выявляются в динамическом режиме. По существу это те же шумы скольжения, только вызываются они в основном нестабильным градиентом сопротивления по длине резистнвного элемента. Измерение плавности производят либо с помощью специально созданных для этой цели установок, либо с помощью омметров с большим входным сопротивлением. 3.4. Момент статического трения Используемые ранее параметры момент трогания и момент вра- . Щення (минимальный момент, необходимый для приведения в движение вала резистора, - момент трогания, и минимальный момент, необходимый для обеспечения непрерывного перемещения подвижной 3-715 33 системы после начала ее перемещения, - момент вращения) по сути являются параметрами привода, а не резистора. Вращение подвижной системы резистора н перемещение подвижного контакта по токопроводящему резистивному элементу более правильно характеризовать моментом статического трения. Момент статического трения подвижной системы переменного резистора - момент, обусловленный силами трения в подвижных частях резистора и численно равный моменту, прикладываемому к валу резистора для обеспечения начала перемещения подвижной системы резистора из любого положения. Значение момента статического трения зависит от способа крепления, конструкции элементов подвижной системы и контактного давления. Для переменных резисторов разных типов оно может быть от единиц до сотен грамм-сантиметров. Измерение момента статического трения можно производить с помощью приспособлений со шкивом и грузом, специальной пружины или безынерционным способом с использованием мехаиотроиов. 3.5. Разбаланс сопротивления многоэлементного переменного резистора Требование по разбалансу предъявляется только к многоэлементным (блочным) резисторам, имеющим общий вал. Разбаланс сопротивления - отношение выходного напряжения, снимаемого с одного резистора, к соответствующему напряжению, снимаемому с другого резистора, при перемещении их подвижной системы и одинаковом питающем напряжении на выводах резистивного элемента. Причиной разбаланса могут быть как неправильное расположение секций по положению электрического нуля, так и разброс по неравномерности резистивных элементов разных секций. Разбаланссопро-тивления оценивается, как правило, в децибелах. Для резисторов общего назначения с линейной характеристикой разбаланс допускается до 3 дБ, а для резисторов с нелинейной характеристикой - до 6 дБ. 3.6. Износоустойчивость Износоустойчивость - способность резистора сохранять свои параметры при многократных перемещениях подвижной системы. Износоустойчивость зависит от многих причин, но S основном определяется материалом и формой подвижного контакта и резистивного элемента и контактным давлением. На износоустойчивость оказывают влияние также конструкция подвижной системы, скорость вращения и т. п. При вращении подвижной системы происходит износ как самого резистивного элемента, так и подвижного контакта. Этот процесс износа тем интенсивнее, чем больше контактное давление. Поэтому для повышения износоустойчивости и увеличения срока службы.контактное давление необходимо уменьшать. Однако это требование вступает в противоречие с требованием снижения шумов вращения и повышения стойкости к механическим воздействиям. Так как удовлетворить одновременно этим требованиям практически невозможно, то необходимо выбирать оптимальное контактное давление и наиболее износоустойчивые контактные пары. Количественно износоустойчивость оценивается максимально до- пустимым числом поворотов (или циклов перемещения от упора до упора и обратно) подвижной системы, при достижении которого параметры резистора еще остаются в пределах норм. Проверка осуществляется на специ1альных установках, позволяющих с определенной скоростью вращать подвижную систему одного или одновременно нескольких резисторов. При этом, как правило, через подвижный контакт пропускают электрический ток. Для прецизионных резисторов (потенциометров), работающих в следящих системах, характерны низкие контактные давления и соответственно малые монеиты трения. Их износоустойчивость достигает 10-10 циклов, но при этом вибрационная и ударная стой-кость ниже, чем резисторов общего назначения. Регулировочные резисторы общего назначения обладают лучшей механической стойкостью, но их износоустойчивость ниже (5000-100 000 циклов). Подстроечные резисторы обычно используются для разовых регулировок, поэтому их высокая износоустойчивость не требуется. Число циклов перемещений подвижной системы этих резисторов не более 1000. Раздел четвертый Характ©ри€тики наборов резисторов 4.1. Номинальное сопротивление, допуск, номинальная мощность и сопротивление изоляции Номинальное сопротивление резисторов для типовых схем 1, 2, 18 наборов резисторов (см. рис. 1.4) и для общего сопротивления Гсхемы 6 устанавливается, как и для обычных резисторов, по ГОСТ 2825-67 с промежуточными значениями по рядам ЕЗ, Еб, Е12, Е24. рДля резисторов типовых схем 4 н 5 (см. рис. 1.4) и резисторов схе-яы 6 номинальное сопротивление определяется документом на по-авку на конкретные типы наборов. Допуски резисторов установлены в соответствии с ГОСТ 9664-74: для прецизионных наборов ±0,001; ±0,002; ±0,005; ±0,01; t0,02; ±0,05; ±0,1; ±0,25; ±0,5; ±1 %; для наборов пбптргп ня.яняйрння, а также высоковольтных и вы-окомегаомных ±2; ±5; ±10; ±20 %. Номинальные мощности рассеяния отдельных резисторов в каре и наборов резисторов в целом (на корпус) устанавливаются со- тласно ГОСТ 9663-75 из ряда: - для отдельных резисторов простых наборов (схемы /, 2, S) 0,01; 0,025; 0,05; 0,062; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 4; 8; 10 Вт. для наборов резисторов на корпус в целом (схемы /, 2, 3, 6) 0,05; 0,062; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 4; 8; 10; 16; 25 Вт. Номинальная Мощность рассеяния наборов резисторов для схем 4 и 5 (рис. 1.4) определяются документом на поставку на конкретные типы наборов. Значения сопротивления изоляции наборов резисторов регламен-тирчваны рядом 100; 500; 1000; 5000; 10 000 и 100 000 МОм. Для высоковольтных и высокомегаомных наборов значение этого параметра определяется документом на поставку на конкретные типы наборов. . 3* . 35 4.2. Температурный коэффициент сопротивления и разбаланс ТКС Для наборов резисторов любого схемотехнического исполнения значения температурного коэффициента сопротивления резисторов должны соответствовать ряду: ±1; ±3; ±5; ±10; ±25; ±50; ±80; ±100; ±150; ±200; ±250; ±500; ± 1000-lO-l/X. Разбаланс температурных коэффициентов сопротивления (алгебраическая разность между ТКС двух любых резисторов) является важной характеристикой, определяющей степень стабильности точностных параметров при изменении температуры делителя в результате подачи на него электрической нагрузки или воздействия окружающей среды. Зависимость составляющей приведенного отклонения выходного напряжения от разбаланса ТКС резисторов делителя имеет вид Д6отн = Ки(1-Кв)АТКС AT, где /Сд - коэффициент деления; ДТКС - разбаланс ТКС; Д7 - разность температур. Отсюда следует, что для обеспечения высокой температурной стабильности необходимо снижать разбаланс ТКС резисторов делителя. Это достигается или специальным отбором резисторов по ТКС, или, что более перспективно, совершенствованием технологии изготовления делителей на основе интегральных методов, позволяющих получать высокую однородность характеристик, в том числе и ТКС резисторов. . 4.3. Входное и выходное напряжение, время установления выходного напряжения Номинальное входное напряжение - наибольшее значение напряжения на входе набора, при котором обеспечивается работоспособность набора в заданных условиях в течение срока службы при со-храненни параметров в установленных пределах. Для схем 2, 3, 4, 5 (см, рис. 1.4) номинальное входное напряжение регламентировано рядом: 1,2; 2,4; 3; 4; 5; 6; 9; 12; 15; 24; 30; 48; 100; 150; 200; 350; 500; 750; 1000 В. Выходное напряжение Овых - значение напряжения на выходе набора резисторов (делителя напряжения). При этом разность между действительным значением выходного напряжения и его номинальным t/н.вых (идеальным или расчетным) есть абсолютное отклонение выходного напряжения AUaoc- Отношение абсолютного отклонения выходного напряжения к номинальному входному напряжению называется приведенным отклонением выходного напряжения или относительной погрешностью выходного напряжения AUctv. Время установления выходного напряжения - интервал- времени, в течение которого напряжение на выходе набора резисторов изменяется от первого достижения уровня 0,1 до последнего достижения уровня 0,9 установившегося значения. Оно определяет быстродействие схем. Время установления зависит от конструкции набора, используемых материалов, сопротивления резисторов, а также от числа разрядов или декад.. Для функциональных наборов (схемы 4 к 5, рис. 1.4) регламентирован ряд значений времени установления выходного напряжения: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,25; 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30; 100 мкс. 4.4. Коэффициент деления Коэффициент деления набора, резисторов определяется как отношение выходного напряжения к напряжению на его входе. Значение коэффициента деления зависит от соотношения сопротивлений резисторов в наборе и схемы нх соединения. Для нерегулируемого делителя напряжения (рис. 4.1) коэффициент деления Ka=Ri/(R\ + Для многоразрядных регулируемых делителей напряжения (функциональные наборы, схемы 4 н 5, рис. 1.4) значение коэффициента деления определяется комбинацией подключения входов (разрядов) делителя к источнику входного напряжения. Совокупность возможных значений коэффициента деления называют шкалой делителя. В общем виде коэффициент деления делителей с много- разрядной дискретной шкалой (д= 2 где Uk - весовые коэф- fe=i фициенты разрядов делителя, зависящие от соотношения сопротивлений и схемы- соединения резисторов; й=1, 2, 3, N-разряды делителя; % -числа, образующие дискретный взвешенный код и принимающие значения 1 , если k-к разряд подключен к источнику входного напряжения (тока), и О , если не подключен. Разряд с наибольшим весовым коэффициен- вых том называют старшим, с наименьшим - млад- Ri щ шим. Минимальное значение коэффициента деления, соответствующее включению только млад- { шего разряда, называют дискретностью шкаль делителя. Дискретность зависит от числа разрядов и декад функциональных наборов: с увели- р^ 4 j Цпо-чением их числа значение коэффициента деления стейшая схема младшего разряда уменьшается, что ведет к по- делителя на-вышенню разрешающей способности делителя. пояжения Однако этот процесс небеспределен и имеет как технологические, так и физические ограничения (уровень собственных шумов делителя, трудность обеспечения точностных параметров резисторов и др.). Максимальное значение коэффициента деления соответствует одновременному подключению всех разрядов делителя к источнику входного напряжения, при этом напряжение на выходе делителя имеет максимальное значение. Точностные свойства делителей напряжения (схемы 2, 3, 4, 5, рис. 1.4) характеризуются относительным отклонением коэффициента деления и приведенным отклонением (погрешностью) выходного напряжения Д/Сд,отн = Д/Сд.а6с/(д, Д1/отн=Д^а6с/1/вх. где Д/Сд.а6с - абсолютное отклонение коэффициента деления, определяемое как разность между действительным значением коэффициента деления и его номинальным- значением; ДУабс -абсолютное отклонение выходного напряжения. Значения этих параметров регламентированы и для конкретных типов делителей указываются в документе на поставку из ряда: ±0,001; ±0,002; ±0.005; ±0.01; ±0,02; ±0,03; ±0,05; ±0,1; ±0,25; =tO,5; ±1 о/ . Раздел пятый Примзнзни© и эксплуатация резисторов 5.1. Климатиче£кие>1 механические нагрузки Из сложного комплекса внешних воздействующих факторов наибольшее влияние на резисторы оказывают климатические' и механические нагрузки. К ним относятся температура и влажность окружающей среды, атмосферное давление, примеси в окружающей среде, биологические факторы, вибрация, удары, постоянно действующее ускорение, акустические шумы. -Кроме этого, при определенных уровнях могут сказываться радиационные воздействия (поток нейтронов, гамма-лучи, солнечная радиация и т. п.) и факторы космического пространства. Климатические нагрузки. Температура и влажность окружающей среды являются, важнейшими факторами, влияющими на надежность, долговечность и сохраняемость резисторов. Длительное воздействие повышенной температуры вызывает старение проводниковых, контактных и изоляционных материалов, в результате чего параметры резисторов претерпевают необратимые изменения. Тепловое воздействие может быть как непрерывным, так и периодически изменяющимся. Резкое изменение температуры может вызвать механические напряжения в разнородных материалах, нарушение герметичности паяных соединений, появление трещин, зазоров в деталях резисторов. Наряду с внешней температурой на резисторы в составе аппаратуры дополнительно воздействует теплота, выделяемая другими сильно Греющимися изделиями, и электрическая нагрузка. Сочетание электрической нагрузки и повышенной температуры усиливает локальные перегревы в дефектных участках проводящего элемента и контактных узлах резисторов, ускоряет процессы электролиза, особенно в керамическом основании, содержащем окислы щелочных металлов. При воздействии низких температур ухудшаются механические свойства изоляционных материалов (повышается хрупкость, уменьшается эластичность), увеличивается вязкость смазочных материалов, что может вызвать нарушение герметичности и прочности контактных узлов, снижение механической прочности и износоустойчивости переменных результатов. При резких циклических изменениях температуры в местах соединений разнородных по тепловому расширению материалов и внутри них возникают знакопеременные механические напряжения, которые могут привести к появлению микротрещ11н, пор и зазоров и проникновению в них конденсированной влаги. В условиях повышенной влажности на электрические параметры резисторов влияет как пленка йоды, образующаяся на поверхности, так и внутреннее поглощение влаги. Повышенная влажность среды вызывает коррозию металлических деталей и контактной арматуры резисторов, ухудшает электрические свойства изоляции, способствует развитию грибковой плесени. Присутствие в атмосфере водных растворов солей приводит к интенсификации коррозионных Таблица 5.1. Соотношение различных значений давления
Примечание. 1 Па = 1 Н/м5=0,0075 мм рт. ст.; 1 техн. ат-Мосфера= 1 кгс/см2=98066,5 Н/мг=0,981 бар=0,968 физ. атмосферы; 1 бар=105Н/м2=10е дин/см; 3 кгс/см=294 200 Па=2942 кПа; процессов металлических деталей, процессов электролиза, к уменьшению сопротивления изоляции. Пониженное атмосферное давление снижает электрическую прочность воздушного промежутка между проводящими деталями резисторов, находящихся под различным напряжением, создавая благоприятные условия для электрического пробоя воздуха нли для перекрытия по поверхности резисторов. Кроме этого, при пониженном атмосферном давлении ухудшается отвод температуры от резисторов. При повышении давления теплоотвод улучшается, поэтому, повышенное (до 3 атм) давление не оказывает существенного влияния на работу резисторов. В связи с тем, что в нормативной документации могут быть приведены значения давления в разных единицах измерения, ниже даиы соотношения часто встречающихся значений давления (табл 5.1). Механические нагрузки. При эксплуатации и транспортировании резисторы подвергаются воздействию различного вида механических Нагрузок: вибрации, одиночным и многократным ударам, линейному ускорению, акустическим шумам. Наиболее опасными являются вибрационные нагрузки, особенно в области частот, совпадающих с собственными (резонансными) частотами резисторов. Ударные нагрузки оказывают такое же воздействие, как и вибрации. При этом опасны удары с возмущающими частотами в спектре ударного импульса, близкими к собственным частотам резистора, поскольку это приводит к возникновению больших разрушающих усилий, прикладываемых К его деталям и узлам. Воздействие механических нагрузок, превышающих допустимые нормы, может вызвать обрывы выводов и внутренних соединений, появление сколов, трещин и изломов, поломку корпусов, разрушение паяных соединений, потерю герметичности и нарушение контактов. 5.2. Стёренме резисторов при воздействии эксплуатационных факторов Старение резисторов проявляется главным образом в изменении их основного параметра - сопротивления. При этом, как пра^вило, понимаются необратимые изменения, -вызываемые электрической на-- грузкой, повышенной температурой и повышенной влажностью окружающей среды. Характер и интенсивность старения резисторов зависит от их конструкции, условий эксплуатации и хранения. В эксплуатационных условиях часто имеет место сложное сочетание различных внешних климатических и механических факторов, действующих одновременно или в различной последовательности с различной интенсивностью. Наиболее устойчивыми к действию факторов старения являются проволочные резисторы, а среди непроволочных - тонкослойные металлодиэлектрические и металлоокисные. Менее стойкими считаются композиционные лакосажевые. Изменение сопротивления этих резисторов зависит от соотношения между интенсивностями различных компонентов старения, которые могут приводить как к уменьшению (за счет структурных изменений проводящего элемента, выделения из него летучих веществ, отвердевания защитного покрытия), так и к увеличению сопротивления (за счет окисления проводящего материала и переходных контактов, абсорбции газов и паров из окружающей среды), При нагрузке тонкослойных резисторов номинальной мощностью арение сопровождается, как правило, увеличением сопротивления. Недогруженные резисторы в первый период эксплуатации в условиях нормальной влажности имеют тенденцию к уменьшению сопротивления. Стабильность толстопленочных композиционных резисторов определяется в основном стабильностью связующих диэлектрических материалов, входящих в состав резистивной композиции. В начальный период, как правило, оии имеют отрицательный коэффициент старения, т. е. их сопротивление уменьшается, причем основное изменение происходит в первые 300-500 ч работы. В дальнейшем, к концу срока службы, сопротивление увеличивается. Складское хранение углеродистых и металлодиэлектрических резисторов сопротивлением до 0,5 МОм в течение первого года приводит к незначительным изменениям сопротивления (не более 0,5- 1 %). Наибольшие изменения, оговоренные в документах на поставку, относятся к высокоомным номиналам резисторов (более 0,5-1 МОм). У металлодиэлектрических резисторов преобладает тенденция к возрастанию сопротивления. Композиционные герметичные резисторы (в основном лакосажевые) имеют тенденцию к уменьшению сопротивления, иегерметичные - при хранении увеличивают сопротивление. Углеродистые резисторы в первый период (3-12мес.) имеют как положительные, так и отрицательные изменения, однако в дальнейшем их сопротивление возрастает. Практически у всех резисторов интенсивность старения со временем уменьшается. Старение проволочных резисторов определяется стойкостью к окислительным процессам проволоки и контактных узлов. В начальный период, эксплуатации при небольших тепловых и электрических нагрузках, когда процессы окисления замедлены, может иметь место уменьшение сопротивления, связанное со снятием внутр^нцих напряжений в проволоке и -изменением ее микроструктуры. Снцже-ние электрической прочности эмалевого покрытии проводов в результате его термоокислительиой деструкции приводит к замыканию витков намотки н уменьшению сопротивления резисторов с многослойной намоткой. Сохраняемость проволочных резисторов сравнительно высокая. При хранении в складских условиях в течение ряда лет у большинства типов проволочных резисторов изменение сопротивления не. превышает 1-3 7о. Повышенная влажность вызывает, как правило, увеличение сопротивления резистора. Наибольшие необратимые изменения характерны для композиционных (на органической связке) и углеродистых резисторов. Во влажной среде происходит набухание opraHHtJe-ских связующих; влага, внедряясь в структуру резистивиого материала непроволочных резисторов, нарушает контакты между межкристалЛическнми прослойками или зернами проводящего элемента, проникает в контактные узлы, вызывая коррозию контактной арматуры. К действию влаги особенно чувствительны электрически слабо нагруженные углеродистые, металлодиэлектрические и металлоокнсные резисторы со спиральной нарезкой проводящего слоя (в частности, высокоомиые резисторы), материал которого окисляется атомарным кислородом, выделяющимся при электролизе поглощенной влаги. Электрохимическое разрушение может привести к полной потере проводимости. 1 2 3 4 5 6 ... 52 |