За, последние годы широкое применение получила радиоэлектронная техника, характер и функции которой требуют применения десятков и сотен тысяч различных комплектующих изделий. Среди них резисторы составляют значительную часть.

Они выполняют ответственную функцию - перераспределение электрической энергии между другими элементами схем - и составляют до 50% общего числа элементов радиоэлектронной аппаратуры.

Проволочные резисторы находят широкое применение, так как они имеют следующие достоинства:

Возможность изготовления резисторов с точной величиной номинального сопротивления;

Высокую стабильность сопротивления при воздействии различных внешних факторов;

Малую величину температурного коэффициента сопротивления;

Большую допустимую мощность рассеяния;

Устойчивость к электрическим перегрузкам;

Незначительный уровень собственных шумов;

Высокую радиационную стойкость;

Высокую износоустойчивость и др.

Благодаря этим достоинствам проволочные резисторы успешно используются в таких радиоэлектронных устройствах, к которым предъявляются повышенные требования точности и стабильности электрических и эксплуатационных параметров.

Резисторы используются в электронной аппаратуре, различных системах автоматического управления и регулирования, в электрооборудовании транспорта и измерительной технике. При помощи потенциометров можно не только преобразовать механическую величину в электрическую, но и реализовать требуемую функциональную зависимость между этими величинами.

В этом курсовом проекте также решается задача конструирования переменного проволочного резистора, предназначенного для электрического моделирования физических процессов. Вся трудность заключается в том, что при не большом сопротивлении и рассеиваемой мощности он имеет большую разрешающую способность, что позволяет отнести его к потенциометрам.

То есть данный курсовой проект является вкладом в процесс развития проволочных переменных резисторов.

1. Анализ ТЗ

Согласно технического задания необходимо спроектировать резистор переменного сопротивления с такими характеристиками:

номинальное сопротивление R=10 Ом;

номинальная мощность P=5 Вт;

разрешающая способность d<2%;

температурный коэффициент сопротивления

ТКС=± (5¸30) ×10-6 1/град;

термо е. д. с. Тэдс=-2 мкВ/град;

момент вращения m=0,1 Н/м;

ресурс роботы 105 вращений;

выпуск n=105 шт/год;

условия эксплуатации:

климатические - УХЛ 4.2 ГОСТ 15150-69;

механические - IV ст. ж. ГОСТ 16962-72.

Будущий резистор должен быть согласно ГОСТ 15150-69 по климатическому исполнению эксплуатироваться в микроклиматических районах с умеренным и холодным климатом в лабораторных, капитальных жилых и других подобных помещениях. Исходя из данных, для обеспечения ТКС и Тэдс в качестве материала для резистивного элемента по [1.39] выбираем манганин - медно-марганцевый сплав, который состоит из 83¸86,5% меди, 11¸13,5% марганца и 2,5¸3,5% никеля. В манганине

r=0,42¸0,48 Ом×мм2/м, ТКС=± (0,5¸30) ×10-5 1/град, Терс=1 мкВ/град.

Намотку резистивного элемента произведём манганиновым проводом марки ПМТ - твёрдый, с изоляцией в один слой с высокотвердой эмали и диаметром жилы от 0,02 до 0,8 мм.

Так как резистор должен иметь ресурс работы 105 вращений, то необходимо обеспечить хороший контакт пружины токосъема к резистивной проволоке при минимальном контактном усилии и надёжную фиксацию установленного сопротивления.

Для резистивного каркаса нужно выбирать плоский каркас, так как он имеет меньший объем чем цилиндрический.

Номинальная мощность будущего резистора равна 2 Вт, что относит его классу резисторов средней мощности, поэтому у него будет отсутствовать большой перегрев.

Производство резисторов - серийное. По этому нужно обеспечить простоту изготовления и использовать для него недорогие материалы.

2. Обзор аналогичных конструкций и выбор направления проектирования

Конструкция заданного проволочного переменного резистора в большей мере зависит от заданных характеристик. Следовательно, после анализа технического задания стало известно, что конструируемый резистор должен иметь плоский резистивный элемент с постоянным сечением в виде прямоугольника.

Так как резистор имеет большое сопротивление, а соответственно большие размеры резистивного элемента, то для уменьшения габаритных размеров следует сделать резистивный элемент подковообразной формы.

Аналогичными конструкциями для данного резистора являются конструкции проволочных резисторов с круговым перемещением подвижного контакта СП5-2, СП5-3, СП5-2Т и СП5-3Т. Эти резисторы, для приведения в движение скользящего контакта, используют червячную передачу, что нежелательно использовать в данном резисторе. Так как эта конструкция из-за своих малых размеров может выйти из строя раньше времени (за счет износа вала), не обеспечивает плавного изменения сопротивления и для создания определенного контактного усилия и фиксации установленного сопротивления требует дополнительных затрат.

Более подходящую конструкцию имеет малогабаритный построечный резистор СП15-16Б, в котором прижим контактной системы к токосъему осуществляется за счет пружины. Контактная пружина имеет вид консольной балки, что позволяет выбрать значения контактного усилия в довольно широких пределах. Но отрицательной стороной этих резисторов является их герметичность, что не позволяет делать разборку резистора. Общим неподходящим элементом этих конструкций для разрабатываемого резистора является то, что у них резистивный элемент является струнным и контактная пружина находится между держателем и резистивным элементом. Пружина, прижимающая контактную систему к токосъему, находится в середине корпуса, создавая усилия за счет своей упругости и жесткости материала корпуса.

Учитывая эти недостатки в существующих резисторах, относительно проектируемого выбираем следующие направления:

Вращение скользящего контакта производить с помощью пружин;

Фиксация установленного сопротивления с помощью пружин;

Создание контактного усилия с помощью пластинчатых пружин и стопорных шайб для возможности его регулировки;

Токосъем выполним в виде консольной пружины круглого сечения, а соединение контакта и вывода произведём в виде спирали;

Корпус резистора - открытый, то есть крышки не имеет, так как условия работы - лаборатории, жилые дома и другие подобные помещения.

3. Электрический и конструктивный расчет

3.1 Расчет резистивного элемента

Определение площади плоского каркаса резистивного элемента производится согласно формулы [1.73]:

, (3.1)

где S - площадь каркаса, мм2,P -электрическая мощность рассеяния, Вт;

J-перегрев обмотки, равный разности между максимально допустимой температурой на обмотке и номинальной температуры окружающей среды, ˚C;

μ -средний коэффициент теплоотдачи резисторов, что лежит в пределах (5÷20) ·10-5 Вт/мм2·град [1.73];

Определение диаметра проволоки:

(3.2)

где d -диаметр проволоки, мм;

ρ -удельное электрическое сопротивление, Ом·мм2/м, для манганина составляет 0,46 Ом·мм2/м [1.39];

R -сопротивление обмотки, Ом;

к -коэффициент, числено равный отношению шага намотки к диаметру проволоки. Для резистивных элементов, с изолированной проволокой к = 1,05÷1,2 [1.73];

Определение длины проволоки L, мм:

, (3.3)

Определение шага намотки проволоки tн, мм:

(3.4)

Определение длины каркаса:

Площадь плоского каркаса определяется по формуле:

, (3.5)

где l0 -длина активной части каркаса, мм;

a - высота каркаса, мм;

b - ширина каркаса, мм.

Отсюда:

. (3.6)

Вибираем, исходя из практических соображений:

a = 10 мм, b = 1 мм;

. (mm)

Определение количества витков резистивного элемента n:

(3.7)

Определение шага намотки tн через L, a, b:

(3.8)

Этот результат приблизительно равный прежнему расчету, значит шаг намотки выбран правильно. Из конструктивных соображений задаем угол поворота 3000. Вычислим длину каркаса, если бы он имел форму замкнутой окружности

Определим диаметр каркаса

(3.9),

Определим разрешающую способность проэктируемого резистора[1.83]

Страницы: 1, 2