Изчисляване на съпротивлението
| Категория: Комуникации Тип: Курсова Размер: 55.4kb. изтегляне |
Министерство на образованието и науката на Украйна
Харковски национален университет по радиоелектроника
Тема на проекта: Изчисляване на съпротивлението
Този проект е разработването на променлив резистор за измервателно оборудване. Резисторът е с мощност 0.6W. Със съпротивление от 900. Ohm.
Беше взето решение да се разработи жичен резистор с правоъгълна рамка. Обемът на обяснителната записка е 19 страници.
Преглед на подобни дизайни и избор на дизайн
Електрически и структурни изчисления:
Изчисляване на резистивен елемент
Изчисляване на честотната характеристика
Ескизно проучване на елемента и обосновка на взетите решения
Уточняване и описание на дизайна
Интензивното развитие на радиоиндустрията и приборостроенето, разработването на оборудване на базата на интегрални и големи интегрални схеми, създаването на компютри от трето и четвърто поколение с колосални възможности за обработка на информация, както и системи за автоматично управление стимулират разширяването на производството на съществуващи и създаването на нови видове променливи резистори за регулиране на режимите и настройка на електронни схеми до определени параметри.
Разработването на променливи резистори е решение на набор от сложни технически проблеми при синтеза на проводими и изолационни материали, изчисляването на структурните елементи и определянето на оптималните режими на тяхното производство.
Научно-техническият проблем за създаване на променливи резистори се състои от три основни връзки:
а) разработване и въвеждане в производство на нови видове променливи резистори, които отговарят на настоящите и бъдещите изисквания на индустрията;
б) обединяване на структурите(създаване на основни конструкции) и типизиране на технологични процеси за производство на променливи резистори;
в) разработване на теория за изчисляване на електрически параметри и създаване на теория за изчисляване на структурни елементи на променлив резистор.
Съгласно техническото задание е необходимо да се проектира резистор с променливо съпротивление със следните характеристики:
съпротивление 900 Ohm;
номинална мощност P=0,6 W;
осигуряват логаритмично движение на елемента
издаване: 500 броя/година;
условия на работа: - UHL4.2 GOST 15150-69.
Съгласно GOST 15150-69, резисторът трябва да отговаря на климатичната версия за микроклиматични райони с умерен и студен климат в лаборатории със средна годишна минимална температура под -45 ° C.
Въз основа на данните, за да осигурим приемливи габаритни размери, форма, а също и за лесно производство, ние избираме манганин, медно-манганова сплав, като материал за резистивния елемент. Необходимо е да се осигури добър контакт на токоприемната пружина към резистивния проводник с минимална контактна сила и надеждно фиксиране на зададеното съпротивление.
За резистивен елемент е необходимо да изберете рамка с правоъгълно сечение, тъй като е необходимо да се осигури логаритмично движение на елемента.
Номиналната мощност на резистора е 0,6 W. Според класификацията тази мощност го класифицира като резистор със средна мощност.
Производството на резистори е серийно. Следователно е необходимо да се осигури лекота на производство и да се използват евтини материали за него.
2. Преглед на подобни проекти и избор на посока на проектиране
Конструкцията на даден жичен променлив резистор до голяма степен зависи от дадените характеристики. След анализспецификация, стана известно, че проектираният резистор трябва да има рамка с правоъгълно напречно сечение, с еднослойна намотка с фиксирана стъпка, което позволява да се постигнат най-малките отклонения от определеното съпротивление, което е важно за елементите на измервателното оборудване.
Подобни конструкции за този резистор са конструкциите на жични резистори SP5-1, SP5-4. В тези резистори регулирането на съпротивлението се извършва с помощта на микрометрични винтове. Недостатъкът на този дизайн е сложността, дължаща се на факта, че тук се използват 2 независими токоприемника, което не се изисква за разработения резистор.
Предвид тези недостатъци на съществуващите резистори спрямо проектираните, избираме следните направления:
преместете плъзгащия се контакт с помощта на метричен винт;
фиксиране на зададеното съпротивление с помощта на пружини;
събирането на ток се извършва под формата на конзолна пружина с кръгло напречно сечение;
корпусът на резистора не е херметичен, тъй като условията за работа са лаборатории и други подобни помещения.
3. Електрически и конструктивни изчисления
3.1 Изчисляване на резистивния елемент
Нека определим тока, протичащ през нашия резистивен елемент, съгласно формулата [1]:
където I е ток, A; Р – мощност, W; R - съпротивление, Ohm.
Познавайки тока, ние определяме диаметъра на проводника по формулата [1]:
j - избираме плътността на тока, като вземем предвид условията на температурна стабилност и малките габаритни размери на бъдещия резистор j = 1,8, тъй като проектираният резистор трябва да бъде доста ниска мощност, а също и силата на тока I = 26 mA е доста малка стойност. От конструктивни съображения избираме диаметъра на проводника на резистивния елемент d=0,15 mm.
При този диаметър на проводника дължината му трябва да бъде равна на:
където ρ е специфичното електрическо съпротивление, Ohm mm 2 /m, за манганин е 0,5 Ohm mm 2 /m
Изберете размер на рамката:
За да се осигури необходимата разделителна способност \u003d 0,01%, D \u003d 0,5 mm,
Определяме полезната дължина на намотката по формулата:
Броят на завоите, които могат да бъдат поставени на тази дължина, се определя по формулата:
където е стъпката на навиване, тя е равна на d=
коефициент, числено равен на стъпката на намотката спрямо диаметъра на проводника.
Разделителната способност на проектирания резистор се определя по формулата:
където N е броят на завоите
Това отговаря на дадената резолюция.
Повърхността на резистивния елемент се определя по формулата:
където диаметър на d-тел = 0,15 mm
R-съпротивление на проектирания резистор = 900 Ohm
Ние определяме ширината на рамката, като използваме изчислението:
Тъй като проектираният резистор трябва да има логаритмична функционална характеристика, ширината на рамката няма да бъде същата и следователно е необходимо първо да се изчисли според кой закон ще се промени ширината на рамката:
където е стойността на височините на рамката (разделяме рамката на правоъгълници, чиито височини се променят според логаритмичен закон. Избираме броя на такива правоъгълници, равен на 8. От съображения за проектиране и
- определя се по формулата:
където е ъгълът на полагане на телта върху рамката.При използване на тази тел
Коефициентът, отчитащ характеристиките на огъване на телта върху рамката, приемаме равен на 1,05.
3.2 Топлинно изчисление
Определянето на температурата на прегряване на резистивния елемент при зададените топлинни условия се извършва по формулата:
където J е температурата на прегряване на резистивния елемент, deg;
P е разсейваната мощност, W;
μ - средна стойносткоефициент на топлопреминаване = ,
Sp.e. – повърхност на резистивния елемент, от формула 3.1.7
Максималната температура на нагряване, равна на резистивния елемент, се определя по формулата:
T 0 - температура на околната среда \u003d 60 C
Тази температура е по-ниска от работната температура на материалите, включени в изчисления резистор.
3.3 Изчисляване на честотната характеристика
Изчисляването на резистивната индуктивност се намира по формулата:
където L е индуктивността на резистивния елемент, H;
N е броят на завоите на резистивния елемент;
Dc – диаметър на рамката, mm;
k3 – коефициент в зависимост от отношението Dk/b, при Dk/b= 0,36, k3=0,11.
Изчисляването на собствения капацитет на резистивния елемент се извършва по формулата:
където C е собственият му капацитет, pF;
k1 - коефициент, зависещ от съотношението между стъпката на намотката tn и диаметъра на резистивния проводник;
k2 е коефициентът, зависещ от съотношението между дължината на намотката на резистивния елемент l0 и диаметъра на рамката на резистивния елемент dк;
Dк - диаметър на рамката на резистивния елемент, mm.
За съотношението /d = 4 и b/d = 1 коефициентите k1 и k2, съгласно [3], приемат стойностите:
Времевата константа се определя по формулата, равна на:
3.4 Изчисляване на контактната пружина
При избора на пружинен материал е необходимо да изберете материал, който има висока електропроводимост, твърдост, устойчивост на заваряване, висока устойчивост на износване в тандем с избрания проводник. Такъв материал е сплав PSr-25 GOST 6836-72. Дизайнът е избран под формата на конзолна пружина с кръгло напречно сечение.
Диаметърът на такава пружина се определя по формулата:
където d pr - диаметър на пружината, mm
F k - минимална контактна сила,
E - модул на еластичност, kg / mm 2
с-напрежение в материала на пружината, kg / mm 2
f in - максимална честота на вибрация, 1 / сек
g - плътност на пружинния материал
Дължината на пружината се определя по формулата [2]:
Определете деформацията на пружината под действието на контактната сила
С такива характеристики на пружината, резисторът ще има определен експлоатационен живот и ще осигури добър контакт.
4. Проектно проучване на елемента и обосновка на взетите решения
В тази работа се разработва тел резистор с променливо съпротивление с правоъгълен резистивен елемент. Резистивният проводник се навива върху рамката и се огъва във формата на подкова, така че токът да се събира в резултат на кръговото движение на плъзгащия контакт. Кръговото движение се дължи на факта, че при такова производство резисторът ще има по-малки габаритни размери. Плоският резистивен елемент е избран поради факта, че голямата дължина на навития проводник (L=34.4m). Със същата дължина, тя ще заема по-малко място от цилиндрична.
Токът се събира с помощта на контактна пружина, изработена от сплав от сребро и мед под формата на конзолна греда. Формата се обяснява с факта, че този резистор е проектиран за дълъг експлоатационен живот и този дизайн ви позволява да създавате малки и стабилни контактни сили.
Избраният месингов резистивен проводник VR02 има минимален TCR, което значително повишава стабилността на инсталираното съпротивление. Такава тел осигурява високо съпротивление (R=900 Ohm) с диаметър на телта d=0,15 mm. Стъпката на намотката mm осигурява разделителна способност d = 0,01%.
Токът се събира с помощта на плоска и тънка пружина, единия край запоен към изхода на резистора, а другият към края на контактната пружина. Дизайнът му е предназначен за дълги сервизни линии.
себе сипружината е здраво закрепена върху държача, който от своя страна е свързан към оста на въртене. управление на цялата контактна система.
Фиксирането на зададеното съпротивление и образуването на необходимата контактна сила се постига с помощта на контактни шайби, разположени на оста на въртене. Този дизайн осигурява лесно регулиране на контактната сила, надеждно фиксиране на съпротивлението, не изисква много усилия за преместване на контактната пружина.
5. Уточняване и описание на дизайна
Основният елемент в променливия резистор е резистивен елемент и контактно устройство.
При този дизайн електрическият контакт на намотката с клемата се създава по следния начин: краят на резистивния проводник е лишен от изолация и е запоен към клемите. За фиксиране на намотката се използва допълнително закрепване - импрегниране с изолационен лак. Резистивният елемент се закрепва с лепило в специален жлеб.
Резисторната рамка има променлива ширина, което осигурява необходимия закон за промяна на съпротивлението. Рамката е анодизирана и след това покрита с два слоя изолационен лак.
Този резистор е предназначен за използване в измервателно оборудване.
1. Номинална мощност P = 0,6 W
2. Съпротивление R = 900 Ohm
3. Електрическа разделителна способност
4. Собствена индуктивност L = 32 μH
5. Собствен капацитет C \u003d 1.1 pF
6. Времеконстанта τ = 0,35 µs
Диаметър на контактната пружина d pr = 0,3 mm
Дължината на контактната пружина l pr \u003d 9,2 mm
Брой навивки N = 16
Диаметър на телта d = 0,4 мм
Дължина на проводника L = 32.4m
Дължина на касата l = 138 мм
Диаметър на касата D = 50 мм
Климатичен UHL 4.2. ГОСТ 15150-69
Като резултатдизайн, беше получен намотан резистор с променливо съпротивление. Неговите характеристики, дадени в паспорта, говорят за неговите предимства и недостатъци.
Самият резистор е със средни габаритни размери, което е удобно за настройка.
Недостатъкът е наличието на значителни капацитети и индуктивности, което ограничава нормалното използване на резистори при високи честоти.
Дизайнът е надежден и издръжлив, подлежи на ремонт и подмяна, резисторът е подходящ за масово производство.
1. М.Н. Малков, В.Н. Svitenko Функционални електронни устройства и електрически радио елементи, част I. Харков: HIRE, 2002. - 140p.
3. Резистори: Справочник. Изд. И.И. Четвертков и В.М. Терехов. - М.: Радио и комуникация, 1991. - 528 с.