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导电塑料电位器在电动执行器中的运用分析
2019-8-2 13:42 中国泵阀制造网 作者:佚名 点击:2575
【中国泵阀制造网 行业论文】导电塑料电位器凭借其良好的平滑性、高分辨率、较小摩擦力矩以及较长使用寿命等特点,在电动执行器中承担着检测元件的任务。主要分析了导电塑料电位器生产制造工艺,并从应用原理、电流信号电路转换以及位置发送电路构建三个层面,探讨了导电塑料电位器在电动执行器中的具体运用。希望能够为相关专业提供可以参考的理论依据。

导电塑料电位器在电动执行器中的运用分析

摘要:

导电塑料电位器凭借其良好的平滑性、高分辨率、较小摩擦力矩以及较长使用寿命等特点, 在电动执行器中承担着检测元件的任务。主要分析了导电塑料电位器生产制造工艺, 并从应用原理、电流信号电路转换以及位置发送电路构建三个层面, 探讨了导电塑料电位器在电动执行器中的具体运用。希望能够为相关专业提供可以参考的理论依据。

关键词:

导电塑料电位器; 电动执行器; 电流信号;

Application and Analysis of Conductive Plastic Potentiometer in Electric Actuator

GONG Hao

Fuzhou Shixin Electronic Technology Co., Ltd.

Abstract:

Conductive plastic potentiometers perform the task of detecting components in electric actuators due to their good smoothness, high resolution, low friction torque and long service life. The manufacturing process of conductive plastic potentiometer is mainly analyzed, and the application of conductive plastic potentiometer in electric actuator is discussed from three aspects:application principle, current signal circuit conversion and position transmission circuit construction. I hope to provide relevant theoretical basis for relevant majors.

Keyword:

conductive plastic potentiometer; electric actuator; current signal;

电动执行器依靠驱动能源在控制信号作用下发挥执行机构功能, 在工业自动化控制领域具有较强的应用价值。导电塑料电位器作为一种电阻体, 具有输出平滑、响应速度快、分辨率高、耐磨性强以及使用寿命长等优势。在生产制造过程中, 导电塑料电位器输出精度呈不断升高趋势, 能够有效满足电子控制系统位移检测需求。

1 导电塑料电位器生产制造工艺分析

传统的导电塑料基体主要是通过模压法制备而成的, 并利用手工调阻法完成电阻体线性度修刻, 这种导电塑料基体电阻值对号率较低, 且质量较差, 无法满足电阻体线性精度要求, 导致生产效率严重受到影响。在此基础上, 我国陆续研发了厚膜丝网印刷等生产制造工艺, 旨在提高阻值对号率与生产效率, 简化生产工艺, 解决以往生产难题。

1.1 导电塑料基体制备

导电塑料基体制备材料可选择DAP塑料材质, 这种基体材料具有尺寸相宜、电气性能卓越、耐湿耐热、抗老化性能强以及抗化学腐蚀性强等特点。选用模压法制备绝缘基体, 并利用厚膜丝网印刷法在绝缘基体表面均匀印刷一层导电塑料浆料, 以此确保电阻体表面光洁平整。同时, 在170℃高温条件下, 使电阻体湿膜在高温固化作用下形成导电塑料电阻体, 由于新生成的电阻体仍处于不稳定状态, 还需对其进行高温老练处理, 最终完成导电塑料电位器整体制备流程。在该制备流程与工艺手段控制下, 所制备出的导电塑料基体电阻值对号率得到了显著提升, 初始线性度也得到了良好优化。同时依托自动化设备, 实现了批量化生产, 生产效率大大提升。

1.2 电阻体线性度修刻

除导电塑料基体制备环节外, 电阻体线性度修刻也是影响导电塑料电位器质量的关键指标, 其计算公式如式 (1) 所示。

1.jpg

式中, P为未加规定的斜率;Q为θ=0时未加规定的截距;θA为有效电行程。

利用厚膜丝网印刷工艺制备而成的导电塑料基体初始线性度范围为0.4%~0.8%, 对电阻体线性度进行修刻可有效提高线性精度。传统的利用手工刀刻法处理线性度修刻问题, 由于修刻点位置不确定, 容易导致其修刻值与标准值之间存在误差, 难以保障线性度符合要求。目前多采用自动修刻机完成操作, 借助计算机系统在直径不超过15mm的圆形电阻体处以1°作为修刻点完成修刻处理。经由计算机控制修刻的电位器可确保线性度值达到0.1%的最高值。当选择直线型电阻体进行修刻时, 将修刻点的距离间隔设定为0.5mm, 可使电阻体线性度达到0.05%的最高值[1]。倘若在导电塑料电位器生产制备过程中, 将原本施加在基体上的线性修刻工序移至成品修刻环节, 可以保障修刻后的电阻体线性度更贴近成品测量标准, 从而进一步提高电阻体线性精度, 为导电塑料电位器质量再添一重保障。

2 导电塑料电位器在电动执行器中的具体运用探讨

2.1 应用原理

电塑料电位器在电动执行器中主要承担检测元件功能, 改善位置信号发送器的加工制造工艺非常复杂, 且存在耗材量大、功耗大、运行效率低、测量精度不稳定以及负载能力差等问题。电塑料电位器凭借其体积小、质量轻、构造简单、易于维修与测量误差小等性能优势在电动执行器中发挥了良好的应用价值。位置信号发送器应用原理是依靠电流信号生成电路, 借助电路与电动执行器内部的传感器将其输出位移转换为电流信号, 在这个过程中, 导电塑料电位器实质上是充当设备输出的可调电流源, 依靠电动执行器输出轴带动导电塑料电位器中的动点移动, 发挥位置检测作用。

2.2 电流信号电路转换

以某种基本检测转换电路为研究对象, 该电路电流信号输出值为0~10mA, 将其应用在Ⅰ系列仪表中;由电动执行器的输出轴带动电位器动点移动;由恒流二极管CRD输出电流为电动器提供电能;由运放A、晶体管BG构成V/I转换电路。电路中A为理想运放, 当晶体管BG的β值大于平均值时, 则I0=Ie;当电位器的动点移至点a位置时, 则电阻R0两端的电压均为0, 即该电路输出电流为0;当电位器的动点处于点b处时, 此时电阻R0两端的电压达到最大值, 整个电路的输出电压也随之达到最大值[2]。通常情况下电位器转角大于300°, 而位置检测电路所应用到的电位器转角有限, 在此设其电位器有效转角为θy、其电阻为Rwy, 电位器动点对应转角为θ、其电阻为R´wy, 则该电路输出电流IL计算公式如式 (2) 所示。

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在此需结合电路参数确定K的具体数值, 保证执行器输出位移恰好在0~10mA输出电流范围内。

接下来针对原有电路进行改动, 使其电流信号转变为4~20mA, 并将其应用到电动执行器中, 保留原有假设条件, 可得出该电路的输出电流IL´计算公式如式 (3) 、式 (4) 所示。

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在此也需注重合理设置K与K0的取值, 以此获得该电路输出电流最大值和最小值。鉴于Ⅰ系列仪表特征, 在4~20mA范围内对电流信号进行调整, 当电动执行器输出位移取值为0时, 可计算出该电路的输出电流值为4mA;当该电动执行器的输出位移最大时, 该电路的输出电流值为20mA, 进而得出式 (5) 。

 

假设Iu=1mA, 则可得出以下结论, 如式 (6) 所示。

6.jpg 

2.3 位置发送电路的构建

在该电路中, 从晶体管的集电极位置输出电流, 若晶体管中出现漏电问题, 将直接导致整体电路恒流性能遭到削弱。当该电路输出电流值较小时, 晶体管处于放大区与截止区之间, 此时将进一步弱化电路恒流性能。针对上述情况, 可选用三端稳压器与运算放大器进行位置发送电路构建, 在简化电路结构基础上, 优化其恒流性能。

设该电路中运放为理想器件, 当电位器动点移至点a处时, 运放处于开环工作状态, 选择电阻R0两端电压0作为运放状态下的差模输出电压, 则该电路的输出电流数值也为0;当电位器动点由a向b处移动时, 电阻R0两端的电压达到最大值, 此时该电路的输出电流也为最大值, 计算公式如式 (7) 所示。

 7.jpg

式中, Rw为电路器总电阻;Uwy为三端稳压器的输出电压, 取值为5V。在此需注重强化电路参数设置, 保障电动执行器在其输出位移范围内可实现输出电流为0~10mA的目标。

另外, 在该电路中, 除电位器、电阻R0以及三端带稳压器输出电压Uwy会影响输出电流最大值与最小值外, 输出电压变化幅度也会对输出电流产生影响。为保障运放输出幅度达到标准值, 还需对运放供电电压进行把控。当电路输出电流为最小值时, 其运放输出电压应为-5V;当电路输出电流为最大值时, 运放输出电压应等于负载两端电压值。同时, 负载电阻值与输出电压值成正比, 倘若该电路中的负载电阻达到最大值1.5kΩ、电流达到最大值10mA时, 其运放输出电压值为15V。为保障电路能够处于正常工作状态, 需在选择运放供电电源时, 保证正电源大于8V、负电源小于-8V[3]

3 结语

随着近年来先进工艺制造技术的研发与应用, 导电塑料电位器实用性能与质量水平得到了显著提升, 有望实现大规模生产。在未来, 还应着重加强有关电路输出特性、位置发送电路以及电路参数等方面的研究, 确保能够在电动执行器中更好地发挥位置检测功能, 为电子控制系统研究提供支持。

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(来源:中国泵阀第一网)

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