Теплотехнический расчет

3.2 Теплотехнический расчет

Определение температуры перегрева резистивного элемента при установленном тепловом режиме проводится согласно формулы:

(3.2.1)

где J – температура перегрева резистивного элемента, град;

P – мощность рассеяния, Вт;

μ – среднее значение коэффициента теплоотдачи =,

Вт/мм2·град;

Sр.е. – площа поверхности резистивного элемента, из формулы 3.1.7

Тогда:

Максимальная температура нагрева равна резистивного элемента определяется по формуле:

;

Т₀ –температура окружающей среды=60С

С

Это температура меньше рабочей температуры материалов, входящих в рассчитываемый резистор.

3.3 Расчет частотных характеристик

Расчет индуктивности резистивного найдем по формуле:

(3.3.1)

где L – индуктивность резистивного элемента, Гн;

N – количество витков резистивного элемента;

Dк – диаметр каркаса, мм;

k3 – коэффициент, зависящий от соотношения Dk/b, при Dk/b= 0.36, k3=0.11.

Расчет собственной емкости резистивного элемента производится по формуле:

С=0.1k1k2Dk (3.3.2)

где С – собственная емкость, пФ;

k1 – коэффициент, зависящий от соотношения между шагом намотки tн и диаметром резистивной проволоки;

k2 – коэффициент, зависящий от соотношения между длиной намотки резистивного элемента l0 и диаметром каркаса резистивного элемента dк;

Dк –диаметр каркаса резистивного элемента, мм.

Для соотношения /d = 4 и b/d = 1 коэффициенты k1 и k2 согласно [3] принимают значения:

k1 = 0,4,

k2 = 1,1.

Тогда:

Постоянная времени определяется по формуле равна:

;

3.4 Расчет контактной пружины

При выборе материала пружины надо выбрать материал, имеющий высокую электропроводность, твердость, стойкость против сваривания, высокую износоустойчивость в паре с выбранной проволокой. Таким материалом является сплав ПСр-25 ГОСТ 6836-72. Конструкцию выбираем в виде консольной пружины круглого сечения.

Диаметр такой пружины определяется согласно формуле:

(3.4.1)

 

где d_пр – диаметр пружины, мм

F_k – минимальное контактное усилие,

Е - модуль упругости, кг/мм²

s - напряжение в материале пружины, кг/мм²

f_в - максимальная частота вибраций,1/сек

g - плотность материала пружины

Длину пружины определим по формуле [2]:

(3.4.2)

Определим прогиб пружины под действием контактного усилия

(3.4.3)

(мм)

При таких характеристиках пружины, резистор будет иметь заданный ресурс работы, и обеспечивать хороший контакт.

4. Эскизная проработка элемента и обоснование принятых решений

В данной работе разрабатывается проволочный резистор переменного сопротивления с прямоугольным резистивным элементом. Резистивная проволока намотана на каркас и согнута в подковообразную форму так, что токосъем происходит в результате кругового движения скользящего контакта. Круговое перемещение обусловлено тем, что при таком изготовлении резистор будет иметь меньшие габаритные размеры. Плоский резистивный элемент выбирается по тому, что большая длина наматываемой проволоки (L=34,4м). При той же длине он займет меньше места, чем цилиндрический.

Токосъем производится с помощью контактной пружины, выполненной из сплава серебра и меди в виде консольной балки. Форма объясняется тем, что этот резистор рассчитан на большой ресурс работы, а эта конструкция позволяет создать небольшие и стабильные контактные усилия.

Выбранная резистивная проволока латунная марки ВР02 имеет минимальный ТКС, что значительно повышает стабильность установленного сопротивления. Такая проволока обеспечивает высокое сопротивление (R=900 Ом), при диаметре проволоки d=0,15 мм. Шаг намотки мм обеспечивает разрешающую способность d=0,01%.

Токосъем производится с помощью плоской и тонкой пружины, одним концом припаянной к выводу резистора, а другим – к концу контактной пружины. Её конструкция рассчитана на большой строк службы.

Сама пружина жестко закреплена на держателе, который в свою очередь соединен с осью вращения. приводящей в вращение всю контактную систему.

Фиксация установленного сопротивления и образование необходимого контактного усилия достигается с помощью контактных шайб, расположенных на оси вращения. Такая конструкция обеспечивает легкую регулировку контактного усилия, надежную фиксацию сопротивления, не требует больших усилий для перемещения контактной пружины.

5. Уточнение и описание конструкции

Основным элементом в переменном резисторе является резистивный элемент и контактное устройство.

В данной конструкции электрический контакт обмотки с выводом создается таким образом: конец резистивного провода зачищается от изоляции и припаивается к выводам. Для фиксации намотки используется дополнительное крепление – пропитка её изоляционным лаком. Крепление резистивного элемента производится клеем в специальном пазе.

Сама конструкция представляет собой пластмассовый корпус с впрессованными в него выводами. В корпус вклеивается резистивный элемент, представляющий собой изолированный цилиндрический каркас, на который намотана резистивная проволока. В корпусе резистора предусмотрены отверстия, в которые вставлен микрометрический винт. Для исключения продольного смещения винт закреплен штифтом. В корпус вклеена токосъемная шина. Представляющая собой металлическую пластину. Вместе с пластиной изготовлен вывод, который отведен в отверстие корпуса. На винте располагается изоляционная гайка, на которой укреплена контактная пружина. Контактная пружина, с одной стороны, контактирует с резистивным элементом, а с другой – с токосъемной шиной. С целью обеспечения надежной работы резистора при реализации зачистки необходимо руководствоваться такими требованиями: глубина зачистки 150 – 200 мкм; класс томности 8 – 9.

Каркас резистора имеет переменную ширину, это обеспечивает необходимый закон изменения сопротивления. Каркас анодируем, а затем покрываем двумя слоями изоляционного лака.

ПАСПОРТ

Данный резистор предназначен для использования в измерительной аппаратуре.

Электрические данные:

1. Номинальная мощность Р = 0,6 Вт

2. Сопротивление R = 900 Ом

3. Электрическая разрешающая способность

4. Собственная индуктивность L = 32 мкГн

5. Собственная ёмкость С = 1,1 пФ

6. Постоянная времени τ = 0,35 мкс

Конструктивные данные:

1.  Диаметр контактной пружины d_пр = 0.3 мм

2.  Длина контактной пружины l_пр = 9,2 мм

3.  Количество витков N = 16

4.  Диаметр проволоки d = 0,4мм

5.  Длина проволоки L = 32,4м

6.  Шаг намотки мм

7.  Длина каркаса l = 138 мм

8.  Диаметр каркаса D = 50 мм

Условия эксплуатации:

Климатические УХЛ 4.2. ГОСТ 15150-69

ВЫВОДЫ

В результате проектирования было получено проволочный резистор переменного сопротивления. Его характеристики, приведенные в паспорте, говорят о его достоинствах и недостатках.

Сам резистор имеет средние габаритные размеры, что удобно при регулировке.

Недостатком является наличие значительных емкостей и индуктивностей, что ограничивает применение резисторов на высоких частотах нормально

Конструкция надежна и долговечна, подлежит ремонту и замене, резистор пригоден для серийного производства.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. М.Н. Мальков, В.Н. Свитенко Устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы, часть I. Харьков: ХИРЭ, 2002. – 140с.

2. М.Т. Железнов, Л.Г. Ширшев. Проволочные резисторы. М. Энергия.2000. – 240 с.

3. Резисторы: Справочник. Под ред. И.И. Четверткова и В.М. Терехова. – М.: Радио и связь, 1991. – 528 с.