一种精密导电塑料电位器的研制孙谊

一种精密导电塑料电位器的研制孙谊

孙谊王林李晓丹何刚

（陕西宏星电器有限责任公司陕西西安710065）

1任务来源

该精密导电塑料电位器是应某研究所的要求专门设计开发的，起角度位移传感器的作用，能够实现从机械运动到电子信号的转换，指引导弹飞行方向。

该电位器是一种精密导电塑料电位器，也是一种适宜需要精确电子、机械输出性能伺服应用的高精密电位器。它具有一般精密导电塑料电位器的全部优点——线性精度高、旋转寿命长、平滑性好、分辩力优异、动噪声小、可靠性高、耐化学腐蚀等特点。

2研制过程

2.1产品主要技术指标要求：

⑴阻值及偏差：2.0KΩ±10%；

⑵额定功率：0.5W（70℃）；

⑶环境温度范围：-55℃～+125℃；

⑷电阻温度系数：≤±400PPm/℃；

⑸有效电行程：280º±3º；

⑹独立线性度：≤±0.5%；

⑺输出平滑性：≤0.1%；

⑻游隙：≤0.1º（测试电压为直流10V）；

⑼绝缘电阻：≥1GΩ（直流500V）；

⑽介质耐压：施加交流500V电压1分钟，应无损坏、飞弧或击穿，漏电流应不大于1mA；

⑾电刷与电阻体接触可靠性：电阻或电压输出应平滑、单向、无间断；

⑿旋转寿命：≥100万周；

⒀启动力矩：≤3mN•m；

⒁旋转动力矩：≤2mN•m；

⒂轴的径向跳动：≤0.02mm；

⒃轴端间隙：≤0.05mm；

⒄侧面跳动：≤0.025mm；

⒅安装凸台的径向跳动：≤0.025mm；

⒆轴的径向间隙：≤0.025mm；

⒇产品外形尺寸要求：见图1。

图1电位器外形图

2.2产品结构分析

接到新品研制任务后，我们对用户提供的《导电塑料电位器技术要求》进行了仔细分析，用户虽未提供样品，但可以根据用户要求的外形图自行完成产品结构的设计。考虑到产品内部空间小，在产品结构设计和焊接引出线过程中应控制焊点高度，避免转轴与基体相互干涉的情况的发生。该电位器旋转寿命要求不小于100万周，为达到指标要求，电阻体必须做成导电塑料的才能满足要求。产品应用于某舵机伺服随动系统，在设计和制造过程中应充分考虑“可靠性”的要求。

2.3产品结构设计

按照用户提供的外形图，我们对产品的结构进行了构思和评审，最终确定了该型电位器的产品结构，该产品由底座、外壳、转轴、轴承、多指刷、簧片、支架、集流线、垫片、卡圈、导电元件等零部件构成，导电元件则由带导电轨基体和铆钉经铆接、粘接后，每个铆钉上再焊接AF-1软引线而制成，导电轨是通过厚膜印刷将银浆和导电塑料电阻浆料印刷在基体上，经过高温固化形成的。

该电位器的输出与轴的旋转角度成线性关系，能够实现从机械运动到电子信号的转换，工作原理：旋转转轴，带动支架转动，从而带动铆接在支架上的多指刷—簧片组件做圆周运动，实现多指刷在导电轨上的滑动，通过三组软引线便可获得相应的电压输出。

这种结构是目前旋转式导电塑料电位器最常用的一种结构，可先用卡圈、垫片将轴通过两个轴承牢牢地固定在铝制底座上，再装上导电基体、电刷组件等，便可对产品进行线性度的修刻和主要电性能的测量，最后装上外壳对产品进行封装。这种结构稳定、先进、便于生产、能够实现成品修刻，大大提高了装配合格率。

导电基体是导电塑料电位器的核心部件，它决定了电位器最主要的几个指标如线性度、输出平滑性、旋转寿命、负荷寿命、阻值、电阻温度系数、功率、电压要求等，其设计很关键。基体通过热压工艺制成，再通过厚膜印刷将导塑浆料印刷在其上制成导电塑料电阻体，最后装成成品经过线性度修刻和阻值修刻而获得高的线性精度。电刷采用由贵金属制成的多指刷，弹性和耐腐蚀、耐氧化性能优异，多触点提高了电阻体与动触点之间的接触可靠性。这样，通过导电塑料特有的机械耐久性等优异性能和多指刷良好的接触性能来确保产品整体的技术指标和可靠性的实现。

2.4关键技术攻关

在该电位器研制过程中，在装配、测试和试验时发现有以下几处技术难点：

a.产品在调试和测量过程中发现有部分产品“耐电压”不合格（测试条件：500V交流，1分钟），造成废品，影响产品合格率。

就此问题我们将问题产品解剖开发现主要是引出线经过底座的卡槽出的槽口过于锋利将引线外包皮割破导致引出端与外壳短路所致，后将底座引线卡槽改进为带有弧度倒角后该问题便解决了。

b.产品旋转负荷寿命要求较高（通电测试，要求旋转负荷寿命不低于100万次），达到该指标有一定难度。

就此问题我们对耐磨试验中问题产品进行解剖，将电阻体放在显微镜下观察，发现电阻体表面有较明显的金属磨痕，这说明电刷在电阻体上磨损较严重，我们认为就是要降低电刷与电阻体之间的摩擦力，因此我们将簧片工作臂的角度进行了调整，减小簧片与导电基体的接触压力，改进后试验结论合格。

我们对以上两个技术难点进行了攻关，最终使其达到了技术要求和详细规范的要求，提高了产品合格率，圆满地完成了研制任务。

3结论

该电位器的研制工作取得了较大成功，满足了整机的配套需要，是我公司的导电塑料电位器又增加了，同时也为同类产品积累了宝贵的实践经验，大大提高了我工地导电塑料电位器的研发和生产能力，该精密导电塑料电位器质量稳定，性能可靠批量生产顺利，产品得到了用户的高度认可。