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导电塑料电位器性能参数测试方法
一、电气性能参数测试 导电塑料位移传感器的电气参数有初始电阻、绝缘电阻、接近电阻、噪声电阻及电阻温度系数等,它们是构成传感器使用性能的重要方面和基础。
、传感器的初始电阻及其误差 导电塑料传感器初始电阻取决于导电塑料的配方及其结构尺寸和成型工艺,与引出线及接头材料都有关系。一般根据传感器 功耗规定了不同的系列,由量测精度决定其精度要求。主要有0.5k、1k、5k、10k等阻值系列,精度有±0.5%、±1%、±5%、±10%、±15%等。
可用数字式万用表进行检测,仪表的精度应保证其量测误差不超过被测传感器电阻可能产生误差的±10%;对于高精度位移传感器,也可用电桥来量测其初始电阻值,以保证量测精度。在量测过程中应尽可能缩短通电时间,以防止电阻升温对量测结果的影响。
、电阻温度系数 作为传感器的电阻体必须具有足够的电阻温度稳定性,也就是其阻值随温度的变换量要足够小,通常用电阻温度系数 表来衡量。 表征由环境工作温度变换1℃时引起的总电阻的*大变换率。一般规定为每摄氏度百万之几即ppm/℃。该参数主要取决于电阻元件的材料和部件本身的具体结构。例如使用金属陶瓷做电阻元件的电位器,其典型的温度系数为±100 ppm/℃;线性电位器的典型温度系数*大值为±50 ppm/℃。应当注意,总电阻值可随温度成正比变换,也可成反比变换。
要正确测定电位器的温度系数,需要有一个烘箱和响应的箱温监控设备,还要使电位器和一个电阻量测仪表相连接,以便**量测密闭烘箱内的电位器的总电阻值。在量测某一具体的电阻温度系数时,量测并记录在两种环境温度下的电阻值。这两种温度至少应相差25℃,而且每种温度均应有足够的保温时间(不小于5min),则:
式中, 为电阻问对系数,单位ppm/℃; 、 分别为温度1和2时的阻值; 为温度 。
也有用20℃时的阻值作为基准参考的相对温度系数来表达电阻的温度特性的,就是 定为20℃,计算温度变换引起的电阻变换的百分数,以表征电阻随温度变换的剧烈程度。可有下式计算:
绝缘电阻与耐压等级 绝缘电阻 是指传感器接线端与外壳间的漏电大小,绝缘电阻系列有100M、500M、1000M、,也有更高的,它与使用环境的空气湿度有关。可用兆欧表进行侧量,量测电压有100V±15V(DC)和50V(DC),可根据传感器结构材料的绝缘电压来选择。
绝缘耐压是指接线端之间能承受的*大击穿电压,位移传感器的耐压等级有100V(DC)、500V(DC)、1000V(DC)等多种,要根据使用环境来选用。可在接线端之间或接线端与外壳间加工频交流电,以100V/s的速度逐渐加到规定值,保持60s不产生击穿和飞弧。
另外,作为位移传感器,绝缘耐热等级主要取决于使用场合,共有Y、A、E、B、F、H、C7个等级,对应的工作温度为:90、105、120、130、155、180、及180℃以上。传感器作为一种精密的信号采集器件,防护等级要求较高,可用IP6级及以上。以防止外界灰尘等杂质进入,引起传感器失灵。
接近电阻 接近电阻 是指电刷触点与电阻体之间由接近滑动和摩擦所产生的附加电阻。可用接近电阻的欧姆数和接近电阻相对于初始电阻的百分数表示。它的大小与接近压力、动触点材料的性质、接近表面状态及电阻体的表面电阻率等许多参数有关,还与通过触电的电流值有关,是个比较复杂的参数,传感器在使用时应规定*大电流,以防止电流过大造成触点过热引起阻挡层被击穿而影响其电气性能。接近电阻的产生主要有两方面原因:一是由动触点与电阻体接近**引起的,因为在导电塑料表面有一层有各种杂质所形成的薄膜,使电刷与电阻体隔开,引起一定的接近电阻;而是由于导电塑料本身内部分子结构的不均匀引起的,由于导电塑料内部有导电粒子和不导电粒子,两者分布不均使电流的*短通道不规则,从而带来不稳定的接粗电阻。
接近电阻的量测可采用两种方法,一是电桥量测法。即将电刷定位在传感器电阻体中间位置保持不变,用精密电桥量测传感器的两段电阻与总电阻进行比较可得到接近电阻的大小,接近电阻的精密电桥量测法如下图所示。
接近电阻的精密电桥量测法
在测试过程中将电刷定位在电阻体的中心点附近,并保持不变,接近电阻可由下式得到:
二是采用恒流源量测法。其原理电路如下图所示
接近电阻的恒流源量测法
量测时电刷定位在有效量程的中间位置保持不变,可调直流电源的开路电压选用20mV±2mV,加在传感器的1端和2端之间量测电流I,用高阻毫伏表量测2端和3端间的电压U,则接近电阻可按下式计算:
当测得电压大小时,由于接近点热电势的影响会使量测不**,应调换电源电压极性,在正反两个方向用同一电流分别进行量测,然后用两次测得的电压**值的平均数除以电流的**值,就可计算得到接近电阻的大小,这样可抵消热电势的影响。
噪声与等效噪声电阻 位移传感器的输出与输入不成线性比例关系,实际的输出电压与输入电流之间存在无规则的变换,可使信号失真,这就是传感器的噪声。
传感器的噪声分为静噪声和动噪声。静噪声是指电刷静止状态下输出不稳定性,它主要是由导电塑料内的分子热运动和导电粒子流动引起的。由于传感器工作时电流电压都非常小,不会产生大的电流和温度升高,所以静噪声一般都非常小可以忽略不计。动噪声是指当电刷移动时,由于接近电阻的变换和轨道电阻的变换引起的一种杂散干扰,比静噪声大许多,在研究传感器性能时必须加以考虑,需采取有效措施控制动噪声对位移量测的不利影响。
产生动噪声的原因主要有以下几个方面:
(1)接近电位的变换。由于电刷是金属的,而传感器的电阻体材料为导电塑料,两者材料性质差异很大,故在两者接近处存在较大的热偶电势,一旦电刷运动就会引起较大的电流信号变换,产生大的噪声干扰。
(2) 电刷静噪声的影响。由于电阻体本身具有一定的热噪声和电流噪声,在位移量测时隐蔽在动噪声中,增大了干扰信号。
(3) 接近电阻的变换所引起的动噪声。传感器在工作时电刷按规定的速度运动,与电阻体之间的接近电阻会产生周期性的变换,必定引起输出电压的波动,造成对输出信号的噪声干扰。
(4) 传感器轨道电阻的变换。当电刷处于运动状态时,由于轨道电阻的不规则或是表面的不平整,就会引起输出电压的杂散变换,使输出信号中产生一定的动噪声。
(5) 跳跃效应的影响。哟与电阻体表面会存在各种缺陷,电刷在运动过程中有时会水煎脱离电阻体表面,从而带来输出电压的不稳定,引起动噪声。
(6) 短路效应的影响。由于电刷具有一定的宽度,在运动过程中产生宽度范围内的短路现象,引起输出噪声。
另外,动噪声还与传感器的分辨率性能参数也有各种复杂的联系,总之,动噪生是影响位移传感器使用性能的一个复杂而重要的参数。
噪声的大小可用等效噪声电阻来表示,指电刷在规定工作电流下以一定的速度从任一方向移动过规定行程量,在动触点和电阻体之间呈现的接近电阻的无规则变换,单位为欧姆或初始电阻标称值的百分数。等效噪声电阻可用恒流源法进行测试,量测原理如下图所示。
等效噪声电阻的量测
量测时需保证通过2、3引出端的电流 恒定不变,取值范围在几到几十毫安之间,主要取决于传感器的标称阻值和额定功率,标称阻值越小、额定功率越大的传感器要求的测试电流越大,反之则越小。另外,测试时应保证电刷匀速运动,角位移传感器应��持在4~8rpm,旋转6圈以上;线位移传感器保持在6~15mm/s,运动5到8个周期。
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