Потенциометр — прибор, предназначенный для плавного или скачкообразного изменения электрического напряжения, т. е. регулируемый делитель напряжения, построенный из активных сопротивлений (проволочных, пленочных, жидкостных и др.).
Основные требования, предъявляемые к материалам обмотки потенциометров
К сплаву, из которого готовится тонкая резистивная проволока обмотки, предъявляются следующие требования: стабильное удельное электросопротивление; малый (близкий к нулю или с минусовым знаком) т. к. с; малая т. э. д. с. относительно меди; высокая антикоррозионная стойкость; высокая механическая прочность и пластичность; возможность получения тонких проволок микронных размеров; хорошая паяемость.
В приборостроении для обмотки потенциометров в основном применяют проволоку диаметром 0,02—0,12 мм. Низкоомные материалы для обмотки потенциометров. К низкоомным потенциометрическим сплавам условно относят сплавы с удельным сопротивлением 0,02—0,2 мкОм•м на основе серебра и золота.
Высокоомные материалы для обмотки потенциометров
Высокоомными условно считают сплавы с удельным сопротивлением выше 1,0 мкОм•м.
Высокоомные резистивные отечественные и зарубежные сплавы, имеющие удельное сопротивление ρ = 1,3÷1,8 мкОм•м, являются в основном модифицированными Ni—Cr сплавами.
Сплавы благородных металлов, легированные другими компонентами, обладают удельным сопротивлением 1,2—2,3 мкОм•м, минимальным т. к. с. и высокой коррозионной стойкостью. Наиболее распространен в последнее время сплав ПдВ—20. Его высокая коррозионная стойкость сочетается со стабильными электрическими характеристиками, высокой технологичностью и износостойкостью. Сплав разработан Институтом металлургии им. Байкова совместно с работниками промышленности и обладает следующими свойствами: ρ = 1,07÷1,18 мкОм•м; т. к. л. р.— α270-370 к=4,8÷6,9•10-5 град-1; σв=640÷840 МПа; δ =26÷30 %; переходное сопротивление в паре с Ag 0,006 Ом. При работе в агрессивных средах (морская вода, повышенная влажность, кары аммиака, сернистого газа и т.д.) сплав сохраняет свои электрические характеристики, что обеспечивает бесперебойную работу приборов в этих условиях. Имеются данные, что реохорд с намоткой из сплава ПдВ—20, в агрессивной среде, содержащей 0,05—0,13 мг сероуглерода, работает почти год без зачистки и нарушения контакта. Высокая износостойкость сплава обеспечивает рабочий ресурс прибора 10 млн. циклов, в то время как ресурс приборов со сплавами других марок колебался от 60 тыс. до 3 млн. циклов. С применением этого сплава в прецизионных потенциометрах срок их службы увеличился примерно в 100 раз.
Освоение промышленного выпуска этого сплава полностью обеспечивает потребности народного хозяйства в коррозионностойких потенциометрических материалах.
Хорошей основой для создания высокоомных потенциометрических сплавов являются сплавы системы Fe—Pd, легированные золотом. Кинетике упорядочения и достижению высокого ρ (2,0 мкОм•м) и низкого т. к. с. (10-4—10-6) посвящено много новых работ.
Материалы для контактов
Материал токосъемного элемента движка, как и материал резистивного элемента, должен быть устойчив против электрической эрозии и коррозии, легко обрабатываться, обладать свойствами, препятствующими свариванию контактов, иметь высокую тепло- и электропроводность, высокую износостойкость.
Всеми этими свойствами обладают двойные, тройные и многокомпонентные сплавы золота. Сплавы 800, 750, 625, 583 пробы, а также многокомпонентные сплавы, подвернутые дисперсионному твердению или упорядочению, а в некоторых случаях и сочетанию фазовых превращений, успешно выполняют функции подвижного контакта в потенциометрах. Твердость и прочностные свойства, обусловленные большой суммарной деформацией (без снятия напряжений), неустойчивы при переменных и особенно при повышенных температурах за счет диффузионных и релаксационных процессов. Кроме того, наличие большого количества дефектов, возникших при пластической деформации, увеличивает каталитическую и химическую активность контактных материалов. Поэтому для таких материалов обычно проводят технологическую операцию — снятие напряжений.
Сплавы Au—Сu. Вышесказанное наглядно показано на сплаве AuCu25. Высокие прочностные свойства, стабильные в широком интервале температур, получены термообработкой в строго определенном температурном и временном режиме.
Микротвердость Hμ=2940 МПа; σв = 1176 МПа; σт = 335 МПа; δ = 20%; ρ = 0,057 мкОм•м (в деформированном состоянии 0,15).
Сплавы Au—Ag—Сu. Значительные результаты получены на классическом тройном сплаве золота марки ЗлСрМ—583—80. Механические свойства его повышены в три раза за счет старения и упорядочения матрицы.
Свойственный этому сплаву прерывистый распад не позволял упрочнять сплав ни при каких режимах обработки. При температурах ниже 280 °С в сплаве происходит не только распад пересыщенного твердого раствора, но и процесс атомного упорядочения. При упорядочении возникает огромное количество дефектов в виде антифазных границ. Обогащение антифазных границ атомами примеси приводит к образованию большого числа зародышей новой фазы, распределенных в объеме зерна. В результате прерывистый распад в сплаве полностью подавляется. Дисперсность выделяющейся фазы столь велика, что заметить распад можно только с помощью электронного микроскопа.
Мелкозернистая структура непрерывного распада очень устойчива к коагуляции при температурах ниже 280 °С, т. е. во всем интервале температур, где сохраняется упорядоченное состояние матрицы. Это объясняется закреплением частиц выделившейся фазы сеткой антифазных частиц.
Выбор контактной пары
В зоне скольжения контакта происходят сложные явления, поэтому выбор контактной пары всегда представляет значительную трудность и, как правило, осуществляется в результате многочисленных экспериментов. Минимальную т. э. д. с. между обмоткой и подвижным контактом (большую т. э. д. с. считают признаком склонности контактной пары к схватыванию) достигают изготовлением того и другого элемента контактной пары из однородного материала.
Хорошо зарекомендовали себя сплавы на основе золота Зл—91, ЗлХ—2,8, ЗлХ—0,5 для обмотки потенциометров, работающих с малыми контактными давлениями с проволочной щеткой (мухолапкой). Сплавы используют в паре со щеткой из Au—Cu сплава ЗлМ—800.
В потенциометрах, работающих при контактном усилии от 0,1 до 0,7 Н, что свойственно узлам, подверженным вибрациям, хорошо зарекомендовала себя потенциометрическая пара с обмоткой из палладиевого сплава марки ПдВ—20 и контактом из ЗлМ—800. Эта пара работает без смазки 10000 циклов, обеспечивая высокую износостойкость в условиях абразивного износа в различных агрессивных газах.
