CC BY
34
В.В. Калашников,
Рисунок 1 - Ультразвуковое устройство для резки стекла
ЛИТЕРАТУРА
1. Смирнов, М.И. Современные технологии резки листового стекла/ М.И. Смирнов,
2. А.Р. Карапетян, Ю.А. Спиридонов - М.: Стекло и керамика, 2011. № 1. С.16-19.
3. Нерубай, М.С. Физико-химические методы обработки и сборки/ М.С. Нерубай, Б.Л. Штриков , С.И. Яресько - М: Машиностроение-1, 2005. - 396 с.
4. Шуваев, В.Г. Использование ультразвуковых колебаний при нарезании резьбы метчиками/ В.Г. Шуваев, В.А.Папшев, И.И. Баев // Международный симпозиум «Надежность и качество», Пенза, -2011. -2 том.- С.22 9-230.
5. Шуваев, В.Г. Применение дополнительных ультразвуковых колебаний при ударно-импульсной затяжке резьбовых соединений/В.Г. Шуваев, И.В. Шуваев// Международный симпозиум «Надежность и качество», Пенза,
-2011. -2 том.- С.230-231.
6. Патент РФ на полезную модель № 151583 от 10.04.2015, Бюл.№ 10. Ультразвуковой стеклорез / В.Г. Шуваев, С.С. Поляев
УДК 621.316.8
Ишков А.С., Цыганков А.И.
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ ПРЕЦИЗИОННЫХ ПОТЕНЦИОМЕТРОВ
Точность и надежность однооборотного прецизионного потенциометра определяется качеством намотки резистивного элемента. Рассматривается принцип построения намоточного станка, обеспечивающего требуемую точность раскладки, а также приведена методика контроля процесса раскладки резистивной проволоки по каркасу. Показывается, что использование методов электронной растровой микроскопии позволяет значительно повысить качество и надежность потенциометра.
Ключевые слова:
потенциометр, функциональная характеристика, резистивный элемент, методика контроля, растровая электронная микроскопия.
Потенциометр - это первичный измерительный преобразователь датчика угла поворота, широко используемого в различных отраслях промышленности для автоматизации и управления технологическими процессами. Потенциометр представляет собой регулируемый делитель электрического напряжения, состоящий из резистора с подвижным отводным контактом - движком, при этом коэффициент деления потенциометра является функцией угла поворота движка относительно резистивного элемента [1]. До последнего времени считалось, что потенциометры могут быть вытеснены с рынка цифровыми датчиками угла поворота. Однако успехи в технологии их изготовления и применение новых методик контроля существенно улучшили характеристики потенциометров, что позволило успешно их использовать и в настоящее время.
Свойства потенциометров в значительной степени определяются технологией изготовления ре-зистивного элемента. При невысоких требованиях к преобразованию угла поворота в основном применяются потенциометры с углеродистым или метал-локерамическим резистивным элементом. Для особо ответственных и прецизионных приложений, как
правило, используются проволочные потенциометры, для которых характерна высокая линейность функции преобразования угла поворота в напряжение, малый температурный коэффициент сопротивления, низкий уровень собственных шумов и высокая износоустойчивость. Проволочные резисторы в зависимости от назначения бывают многооборотные и однооборотные. Рабочий угол поворота подвижной системы многооборотных потенциометров определяется числом оборотов N и может достигать до 360*Ы град. Из-за большого диапазона углов, а, следовательно, и выходного сопротивления влияние неточности раскладки резистивной проволоки по каркасу резистивного элемента у многооборотных потенциометров не столь критично, как у однообо-ротных потенциометров.
Основным элементом проволочного однооборот-ного потенциометра является резистивный элемент, который изготавливается методом намотки рези-стивной проволоки на диэлектрическое основание -цилиндрический каркас. Сложность его изготовления заключается в том, что точность раскладки резистивного провода по каркасу не должна превышать нескольких микрон. Выпускаемое в настоя-
щее время намоточное оборудование (как зарубежное, так и отечественное) предназначено для намотки тороидальных и кольцевых трансформаторов, где не требуется точная раскладка провода по каркасу. В связи с этим в ОАО «НИИЭМП» был разработан и изготовлен свой собственный станок для намотки потенциометров. Отличительной особенностью данного станка является жесткая механическая обратная связь между челноком и подающими каркас роликами, что позволяет обеспечивать требуемую точность раскладки резистивной проволоки на каркас.
Также была разработана методика контроля раскладки резистивной проволоки по каркасу с использованием методов электронной растровой микроскопии [3]. Методика контроля осуществляется в следующей последовательности:
1. Полученная при помощи растрового электронного микроскопа фотография резистивного элемента потенциометра помещается в программу Компас-3Б (рисунок 1);
2. Находится центр каркаса при помощи построения окружности по трем точкам, которая затем разбивается на 40 секторов по 8°15' согласно методике измерения;
3. Подсчитывается количество витков в каждой секции;
4. Для потенциометрической схемы подключения рассчитывается отклонение функциональной характеристики;
5. Строится графическая зависимость отклонения функциональной характеристики от теоретической по 40 секторам (рисунок 2).
Рисунок 1 - Растровое электронное изображение намотанного каркаса, обработанное с помощью ПО
«Компас-3Б»
Качество потенциометра определяется также свойствами применяемой проволоки. Резистивная проволока для точных потенциометров должна иметь по всей длине постоянное удельное сопротивление, низкий температурный коэффициент сопротивления, высокую стойкость к коррозии, стойкость к истиранию и механическому износу, а также большую прочность на разрыв. Таким требованиям удовлетворяют проволоки из сплавов благородных металлов, например, проволоки из палладий-вольфрамового сплава ПдВ-20. Вся поступающая на предприятие проволока, которая используется для изготовления потенциометров, проходит входной контроль, осуществляемый с помощью системы энергодисперсионного микроанализа.
Высокие требования к точности и надежности проволочных потенциометров накладывают жесткие
требования на контроль эксплуатационных характеристик. Каждый изготовленный потенциометр проходит приработку, т.е. выдерживается до 100 часов при рабочей температуре 85оС, а потом проходит испытание на износ (вращение до 300 циклов). Далее потенциометр разбирается, визуально под электронным растровым микроскопом оценивается состояние его резистивного элемента, анализируются продукты износа и состояние контактного узла [4] . Потенциометры, у которых в процессе приработки произошло нарушение намотки, повреждение резистивного элемента или контактного узла, отбраковываются [5]. Годные потенциометры собираются и проверяются на электрическую прочность, пропадание контактирования и погрешность линейности функции преобразования.
Рисунок 2 - Отклонение функциональной характеристики
Контроль функции преобразования потенциометра вручную с помощью оптической делительной головки
приводит к большим временным затратам и позволяет точно определить погрешности только в установленных точках. С целью автоматизации на предприятии была разработана автоматическая система контроля функции преобразования, в которой оси оптической головки и поверяемого потенциометра соединены между собой и вращаются одновременно. Встроенный измеритель определяет отклонение функции преобразования по всему диапазону, ре-
зультат измерения выводится на жидкокристаллический индикатор измерителя. Весь процесс контроля занимает всего несколько минут, в то время как контроль вручную может достигать нескольких часов.
Таким образом, использование современного оборудования и методик контроля позволило повысить качество изготовления и надежность отечественных однооборотных потенциометры типа ПТП.
ЛИТЕРАТУРА
1. А.Т. Белевцев «Потенциометры». М.: Машиностроение. - 1968. - 328с.
2. В.Г. Недорезов, А.И. Цыганков, А.Ю. Доросинский «Ограничения в создании однооборотных прецизионных проволочных потенциометров»: Статья. - Электронные компоненты. - 2015. - №2. - С. 88-95.
3. В.Г. Недорезов, А.И. Цыганков «Особенности контроля микроструктур методами электронной микроскопии»: Статья. - Труды международного симпозиума «Надежность и качество». - 2014. - Том 2. -
С. 42-44.
4. В.Г. Недорезов, А.И. Цыганков «Влияние продуктов износа контактной пары потенциометра на надежность его работы»: Статья. - Труды международного симпозиума «Надежность и качество». - 2015.
- Том 2. - С. 152-153.
5. Ишков А.С. Ускоренные испытания цифроаналоговых преобразователей и системы их мониторинга и управления / Г. А. Солодимова, А. В. Светлов, А. С. Ишков, Р. А. Лемаев, Б. Ф. Цыпин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2015. - № 2. - С. 136- 146.
УДК: 623.746-519
Князьков А.В., Жестков А.Е., Кулапин В.И., Чайковский В.М.,
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА АЭРОПОННОГО ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ
Предлагается система, предназначенная для автоматизированного процесса выращивания растений в воздушной среде без использования почвы.
Ключевые слова:
автоматизированная система, аэропоника.
В настоящее время существует проблема выращивания сельскохозяйственной продукции в районах с дефицитом пригодных для этого земель, а также в регионах с недостатком пресной воды. Кроме того, большая часть почвы, способная приносить урожай, уже задействована, часть ее повреждена в процессе использования. В связи с этим возникает вопрос развития сельского хозяйства в условиях городской среды. Данные проблемы требуют поиска решений, связанных с использованием способов беспочвенного выращивания растений. Одним из таких способов является метод аэропонного выращивания растений.
Аэропоника - это процесс выращивания растений без использования почвы, в котором питательные вещества доставляются к корням растений путем распыления водного раствора в виде аэрозоля [1]. Данный метод не предполагает использование почвенного субстрата, как в гидропонной системе, что делает системы аэропонного выращивания намного проще, кроме того, оптимизируется большой доступ к воздуху. Растение закрепляется опорной системой, а корни висят в воздухе и орошаются питательным раствором в затемненной камере. Распыление аэрозоля происходит в определенные промежутки времени так, чтобы корни не высыхали. Это является одним из преимуществ перед гидропоникой, где предполагается постоянная циркуляция питательного раствора, что ведет к увеличению энергетических затрат. Листья и ствол растения изолированы от камеры распыления. Среда не подвержена воздействию паразитов и болезней, связанных с почвой, отсюда следует отказ от применения ядохимикатов. Культуры, выращенные на аэропонике, отличаются высокой скоростью роста. В результате чего повышается продуктивность и качество выращиваемых растений. Уменьшается время вегетации растений, что позволяет собирать урожай несколько раз в год.
Предлагаемая система позволяет автоматизировать процесс выращивания растений на аэропонике. На рисунке 1 приведена структурная схема данной системы, которая состоит из следующих блоков: ДТ1 - датчик температуры окружающей среды, ДТ2 - датчик температуры раствора, ДО - датчик освещения, МК - микроконтроллер, ЧРВ - часы реального времени, УВИ - устройство вывода информации, К - ключ, Н - насос, ШИМ1 - ШИМ3 - ШИМ-регуляторы, СК - светодиод красного свечения, СБ
- светодиод белого свечения, СС него свечения.
светодиод си-
Рисунок 1 - Структурная схема автоматизированной системы выращивания растений
Система работает следующим образом: информацию о температуре окружающей среды, температуре раствора и освещенности фиксируют датчики ДТ1, ДТ2 и ДО соответственно.
В качестве датчика ДТ1 используется комбинированный DHT22 [2], состоящий из термистора емкостного датчика влажности. Кроме того, датчик содержит в себе АЦП для преобразования аналоговых значений влажности и температуры. С помощью него можно определять температуру в диапазоне от -25 до +80 градусов с точностью до 0,5% и влажность в диапазоне от 0 до 100% с точностью 2-5%. Частота опроса не превышает 0,5 Гц.
Измерение температуры питающего раствора осуществляется при помощи датчика ДТ2 типа DS18B20 [3], представляющий собой цифровой датчик температуры с программируемым разрешением, от 9 до 12-Ь^, которое может сохраняться в ЕЕРЯОИ памяти устройства. DS18B20 обменивается данными по 1-'^ге шине. Выбор датчика был обусловлен широким диапазоном измерений от -55°С до +125°С и высокой точностью 0.5°С в диапазоне от -10°С до +85°С.
Освещенность регистрируется датчиком ВН1750 [4]. Оптический датчик в виде фотодиода находится внутри полупрозрачного корпуса. Внутри микросхемы так же находятся: усилитель сигнала фотодиода и АЦП. На выходе датчика по шине
