线绕电位器不规则阻值跳变的故障分析

陈雁;段超;王旭;张伟

【摘 要】对精密线绕电位器出现不规则阻值跳变的现象进行了分析,结合绕线电阻器结构的原理和实际检查结果,最终定位电位器下簧片接触点(电刷)向内弯曲角度偏大、导致接触区域向外偏移,且线圈绕组工作面残留漆层和簧片接触点压在可动绝缘的多余物上,最终导致簧片接触点与绕组接触不良引起电位器阻值跳变.提出在生产中需要加强质量控制,并对电位器提出了改进建议. 【期刊名称】《电子产品可靠性与环境试验》 【年(卷),期】2013(031)002 【总页数】4页(P5-8)

【关键词】线绕电位器;阻值跳变;改进 【作 者】陈雁;段超;王旭;张伟

【作者单位】中国空间技术研究院,北京 100029 【正文语种】中 文 【中图分类】TM547+.1 0 引言

线绕电位器是某型号用气体流量调节阀中的重要元器件，气体流量阀共有8个风量档，通过转动调节阀手柄至各挡位调节风门的开口量来实现风量控制，开口量的大小通过系统采集电位器的输出信号进行监测。气体流量调节阀在随整机系统进行

试验中，电位器中心抽头电压出现跳变，经采用转接盒连接气体流量调节阀，监测电位器的电阻值，发现电压是由电阻值跳变引起的。本文针对导致故障的电位器阻值跳变的现象进行了故障定位和原因分析，并提出了一些改进建议。 1 故障定位 1.1 阻值测试

采用FLUKE189型万用表测试电位器的总阻值为3.448 kΩ，合格；测试电位器的分阻值，由于气体流量调节阀的手柄挡位所限，可测试的阻值范围为250 Ω～3.1 kΩ。通过测试发现，每当手柄打到第3个固定档位时，电位器的输出阻值便会发生跳变，跳变的阻值均大于该点的实际阻值0.88 kΩ，且跳变的阻值没有规律，随意跳变。 1.2 X射线检查

该电位器为线绕电位器，由电阻丝线圈和转轴连动机构组成，通过转动转轴，带动滑臂上的上下两个电刷接触在电阻丝表面做旋转移动，实现阻值的动态输出 [1]。 通过X射线检查，发现电位器接触电刷的形状为半圆柱形，分为上下两个，接触电刷曲面部分与线圈接触。检查发现下接触电刷向内弯曲的角度偏大，见图1。 图1 电位器下接触点弯曲角度偏大形貌 1.3 分解检查

电位器的转轴连动机构的结构是接触电刷熔焊在簧片上，簧片与支撑片采用铆钉连接，支撑片与支架采用螺钉连接，支架与集流刷采用铆钉连接，集流刷靠接触压力与集流环连接，集流环与引出片焊接，完成电位器分阻值的输出，转轴连动机构的示意图见图2。

检查转轴连动机构所有的机械连接，均未发现松动现象；检查熔焊处或钎接处，未发现虚接现象；检查集流刷与集流环，其接触表面具有金属光泽，未见腐蚀痕迹，未见多余物；检查集流刷形变状态，状态良好。

采用光学显微镜和扫描电子显微镜对绕组工作面的检查，发现在绕组的上工作面存在明显的接触痕迹，接触痕迹在线圈表面的中间区域，在接触区域存在碎屑状多余物，特别是在0.88 kΩ阻值区域存在大量的堆积物，形貌见图3。检查下工作面，发现接触痕迹偏离中心区域，向外侧偏移，在0.88 kΩ阻值区域，其接触痕迹已落在电阻丝漆包线上，形貌见图4。 图2 线绕电位器转轴连动机构结构示意图

图4 接触痕迹偏离中心区域

采用扫描电子显微镜和能谱仪对碎屑状多余物进行成分分析，发现其含有Cu、Zn、Ni和C、O、Si元素。结合该电位器生产过程中在线圈表面涂覆润滑脂（主要成分为C、O、Si元素）的工艺要求，判断该多余物为金属线材与接触电刷摩擦产生的金属屑与润滑油的混合物，该混合物可随接触电刷的滑动而移动。

综合上述检查结果，电位器在0.88 kΩ阻值点发生跳变的故障定位于下接触电刷未与绕组接触、上接触电刷压在可动多余物上使上接触电刷与线圈绕组接触不良，导致电位器分阻值跳变。 2 原因分析及改进 2.1 原因分析

线绕电位器所用的电阻丝表面应具有适当的光洁度、硬度和一定的耐磨性，以保证其机械耐久性。接触电刷采用比电阻丝材质的硬度、耐磨性略低的材料制作。电位器的接触可靠性、低噪声、机械耐久性及使用寿命，直接与电阻丝-电刷的接触状态和机械磨损有关。只有当电阻丝与电刷两者组合得当，材料匹配，才能获得接触电阻小、耐磨性好的特性。

但是，对任意一种线绕电位器而言，在长期接触摩擦的过程中，硬度差的电刷必然会被磨损出金属屑，积聚在电阻丝的线匝之间。另外，由于电位器转动轴的存在，

一般情况下均是非密封的，电位器在使用时会受到温度、湿度和空气清洁度等环境影响，金属屑逐渐被氧化成导电性差的颗粒，电阻丝和电刷也被氧化，它们之间也可能形成微小杂质颗粒；同时电位器在生产过程中在线圈表面涂覆了润滑油，这些金属屑、微小杂质颗粒与润滑油相混合，形成导电性较差的颗粒，当颗粒妨碍电刷触点运动时，电位器便会出现阻值跳变。

在本案例中，由于用户在使用该电位器时是分阻值段使用的，因此电刷每次在分阻值点停顿，导致碎屑状多余物在该阻值点进行堆积。又由于本电位器为双触点电位器，因此出现上下接触件同时压在颗粒上造成接触不良的几率是较低的。 电位器所用的电阻丝一般为漆包线，线圈绕组的工作面一般采用抛光液喷射进行去漆处理，通过调整喷枪的高度、角度和喷射压力来达到所要求的去漆效果。如果喷枪的角度控制不当，就会导致R角边缘去漆不彻底，线匝上有少量的残余漆层。对于本电位器而言，由于喷枪的角度控制不当，导致线圈绕组R角边缘存在去漆高度偏高的现象。

另外，在电位器的装配过程中需要根据实际的情况来调整簧片与绕组的接触压力，满足规范的要求。接触压力的调整是通过调整连接电刷的支撑片角度来完成的。对于本电位器而言，由于操作不当，导致下接触电刷向内弯曲的角度偏大，接触电刷与绕组工作面的接触区域向外偏移，在0.88 kΩ阻值区域接触点正好落在去漆高度偏高的漆包线漆皮上，出现下接触电刷与绕组不接触的故障现象。

因此分析认为，电位器失效是由于支撑片角度调整工艺失控导致下接触电刷接触向内弯曲角度偏大、使下接触电刷落在漆包线的漆皮上，导致下接触电刷与绕组接触不良；同时上接触电刷又压在电刷与线圈绕组摩擦生产的碎屑上，使上接触电刷与绕组接触不良，上述两个因素的共同作用就会引起电位器阻值发生跳变现象。 2.2 电位器改进

针对上述失效原因，提出了以下改进建议：

1）选择合适的电刷材质与电阻丝材质，使两者材料的硬度差别适中，减小因摩擦导致的金属屑产生；

2）提高电刷与电阻丝接触区域的光洁度，减小摩擦力；

3）调整电刷对电阻线圈的接触压力，使接触压力既保证电刷对电阻线圈接触可靠，又不会产生过多的金属屑；

4）在接触电刷的装配过程中，在保证接触压力合格的情况下，还要保证其安装位置的正确性，确保电刷与线圈绕组的接触区域不发生偏离；

5）严格控制线圈绕组工作面去漆高度，保证电刷与线圈绕组的可靠接触。 3 结束语

经过分析，找到了线绕电位器阻值跳变的失效机理与失效原因，并针对失效原因提出了电位器的生产改进建议，以提高电位器的可靠性。

【相关文献】

[1]TODD C D.电位器基础及其应用[M].北京：国防工业出版社，1984.