IT8224568A1

IT8224568A1 - Procedimento per calibrare un elemento a resistenza elettrica

Info

Publication number: IT8224568A1
Application number: IT1982A24568A
Authority: IT
Original assignee: Spectrol Electronics Corp
Priority date: 1981-12-02
Filing date: 1982-12-02
Publication date: 1984-06-02
Also published as: GB2117571A; IT1154605B; US4403133A; GB2117571B; IT8224568A0

Description

D E S C R I Z I O N E

dell 'invenzione industriale dal titolo:

"Procedimento per calibrare un elemento a resistenza elettrica"

RIASSUNTO

E ' illustrato un procedimento per calibrare o "tarare" un elemento a resistenza elettrica, o resistore elettrico (2) il quale comprende l'attuare un taglio trasversale in un lato dell'elemento (2) finch? la resistenza totale misurata dell'elemento (2) non aumenta di una frazione i/N di una percentuale fissa di un valore di resistenza totale desiderato. La frazione i/N ? approssimativamente uguale alla lunghezza dell'elemento a resistenza (2) divisa per la larghezza di progettazione o prevista (W) del taglio trasversale (20) e la percentuale fissa ? uguale alla deviazione percentuale della resistenza totale iniziale dell'elemento (2) da un valore di resistenza /ohmico desiderato. Dopo l'esecuzione del taglio trasversale (20), viene eseguito un taglio di tipo longitudinale ad una distanza uguale alla lunghezza (J) del taglio trasversale (20) dal bordo dell'elemento (2) avente il taglio trasversale (20) per isolare una porzione dell'elemento (2) dal resto (25) dell 'elemento (2) in modo tale che la porzione isolata ha il valore ohmico totale desiderato. Questo procedimento ? particolarmente adatto per l'impiego con sistemi di calibratura o rifinitura tramite laser controllati da elaboratore, impiegati per produrre in massa elementi a resistori.

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda procedimenti per calibrare o rifinire elementi a resistenza elettrica, o resistori elettrici, e, pi? particolarmente, riguarda procedimenti per calibrare elementi a resistenza elettrica per l'impiego in dispositivi a valore ohmico variabile, come ad esempio potenziometri.

Frequentemente, gli elementi a resistenza che sono impiegati in dispositivi a valore ohmico variabile come ad esempio potenziometri, vengono fabbricati per avere un valore ohmico particolare, entro un dato intervallo di tolleranze, depositando uno strato sottile o film di materiale resistivo su un substrato non conduttore o supporto per formare un percorso resistivo avente un valore ohmico inferiore ad un valore ohmico nominale desiderato? Quindi, le porzioni del materiale resistivo vengono rimosse (rifilate) dal percorso resistivo finch? non ? stato ottenuto il valore di resistenza desiderato. Vari dispositivi; come ad esempio apparecchiature ad abrasione o molatura, sono disponibili per rimuovere il materiale resistivo dal percorso resistivo. Tuttavia, quando ? richiesta calibratura o rifilatura rapida di un gran numero di elementi a resistenza, ? preferibile impiegare un sistema di calibratura o rifilatura laser controllato da elaboratore.

Procedimenti noti per calibrare un elemento a resistenza, che possono essere attuati tramite un sistema di rifilatura a laser controllato da elaboratore sono i procedimenti di rifilatura cosiddetti a "scansione", "tuffo " a "L"; e a"pettine". La calibratura o rifilatura a scansione consiste nel rimuovere materialmente materiale resistivo dall'elemento a resistenza eseguendo una serie di tagli tra mite laser, longitudinali e incrementali, nel materiale resistivo lungo il percorso resistivo misurando nel contempo il valore ohmico totale dell'elemento a resistenza. I tagli longitudinali sono terminati quando ? stata rimossa una quantit? di materiale resistivo sufficiente a far si che sia ottenuto il valore ohmico totale desiderato. La calibratura o rifilatura a scansione fornisce un elemento a resistenza il quale ? calibrato con precisione ad un valore ohmico totale desiderato. In aggiunta la calibratura a scansione fornisce un elemento a resistenza il quale ? adatto per l?impiego con cursori di contatto convenzionali che sono impiegati come parte di dispositivi a resistenza variabile, come ad esempio potenziometri, e altri dispositivi similari. Tuttavia, ? solitamente necessario eseguire un gran numero di tagli longitudinali nell'elemento a resistenza per completare una calibratura a scansione. Ci? richiede una quantit? di tempo relativamente grande ed ? costoso, in particolare quando ? necessario calibrare o rifilare un gran numero di elementi a resistenza elettrica.

Una rifilatura o calibratura "a tuffo" consiste nell ?eseguire un unico taglio trasversale in un lato di un elemento a resistenza generalmente perpendicolarmente al percorso resistivo formatto dallo elemen-to. Quando viene eseguito il taglio trasversale viene misurato il valore ohmico totale dell?elemento, e il taglio viene terminato quando il valore ohmico totale misurato aumenta ad un valore desiderato? Se la resistenza totale iniziale dell'elemento ? molto minore del vai-ore desiderato allora la calibratura o rifilatura "a tuffo? pu? richiedere la esecuzione di un lungo taglio trasversale che pu? estendersi pressoch? completamente attraverso il per? cor-so resistivo.

Un lungo taglio trasversale risultante da una calibratura a tuffo pu? essere evitato eseguendo una cosiddetta calibratura o rifilatura a"L", la quale combina il taglio trasversale della calibratura a tuffo con un taglio longitudinale per formare un taglio sagomato a L nel materiale resistivo, mirante 1 *esecuz?ione di una rifilatura o calibratura a L, il taglio trasve-rsale ? limitato ad una lunghezza massima, fissa. Se la resistenza totale dell'elemento non ? uguale al valore desiderato quando il taglio trasversale ? stato completato alla sua lunghezza massima, allora viene eseguito un taglio longitudinale per completare la calibratura. Il taglio longitudinale viene terminato quando il valore ohmico totale misurato aumenta al valore desiderato. ;La calibratura o rifilatura a tuffo e la calibratura a L forniscono elementi a resistenza i quali sono calibrati con precisione a valori ohmici desiderati. Tuttavia, gli elementi a resistenza realizzati impiegando la rifilatura o calibratura a tuffo e la calibratura a L hanno intrinsecamente valori resistivi con deviazioni di linearit? rilevanti. ;In aggiunta devono essere impiegati cursori di contatto particolari, oppure devono essere apportate modifiche all'elemento a resistenza, per evitare i problemi elettrici e meccanici determinati dallo strofinamento del cursore di contatto sul taglio nello elemento a resistenza. ;La calibratura ? pettine" comprende l'esecuzione di una pluralit? di tagli trasversali in un lato di un elemento a resistenza per formare una configurazione a pettine di materiale resistivo. La resistenza totale dell'elemento viene misurata durante l'esecuzione di ciascun taglio, e ciascun taglio viene terminato quando la resistenza misurata totale aumenta di una quantit? fissa preselezionata. Il numero di tagli e la quantit? fissa di aumento della resistenza sono preselezionati in modo tale che dopo che tutti i tagli sono stati eseguiti, la resistenza totale dell'elemento sia uguale ad un valore ohmico desiderato. Una calibratura a pettine richiede solitamente un periodo di tempo relativamente lungo per il completamento poich? sono solitamente richiesti un gran numero di tagli trasversali per rifilare con precisione un elemento ad un valore ohmico desiderato entro intervalli di tolleranza tipici? In aggiunta, la calibratura a pettine, come quella a tuffo e quella a L, richiedono che siano presi provvedimenti speciali per evitare problemi elettrici e meccanici provocati dallo strofinamento di un cursore di contatto sui tagli nell'elemento a resistenza, ;I precedenti inconvenienti dei metodi di calibratura noti sono eliminati tramite la presente invenzione la quale riguarda un procedimento per calibrare o rifilare un elemento a resistenza il qual procedimento comprende l'eseguire taglio, in corrispondenza di una posizione specificatamente selezionata, lungo il percorso resistivo formato dallo elemento per realizzare un taglio di tipo longitudinale isolante elettricamente una porzione dell'elemento dal resto dell'elemento in maniera tale che la porzione isolata abbia un valore ohmico totale desiderato. La posizione speciale di questo taglio di tipo longitudinale viene preselezionata in base alla lunghezza di terminazione di un taglio trasversale che viene eseguito, prima dell'esecuzione del taglio di tipo longitudinale, in un lato dell'elemento a resistenza generalmente perpendicolare al percorso resistivo. La resistenza totale dell'elemento viene misurata durante l'esecuzione del taglio trasversale, e il taglio viene terminato quando la resistenza totale aumenta di una frazione i/N di una percentuale fissa della resistenza totale desiderata. La frazione i/N ? approssimativamente uguale alla lunghezza di percorso dell'elemento a resistenza divisa per la larghezza prevista del taglio trasversale. La percentuale fissa ? uguale alla deviazione percentuale della resistenza totale iniziale dell'elemento da un valore di resistenza totale desiderato nominale. Il taglio di tipo longitudinale viene eseguito ad una distanza uguale alla lunghezza del taglio trasversale, dal bordo dell'elemento avente il taglio trasversale per isolare una porzione dell'elemento avente il valore di resistenza totale desiderato. ;Un sistema o impianto di calibratura laser controllato da elaboratore ? particolarmente adatto per eseguire i semplici tagli del metodo di calibratura precedentemente descritto. Un gran numero di elementi a resistenza possono essere calibrati in un periodo di tempo relativamente breve impiegando un sistema laser secondo i principi della presente invenzione. ;L'invenzione sar? ora descritta a titolo esemplificativo, facendo riferimento ai disegni acclusi nei quali: ;La figura 1 illustra un sistema o impianto di calibratura o rifilatura a laser controllato da elaboratore per calibrare un elemento a resistenza secondo i principi della presente invenzione; ;Le figure da 2 a 5 illustrano, in un modo seriale, le fasi di calibratura di un elemento a resistenza secondo i principi della presente invenzione; ;Le figure 6 e 7 illustrano esempi di configurazioni di calibratura alternative per un elemento a resistenza calibrato secondo i principi della presente invenzione; e ;La figura 8 ? una vista prospettica di un potenziometro realizzato tramite un elemento a resistenza calibrato come ? illustrato nella figura 5. ;Facendo riferimento alla figura 1, in essa ? illustrato un sistema o impianto di calibratura o rifilatura a laser controllato da elaboratore per calibrare un elemento a resistenza 2 secondo i principi della presente invenzione. Il sistema di rifilatura a laser comprende un laser 4 che ? controllato tramite un dispositivo di controllo a elaboratore 6 avente come uno dei suoi ingressi l'uscita da un ohmmetro 8. L'elemento a resistenza 2 ha un contatto elettrico di sinistra 9 ed un contatto elettrico di de-stra 10 che sono collegati tramite un primo conduttore elettrico 11 ed un secondo conduttore e? lettrico 12, rispettivamente, all'ohmmetro 8 attraverso la scatola connettori 7 e il connettore elettrico 5? L'ohmmetro 8 misura direttamente la resistenza o valore ohmico totale attraverso l'elemento 2, Apparecchiatura di manipolazione automatica 3 viene impiegata per posizionare l'elemento 2 rispetto al laser 4. Tale sistema o impianto di calibratura a laser controllato da elaboratore ? commercialmente disponibile presso la Chicago Laser Systems di Chicago, Illinois. Ad esempio, il sistema di calibratura a laser pu? essere costituito dal sistema di rifilatura o calibratura di resistori a laser Modello CLS-33 della Chicago Laser Systems. ;Facendo riferimento alle figure da 2 a 5, sono illustrate fasi per calibrare un elemento a resistenza 2 tramite un sistema di calibratura a laser controllato da elaboratore come quello rappresentato in figura 1, secondo i principi della presente invenzione. ;Dapprima -viene formato l'elemento a resistenza 2, solitamente a partire da un materiale di cermete a pellicola spessa, da plastica conduttrice, o altro materiale analogo, in una sagoma speciale. Come ? rappresentato nelle figure, l'elemento 2 ? rettangolare ma, se desiderato pu? essere formato un elemento di sagoma semicircolare o di altra sagoma analoga. L'elemento 2 ? concepito per avere una resistenza totale uguale ad un valore di resistenza o ohmico desiderato nominale. Tuttavia, a causa di variazioni nella composizione del materiale resistivo, di variazioni nella profondit? di deposizione del materiale resistivo e di altri fattori, ? praticamente impossibile ottenere esattamente il valore desiderato. Perci? l'elemento 2 viene realizzato in modo tale che il valore ohmico dell'elemento 2 sia sempre inferiore al valore desiderato, se non uguale al valore desiderato. ;Quindi, come ? illustrato in figura 2, un primo taglio trasversale 20 viene eseguito in un lato dello elemento 2 approssimativamente in corrispondenza del centro dell'elemento 2. La esatta posizione del primo taglio 20 non ? critica. Il taglio 20 pu? essere realizzato in qualsiasi posizione lungo il percorso resistivo distanziata dalle estremit? dell'elemento 2. Durante l'esecuzione del taglio 20 viene misurata la resistenza totale dell'elemento 2. Il taglio 20 viene arrestato quando la resistenza totale misurata aumenta di una quantit? uguale ad una frazione i/N di una percentuale fissa del valore ohmico desiderato nominale per l'elemento 2. La frazione i/N ? approssima tivamente uguale alla lunghezza di percorso L dello elemento a resistenza 2 divisa per la larghezza di progettazione W del primo taglio trasversale 20. Tale percentuale fissa ? uguale alla deviazione percentuale della resistenza totale iniziale dell'elemento 2 dal valore di resistenza totale desiderato nominale. Si deve notare che tale fattore di aumento del valore di resistenza ? equivalente al fattore impiegato durante l'esecuzione di una calibratura a pettine con un gran numero N di tagli trasversali. Inoltre si deve notare che non ? necessario che il numero N abbia ad essere esattamente uguale alla lunghezza L divisa per la larghezza W in dipendenza dalla precisione con cui si desidera calibrare l'elemento 2. Il numero N viene solitamente selezionato per essere approssimativamente uguale a L/W, oppure ? dell?ordine di L/W, Dopo che il primo taglio trasversale 20 ? stato completato, viene eseguito un secondo taglio trasversale 21 in prossimit? di una estremit? dell'elemento 2 generalmente perpendicolarmente al percorso resistivo e generalmente parallelamente al primo taglio trasversale 20. Il taglio 21 viene terminato in corrispondenza di una lunghezza J uguale alla lunghezza J del primo taglio trasversale 20. Nuovamente, in dipendenza dalla precisione richiesta per la calibratura, non ? necessario che le lunghezze dei tagli 20 e 21 abbiano ad essere esattamente uguali, ma esse possono essere solo approssimativamente uguali. ;Come ? rappresentato nella figura 4, dopo che ? stato completato il secondo taglio trasversale 21, un taglio longitudinale 22 viene eseguito lungo il percorso resistivo dall'estremit? del taglio 21, attraverso il taglio 20, sino all'estremit? opposta dello elemento resistivo 2. Quindi, come ? rappresentato in figura 5, un terzo taglio 23 viene eseguito dall'estremit? del taglio longitudinale 22 sino al lato dell'elemento a resistenza 2.avente il primo e secondo tagli trasversali 20 e 21. Il terzo taglio trasversale 23 ? pure generalmente perpendicolare al percor-^ so resistivo ed ? generalmente parallelo al primo e secondo tagli trasversali 20 e 21, ;Come ? rappresentato nella figura 5, dopo che la calibratura ? stata completata, una porzione dell'elemento 2 viene isolata materialmente da porzioni 25 dell'elemento a resistenza 2. Il valore ohmico totale della porzione isolata dell'elemento 2 ? approssimativamente uguale al valore di resistenza nominale desiderato. Poich? non vi sono tagli in questa porzione isolata, non devono essere presi provvedimenti speciali se un cursore di contatto deve scorrere su questa porzione dell'elemento 2. Si ? trovato che un elemento a resistenza di cermete, avente una lunghezza dell'ordine di 200 millesimi di pollice (5,08 mm) pu? essere calibrato con tagli laser aventi una larghezza dell'ordine da 2 a 4 millesimi di pollice (da 0,0508 a 0,1016 mm) entro una tolleranza del 2% di un valore ohmico desiderato nominale di 500 K (500.000 ohm), quando la deviazione percentuale iniziale dell'elemento 2 dal valore di resistenza desiderato ? dell'ordine del 30%, e quando il numero N viene fissato a 50. ;Le figure 6 e 7 illustrano esempi di configurazioni di calibratura alternative per un elemento a resistenza 2 calibrato secondo i principi della presente invenzione. La figura 6 illustra una configurazione di calibratura identica alla configurazione di calibratura rappresentata in figura 5, tranne per il fatto che il secondo e terzo tagli trasversali 21 e 23 sono eseguiti con un certo angolo rispetto al percorso resistivo, invece che essere generalmente perpendicolari al percorso resistivo. Questa variazione ? utile quando si desidera realizzare una dolce transizione elettrica per un cursore di contatto attuante incrocio dai contatti elettrici 9 o 10 nell'una o l'altra estremit? dell ' elemento a resistenza 2 ;La figura 7 illustra una configurazione di calibratura la quale fornisce una funzione di resistenza non lineare lungo il percorso resistivo dall'elemento 2. Per la configurazione rappresentata nella figura 7, un primo taglio trasversale 26 viene eseguito in prossimit? di un'estremit? dell'elemento 2, e un taglio longitudinale 27 viene eseguito lungo il percorso resistivo sino a un punto 28 dopo di che viene tagliato un arco 29 per fornire una funzione di resistenza non lineare in un'area associata 31 dell'elemento a resistenza 2. Si deve notare che, nell'impiegare una configurazione di calibratura come quella rappresentata in figura 7? la configurazione deve essere prefissata, e la lunghezza del taglio 27 deve essere regolata in maniera tale che la resistenza totale dell'elemento 2 abbia ad essere uguale al valore desiderato. ;La figura 8 rappresenta una vista prospettica di.un potenziometro 8 avente un elemento a resistenza 2 costruito come ? illustrato nella figura 5* Come ? rappresentato in figura 8, una base elettricamente non conduttrice 5, solitamente fatta di un materiale ceramico, o di un qualsiasi altro materiale non conduttore adatto, viene impiegata come elemento di supporto per l'elemento a resistenza elettrica 2. Conduttori elettrici 11 e 12 vengono fissati ai contatti elettrici 9 e 10, rispettivamente, per fornire due degli adduttori elettrici per il potenziometro 30. Un cursore di contatto a pi? diti 15, costituito da una pluralit? di diti o contatti 32, da un blocchetto 16 e da un connettore elettrico 18 contatta l'elemento a resistenza 2 solo lungo quella porzione del percorso resistivo isolata dalle porzioni 25 racchiuse dai tagli laser 21, 22 e 23. Il cursore di contatto 15 ? fissato ad un alloggiamento (non rappresentato) per il potenziometro 30 attraverso un alberino di azionamento filettato 19 che consente al cursore di contatto 15 a pi? diti di essere spostato lungo l'elemento a resistenza 2 e in contatto con esso. I diti 32 del cursore 15 possono essere disposti secondo un certo angolo rispetto al percorso di spostamento attraverso l'elemento a resistenza 2 oppure perpendicolarmente ad esso.

La descrizione precedente della presente invenzione si riferisce alla calibratura di un elemento a resistenza rettangolare 2 impiegato come parte di un potenziometro 30. Tuttavia si deve notare che tale procedimento di calibratura o rifilatura pu? essere impiegato per calibrare altri tipi di elementi a resistenza come ad esempio elementi ricurvi, per l'impiego in molti tipi di dispositivi a resistenza varia

Claims

RIVENDICAZIONI

1 . Procedimento per calibrare o rifilare un elemento a resistenza, caratterizzato dal misurare la resistenza o valore ohmico totale fra le estremit? dell'elemento a resistenza (2) per determinare la deviazione percentuale della resistenza misurata dal valore di resistenza desiderato nominale, eseguire tagli in un lato dell'elemento a resistenza (2) per formare un primo taglio trasversale (20) generalmente perpendicolare al percorso resistivo formato dall'elemento (2), misurare la resistenza totale fra le estremit? dell'elemento a resistenza (2) durante l'esecuzione del primo taglio trasversale (20) nell'elemento, terminare il primo taglio trasversale (20)? quando la resistenza totale misturata ? aumentata di una quantit? che ? una frazione 1/N della deviazione percentuale della resistenza totale misurata dalla resistenza desiderata nominale, detto numero N essendo approssimativamente uguale al numero ottenuto dividendo la lunghezza (L) del percorso resistivo per la lar gh?zza (W) del primo taglio trasversale (2Q), eseguendo tagli lungo il percorso resistivo ad una distanza approssimativamente uguale alla lunghezza(j) del primo taglio trasversale (20) dal bordo dell'elem?nto resistivo (20) avente il primo taglio trasversale (20) per isolare una porzione dell'elemento a resistenza in modo tale che la resistenza totale

della porzione isolata sia approssimativamente uguale al valore di resistenza nominale desiderato?
2. Procedimento per calibrare o rifilare un elemento a resistenza (2) secondo la rivendicazione 1 in cui detta fase di eseguire taglio lungo l'elemento a resistenza (2) ? caratterizzata dal tagliare in prossimit? di un'estremit? dell'elemento a resistenza (2) nel medesimo lato dell'elemento a resistenza

(2) in cui ? posizionato il primo taglio trasversale (20), ad una distanza approssimativamente uguale alla lunghezza (j) del primo taglio trasversale (20)

per formare un secondo taglio trasversale (21) gene? ralmente parallelo al primo taglio trasversale (20) e generalmente perpendicolare al percorso resistivo; eseguire taglio longitudinale lungo l?elemento a resistenza (2) dall'estremit? del secondo taglio tra sversale (21) attraverso il primo taglio trasversale (20) sino all'estremit? opposta dell'elemento a resi stenza (2); e tagliare trasversalmente dall'estremit? del taglio longitudinale sino al lato dell'elemen to a resistenza (2) in cui sono disposti il primo e secondo tagli trasversali (20, 21) per formare un terzo taglio trasversale (23) generalmente parallelo al primo e secondo tagli trasversali (20, 21) e generalmente perpendicolare al percorso resistivo, per isolare una porzione dell'elemento a resistenza (2), per cui la resistenza totale della porzione isolata risulti approssimativamente uguale al valore di resistenza nominale desiderato.
3. Procedimento secondo le rivendicazioni 1 oppure 2 in cui l'elemento a resistenza (2) viene calibrato o rifilato eseguendo tagli tramite un raggio laser controllato da elaboratore.