Czy zmiany temperatury wpływają na dokładność tarczy enkodera? Jak oceniać rozszerzalność cieplną podłoża
Równomierna rozszerzalność cieplna nie zmienia położenia kątowego kresek, więc jej wpływ na sam pomiar kąta jest niewielki; istotne są różnica rozszerzalności tarczy i piasty, zmiana podziałki na promieniu odczytu oraz szczelina refleksyjnej głowicy odczytowej. Artykuł podaje współczynniki rozszerzalności typowych materiałów podłoża oraz przykłady obliczeń.
2026-10-05 · Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd.
Wniosek: przy równomiernym nagrzaniu tarczy enkodera każda kreska pozostaje w tym samym położeniu kątowym, dlatego temperatura ma niewielki wpływ na sam odczyt kąta. Należy zwrócić uwagę na trzy kwestie: różnicę rozszerzalności między tarczą a piastą i wałem, zmianę podziałki na promieniu odczytu oraz szczelinę montażową refleksyjnej głowicy odczytowej.
1. Współczynniki rozszerzalności typowych materiałów podłoża
| Materiał | Współczynnik rozszerzalności liniowej (ok., ×10⁻⁶/K) |
|---|---|
| Kwarc topiony | 0.5 |
| Szkło borokrzemowe | 3.3 |
| Szkło sodowo-wapniowe | 9 |
| Stal nierdzewna | 16–17 |
| Stop aluminium | 23 |
| Poliwęglan (PC) | 65–70 |
W tabeli podano wartości typowe według ogólnie dostępnych źródeł; wiążące są dane dostawcy materiału.
2. Przykład obliczeniowy: jak zmieniają się wymiary tarczy enkodera przy wzroście temperatury o 60 K
Przykład: promień odczytu 20 mm, 2500 kresek, podziałka ok. 50,27 μm. Temperatura wzrasta z 25 ℃ do 85 ℃ (wzrost o 60 K):
| Podłoże | Zmiana promienia odczytu | Zmiana podziałki |
|---|---|---|
| Szkło borokrzemowe | ok. 4.0 μm | ok. 0.01 μm |
| Szkło sodowo-wapniowe | ok. 10.8 μm | ok. 0.03 μm |
| Stal nierdzewna (16) | ok. 19.2 μm | ok. 0.05 μm |
| PC (70) | ok. 84 μm | ok. 0.21 μm |
Zmiany w przypadku tarcz szklanych i metalowych są bardzo małe. W tarczy enkodera z PC zmiana promienia odczytu zbliża się do 0,1 mm, dlatego promieniowy zapas montażowy głowicy odczytowej i dopasowanie podziałki należy przeliczyć dla temperatury pracy.
3. Różnica rozszerzalności tarczy i piasty
Gdy szklana tarcza enkodera jest przyklejona do aluminiowej piasty, współczynniki rozszerzalności obu elementów różnią się o ok. 14×10⁻⁶/K. Przy promieniu otworu 4 mm i wzroście temperatury o 60 K różnica wymiarów promieniowych wynosi ok. 3,4 μm. Przy równomiernej warstwie kleju różnicę tę przejmuje klej; przy nierównomiernej warstwie tarcza może po cyklach temperaturowych przesunąć się jako całość, co daje mimośrodowość rzędu kilku mikrometrów. Przy promieniu odczytu 20 mm mimośrodowość 3 μm odpowiada błędowi kątowemu ok. 31″. Sposób obliczania błędu od mimośrodowości opisano w artykule Jaki błąd kątowy powoduje mimośrodowość tarczy 5 μm.
4. Szczelina refleksyjnej głowicy odczytowej
Refleksyjne głowice odczytowe są dość wrażliwe na szczelinę między głowicą a tarczą. Wydłużenie osiowe wału, oprawy łożyska i obudowy pod wpływem nagrzania zmienia szczelinę i wpływa na amplitudę sygnału. Na etapie projektowania należy przeliczyć zmianę szczeliny w zakresie temperatur pracy i utrzymać ją w granicach tolerancji dopuszczalnej dla głowicy odczytowej.
5. Wskazówki doboru
- Szeroki zakres temperatur, wysoka dokładność: szklana tarcza enkodera; piasta z materiału o zbliżonym współczynniku rozszerzalności lub elastyczna, równomierna warstwa kleju
- Drgania i wstrząsy, mała grubość: metalowa tarcza enkodera refleksyjna; należy przeliczyć zmianę szczeliny głowicy odczytowej wraz z temperaturą
- Istotny koszt, niewielki zakres temperatur: tarcza enkodera z PC; należy przeliczyć zmianę promienia odczytu i podziałki
W zapytaniu ofertowym należy podać zakres temperatur pracy, materiał piasty i model głowicy odczytowej – nasi inżynierowie zarekomendują podłoże odpowiednie do tych warunków.
Artykuł opracował dział inżynieryjny Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. Jingzheng Optoelectronics produkuje szklane tarcze enkodera, metalowe tarcze enkodera refleksyjne, tarcze enkodera z PC oraz tarcze enkodera na zamówienie. Strona internetowa: www.encoderdisk.cn; telefon: 0316-8933331.