Влияют ли изменения температуры на точность кодового диска? Как оценить тепловое расширение подложки
Равномерное тепловое расширение не меняет угловое положение штрихов и мало влияет на само измерение угла; действительно важны разница теплового расширения диска и ступицы, изменение шага растра на радиусе считывания и зазор отражательной считывающей головки. В статье приведены коэффициенты расширения распространенных материалов подложки и примеры расчета.
2026-10-05 · Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd.
Вывод: при равномерном нагреве кодового диска каждый штрих остается в прежнем угловом положении, поэтому температура мало влияет на сами угловые показания. Внимание следует уделить трем факторам: разнице теплового расширения диска и ступицы или вала, изменению шага растра на радиусе считывания и монтажному зазору отражательной считывающей головки.
1. Коэффициенты расширения распространенных материалов подложки
| Материал | Коэффициент линейного расширения (прибл., ×10⁻⁶/K) |
|---|---|
| Плавленый кварц | 0.5 |
| Боросиликатное стекло | 3.3 |
| Натриево-кальциевое стекло | 9 |
| Нержавеющая сталь | 16–17 |
| Алюминиевый сплав | 23 |
| Поликарбонат (PC) | 65–70 |
В таблице приведены типичные значения из распространенных справочных источников; точные данные следует уточнять у поставщика материала.
2. Пример расчета: насколько меняются размеры диска при нагреве на 60 K
Для примера возьмем радиус считывания 20 mm и 2500 штрихов: шаг растра составляет около 50,27 μm. При повышении температуры с 25 ℃ до 85 ℃ (нагрев на 60 K):
| Подложка | Изменение радиуса считывания | Изменение шага растра |
|---|---|---|
| Боросиликатное стекло | около 4,0 μm | около 0,01 μm |
| Натриево-кальциевое стекло | около 10,8 μm | около 0,03 μm |
| Нержавеющая сталь (16) | около 19,2 μm | около 0,05 μm |
| PC (70) | около 84 μm | около 0,21 μm |
У стеклянных и металлических дисков изменения очень малы. У диска из PC радиус считывания меняется почти на 0,1 mm, поэтому радиальный монтажный запас считывающей головки и согласование шага растра необходимо проверять расчетом для рабочей температуры.
3. Разница теплового расширения диска и ступицы
Если стеклянный кодовый диск приклеен к алюминиевой ступице, их коэффициенты расширения различаются примерно на 14×10⁻⁶/K. При радиусе посадочного отверстия 4 mm и нагреве на 60 K разница радиальных размеров составляет около 3,4 μm. При равномерном клеевом слое эта разница поглощается клеем; при неравномерном диск после термоциклирования может целиком сместиться, что дает эксцентриситет в несколько микрометров. При радиусе считывания 20 mm эксцентриситет 3 μm соответствует угловой погрешности около 31″. Расчет погрешности от эксцентриситета приведен в статье «Какую угловую погрешность дает эксцентриситет кодового диска 5 μm».
4. Зазор отражательной считывающей головки
Отражательная считывающая головка довольно чувствительна к зазору до диска. Осевое удлинение вала, корпуса подшипника и корпуса энкодера при нагреве меняет зазор и влияет на амплитуду сигнала. При проектировании следует рассчитать изменение зазора во всем диапазоне рабочих температур и удерживать его в пределах допуска, разрешенного для считывающей головки.
5. Рекомендации по выбору
- Широкий температурный диапазон, высокая точность: стеклянный кодовый диск; ступица из материала с близким коэффициентом расширения либо эластичный равномерный клеевой слой
- Вибрация и удары, малая толщина: металлический отражательный кодовый диск; проверить расчетом изменение зазора считывающей головки в зависимости от температуры
- Важна стоимость, температурный диапазон невелик: кодовый диск из PC; проверить расчетом изменение радиуса считывания и шага растра
В запросе цены укажите диапазон рабочих температур, материал ступицы и модель считывающей головки — инженеры подберут подложку с учетом этих условий.
Статья подготовлена инженерным отделом Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. Jingzheng Optoelectronics производит стеклянные кодовые диски, металлические отражательные кодовые диски, кодовые диски из PC и кодовые диски по чертежу заказчика. Сайт: www.encoderdisk.cn; телефон: 0316-8933331.