1　导电塑料电位器的发展历史
６０年代初，为了解决碳膜电位器和线绕电位器的噪声、寿命与可靠性，首先在美国出现了一种新型的导电塑料和由此而制成的电位器。直到１９７０年前后，美国对此非常保密，一直把它作为巴黎统筹委员会的禁运项目。后来人们才逐渐熟悉，所谓导电塑料实际上是一种碳黑和树脂的混合物，与优良的绝缘树脂一起模压成电阻基体，其电刷轨道的断面呈三角形，即凸轨型（ｒａｉｓｅｔｒａｃｋ）。它与一般市场上的有机实芯电位器的区别在于，它是采用"夹心"结构，外层用导电塑料，中间充填绝缘树脂。这种结构较好地解决了实芯电位器接触电阻偏大的弊端，这种电位器的电触点采用钯银铜系合金。１９６２年美国ＣｏｍｐｕｔｅｒＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＣｏ制成了薄膜型电位器，其工艺不是采用模压而是采用印刷，也称为导电塑料电位器。由于凸轨型电位器的电刷采用点状接触，压力大（０．２～０．３Ｎ），造成电位器旋转力矩大，修刻范围受到限制。因此，在７０年代初，出现了平板型（ｐｌａｔｅ）导电塑料电位器。目前电阻体成型工艺可分为模压、印刷、模压印刷等数种。其表面不平度最高为０.２μｍ，电刷结构有多指丝状和耙型（Ｓｃｒａｔｃｈ）两种。

２　国外导电塑料电位器的生产状况与水平
美国从事导电塑料电位器生产的共有２０几家公司，其中较为有名的有：ＳｐｅｃｔｒｏｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏｒｐ．，ＬｉｔｔｏｎＳｙｓｔｅｍＩｎｃ．Ｐｏｔ．Ｄｉｐ，ＮｅｗＥｎｇｌａｎｄＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＣｏｒｐ．，Ｄｕｎ.ｃａｎＥｌｅｃｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＩｎｃ，ＢｏｕｒｎｓＩｎｃ，ＢａｔａｔｒｏｎｉｘＩｎｃ．，ＤａｔａＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ。英国从事导电塑料电位器生产的公司有：Ｐｅｎｎｙ＆ＧｉｌｅｓＬｔｄ．，ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＶａｒｉｏｎｅｃｓＬｔｄ．等。法国从事导电塑料电位器生产的有ＭＣＢ，ＳＥＲＮＩＣＥ两家。日本生产导电塑料电位器的有ＳＡＫＡＥ，ＪａｐａｎＳｅｒｖｏＣｏ．Ｌｔｄ，Ｃｏｐａｌ，Ｍｉ.ｄｏｒｉ，ＹＥＷＪＲＭ等。德国生产导电塑料电位器的有ＭＥＧＡＴＲＯＮ，ＮＯＶＯＴＥＣＨＮＩＫ。在外形尺寸上，旋转式导电塑料电位器最小直径为１０ｍｍ，最大直径８０ｍｍ，直线运动式的最小电气行程为８ｍｍ，最大电气行程对模压型电阻体来说为２５０ｍｍ，而对印刷法和膜片式电阻体来说，可做到１ｍ以上。如法国的ＳＥＲＮＩＣＥ和美国的ＤｕｃａｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＩｎｃ．，电位器长行程做到４ｍ。总阻值一般为５００Ω～１０ｋΩ，特殊要求可达到１００ｋΩ，Ｄｕｎｃａｎ公司可做到５００ｋΩ，模压法电阻体总阻值均在２０ｋΩ以下，而印刷法和膜片式可做得较高。总阻偏差最佳的为美国的Ｓｐｅｃｔｒｏｌ公司产品，可达±１％。独立线性度，目前最高可达０.０５％，英国的Ｐｅｎｎｙ＆Ｇｉｌｅｓ公司可达０.０２５％。符合度最高的要推Ｂｅｔａｔｒｏｎｉｘ公司的正余弦电位器，可达０.０２５％。导电塑料电位器的动态噪声评价普遍采用输出平滑性指标，有时也用噪声电阻变化指标。目前输出平滑性最佳的要推美国的ＤａｔａＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ公司，其电阻体为膜片式，平滑性＜０.０２５％。一般为０.０５％～０.１％。终端电压，对总阻为１ｋΩ的电位器，一般≤０.１％；对１ｋΩ以上的，终端电压为０.２％。电刷电流最大可达１０ｍＡ。电气有效转角，最大要推法国ＳＥＲＮＩＣＥＣｏT的３００Ｓ电位器，可达３５７°。国外也有３６０°有效电气转角的报道，是通过特殊的结构来实现的，Ｎｏｖｏｔｅｃｈｎｉｋ就有这种产品。电阻温度系数变化，以美国的Ｓｐｅｃｔｒｏｌ公司的产品做得最低，在－４５～＋１２５℃范围内，只有±１２５×１０－６℃－１。值得指出，对导电塑料电位器来说，电阻温度系数的最大值并不出现在温度的极限点。功率损耗与电气行程有关，以Ｐｅｎｎｙ＆Ｇｉｌｅｓ的产品为例，ＲＣＰ０５电位器的直径１０ｍｍ，２０℃的功率为１Ｗ，ＲＣＰ１５电位器２０℃时为２Ｗ，ＲＣＰ３０电位器直径７６ｍｍ，２０℃时的功率为８Ｗ。Ｄｕｎｃａｎ公司规定每英寸电气行程的功率为０.７５Ｗ。ＤａｔａＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ公司规定，电阻体的１Ｗ每ｃｍ２（断面）。目前世界上导电塑料电位器寿命最高达２亿次。如ＤａｔａＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ公司的ＷＰＭ２５－１１、ＷＰＭ４５－１３、ＷＰＭ６５－２０电位器，Ｐｅｎ.ｎｙ＆Ｇｉｌｅｓ公司的所有ＲＣＰ和ＬＣＰＥ电位器寿命均可达１０８次。国外大多数公司的产品样本只注明最高寿命数，而不注明寿命的条件和寿命后电位器特性变化情况，仅个别公司例外。比如：Ｂｏｕｒｎｓ公司的６５７４电位器经２５００万次寿命试验后，总阻变化最大为１０％。日本的ＪａｐａｎＳｅｒｖｏｒＣｏ.Ｌｔｄ.的Ｎ３５Ｓ、Ｎ２８Ｓ在４００ｒ每ｍｉｎ情况下经５千万次寿命试验后，总阻值变化在±５％以内。独立线性度变化在±１５０％以内，等效噪声电阻在５００Ω以下，转矩变化在±１５０％以内。电位器的使用温度范围，以Ｐｅｎｎｙ＆Ｇｉｌｅｓ为代表，其最低的使用温度为－６５℃，最高者是ＤａｄａＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ公司的ＭＹＳＴＲ产品为＋２００℃。导电塑料电位器另一特点是除复现一般线性特性外，还可通过修刻或网络设计复现更为复杂的函数。比如双曲线、抛物线等等，国外能复现各种特殊函数的公司首推美国Ｂａｔａｔｒｏｎｉｘ公司。

３　导电塑料电位器技术的新进展
７０年代首先在美国出现了复合式导电塑料电位器（ＨｙｂｒｉｄＴｒａｃｋＰｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒ）。不多久，英国和日本也纷纷仿效生产。这种电位器的电阻体是在线绕电阻体的轨道上涂覆一层导电塑料，经加温固化而成。这种电位器既保留了一般导电塑料电位器的长寿命的优点又弥补了其电阻温度系数变化偏大的缺陷。这种电位器的电阻温度系数变化只有±（２０～５０）×１０－６℃－１。缺点是复合式电阻体其导电塑料部分的电阻只占线绕电阻的１/１０，电位器的线性度仅取决线绕电阻本身的精度。这就要求有一套精密的绕线设备和优良的金属线材保证。由于它的电阻体无法进行线性修整。因而要做成高精度或复现复杂的函数就很困难。另外，这种电位器工艺复杂，成本高，所以限制了它的推广应用。但如果多圈电位器要求寿命长，或者电气行程很长，或者电位器寿命要求长又要电阻温度系数变化小，采用复合式是一种较好的途径。在国外，生产这种类型电位器的厂家不多。日本的ＳＡＫＡＥ、ＹＥＷ和美国的Ｓｐｅｃｔｒｏｌ、ＮｅｗＥｎｇｌａｎｄ都有这种产品。复合式电位器有极好的电阻稳定性，在７０℃，１０００ｈ的高温暴露测试时，线绕电阻元件的电阻变化仅为±０.２％，一般导电塑料电位器的为－５％～＋１０％，而复合式为－１％。复合式电位器的输出平滑性也好，比如：ＳＡＫＡＥ公司１０型复合式电位器，按ＭＩＬ－Ｒ－３９０２３标准测试，其输出平滑性可达０.０１５％。８０年代初，国外又出现了一种新型的膜片式电位器。它的成型工艺是用无机导电塑料沉积在带有双层胶的柔性聚酯薄膜上，薄膜可以裁成任一尺寸或任一形状，然后敷贴在绝缘基座上。它采用特殊的腐蚀方法进行线性修正。亦可经丝网印刷成任意形状，工艺简便，特别适宜制成任意形状的电阻体或超长电阻体。这种电阻膜片在美国市场和法国市场上可以购到。但制造这种膜片的技术是极其保密的。日本的Ｃｏｐａｌ公司很早就生产这种电位器，但制造薄膜的技术在１９８４年左右才从美国引进。国外生产膜片电位器有名厂家有美国的ＤａｔａＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ、ＮｅｗＥｎｇｌａｎｄ公司，日本的Ｃｏｐａｌ和法国的ＭＣＢ公司。当前，导电塑料电位器所使用的电阻浆料均为混合性材料，亦属碳黑树脂系列电位器，这种系列的电位器接触电阻偏大。很长时间以来，人们都在探讨如何对合成材料进行改性。比如将碳黑表面氧化，以提高电阻稳定性和减小接触电阻。日本在７０年代着手进行碳黑的接枝，并用电镜观察到了接枝前后，在一定电场下碳黑分子在树脂中运动的规律，认为接枝后的碳黑与树脂混合后可以提高结合力，从而使这种电阻浆料的电阻稳定性提高，接触电阻减小。除上述措施外，根本的解决方法是使用结构性导电塑料。国外６０年代就有所报道。这是一种有机半导体材料，它是由分子为π电子结构的高分子化合物组成，其电导率可达１０－３Ｓ·ｃｍ－１。获得新塑料的方法是使相应的聚合物转化成多聚阳离子，后者同四氰奎二甲烷的中和分子进行调整，新型塑料具有普通聚合物的良好机械特性，并且高温稳定性好。最近，美国加州大学研制出一种新的导电塑料聚乙炔。这种导电材料是由碳原子和氢原子构成分子链，通过特殊的工艺，加进碘原子后把分子链上的键电子牢牢地拉出来，在分子链上形成一个带正电荷的"孔"，这种化合物每厘米的传导１.５×１０５Ｓ，为铜的４倍。目前这种材料因不溶于酸及多种溶剂，受热也不熔化和软化，所以选择合适的成型加工方法是一大难题。上述结构性导电塑料除了成型等各种因素以外，如何调节这种塑料的不同电阻率又是一个难题，所以在国外尚未见有用结构性导电塑料制成电位器的报道。除了电阻体本身材料正广泛进行研制外，国外也很重视选择电刷材料及形状，如何减小电位器对偶件的摩擦系数，从而达到提高输出平滑性和寿命的目的。导电塑料电位器在国外已获得了广泛应用，它能在极端恶劣的环境中使用，美国已成功地在阿波罗登月舱中使用。美国Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ公司的７５４－Ρ型精密导电塑料电位器样品曾被放置于功率为３ＭＷ的核反应堆中１００ｈ，γ幅射积分剂量在１０６Ｇｙ的照射下，电位器的参数没有受到影响。

４　结论
导电塑料电位器面世３０多年来，其生产技术取得了很大的进展，用途亦日趋广泛。作为一种位移传感器，其优良的特性愈来愈显露出来，国外已用它在很多领域中取代了无接触式差动变压器（即ＲＶＤＴ与ＬＶＤＴ）和精密线绕电位器，预计在今后会更加发展，开拓新的使用领域。
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