電位器式傳感器

1、電位器式傳感器第1頁，共18頁，2022年，5月20日，17點36分，星期四第4章 非電量的電測技術4.1 電位器式傳感器4.2 電阻應變式傳感器4.3 電感式傳感器4.4 電容式傳感器4.5 熱電偶傳感器4.6 熱電阻傳感器4.7 壓電傳感器4.8 超聲波傳感器4.9 振弦式傳感器4.10 光電式傳感器4.11 激光式傳感器4.12 光纖傳感器4.13 紅外式傳感器4.14 熱敏傳感器4.15 霍爾式傳感器4.16 氣敏傳感器第2頁，共18頁，2022年，5月20日，17點36分，星期四第4章 非電量的電測技術何為非電量？機械量（如溫度、壓力、速度、位移、應變、流量、液位等）、熱工量（如溫度

2、、 壓力、流量等）和化工量（濃度、成分、PH值等）。非電量的電測技術就是將各種非電量變換為電量，而后進行測量的方法。非電量電測技術中的關鍵技術是研究如何將非電量轉換成電量的技術傳感技術。 第3頁，共18頁，2022年，5月20日，17點36分，星期四電位器式傳感器把直線位移或轉角位移轉換成具有一定函數(shù)關系的輸出電阻或輸出電壓。因此可以用來測量振動、位移、速度、加速度和壓力等非電參數(shù)。原理電阻變化：相應電刷位移 的電壓輸出 為：式中 電位器的電阻靈敏度 。式中 電位器的電壓靈敏度 。 當電阻絲直徑與材質一定時，則電阻 R 隨導線長度 L 而變化。 4.1 電位器式傳感器第4頁，共18頁，2022

3、年，5月20日，17點36分，星期四常用電位器式傳感器有:直線位移型、角位移型、非線性型. 左圖為典型的電位器式傳感器的結構原理。它由電阻元件（包括骨架和金屬電阻絲）和電刷（活動觸點）兩個基本部分組成。由圖可見，當有機械位移時，電位器的動觸點產(chǎn)生位移，而改變了動觸點相對于電位參考點（A點）的電阻 ，從而實現(xiàn)了非電量（位移）到電量（電阻值或電壓幅值）的轉換。 電位器式傳感器有線性和非線性電位器式傳感器兩大類。4.1.1 電位器式傳感器的結構第5頁，共18頁，2022年，5月20日，17點36分，星期四圖4-1 電位器式傳感器原理圖a）直線位移式 b）轉角位移式1金屬電阻絲 2骨架 3電刷第6頁，

4、共18頁，2022年，5月20日，17點36分，星期四電位器式傳感器結構形式電位器式傳感器分類滑線式半導體式骨架式分段電阻式液體觸點式電位器式傳感器結構 如右圖所示。 第7頁，共18頁，2022年，5月20日，17點36分，星期四4.1.2 線性電位器式傳感器線性電位器式傳感器的理想空載（負載電阻）特性曲線應具有嚴格的直線性關系。圖4-2是線性電位器式傳感器原理圖。由圖可見，線性電位器式傳感器的骨架截面處處相等，由材料均勻的金屬電阻絲按相等截距繞制成電阻元件，因此其最大電阻值為：式中， 為導線的電阻率； 為導線的截面積； 和 分別為骨架的寬度 和高度； 為電位器線圈的總匝數(shù)。圖4-2 線性電位

5、器式傳感器原理圖a）結構圖 b）原理圖第8頁，共18頁，2022年，5月20日，17點36分，星期四由于電位器單位長度上電阻值處處相等，當電刷行程為 時，對應的空載輸出電阻和輸出電壓分別為： 和式中， 和 分別為電位器電刷的最大行程和加于電位器兩端的最大電壓； 和 分別為線性電位器的電阻靈敏度和電壓靈敏度。由于 ， 為導線間的節(jié)距，因此 和 可表示為： 和式中， 為導線中的電流。第9頁，共18頁，2022年，5月20日，17點36分，星期四實際上繞線線性電位器的變換是一匝一匝進行的，電刷每移過一匝，輸出電壓（或電阻）產(chǎn)生一個增量 （ ），其值為：由此可見，繞線線性電位器傳感器的輸入輸出特性不是

6、線性的，而是一條階梯特性曲線。其理想階梯特性曲線見圖4-3。由圖4-3可求出繞線線性電位器傳感器的電壓分辨率 ，其定義為：在工作行程內(nèi)電位器產(chǎn)生一個可測得出的輸出電壓變化量與最大輸出電壓之比的百分數(shù)，即： 圖4-3 繞線線性電位器傳感器理想階梯特性曲線第10頁，共18頁，2022年，5月20日，17點36分，星期四由圖4-3可求出繞線線性電位器傳感器的階梯誤差 ，其定義為理想階梯特性曲線與理想的理論直線的最大偏差值與最大輸出電壓之比的百分數(shù)，即：上面研究的是線性電位器的空載特性。實際上，由于負載電阻 ，當傳感器帶負載時的工作特性稱為負載特性。由于負載效應的存在，傳感器的負載特性與理想空載特性之

7、間存在著偏差稱為負載誤差。負載誤差與負載電阻 的大小有關，負載電阻 愈大，負載誤差愈小，反之亦然。第11頁，共18頁，2022年，5月20日，17點36分，星期四帶負載線性電位器傳感器電路見圖4-4。圖中， ， ， ， ， 。求負載誤差。若 ，負載誤差又是多少？解：由式（4-2）和式（4-3）可求得位移 時 傳感器電阻和空載輸出電壓分別為：由圖可求得帶負載 時的輸出電壓為： 圖4-4 帶負載電位器傳感器電路圖第12頁，共18頁，2022年，5月20日，17點36分，星期四 引起的負載誤差為： 若負載 ，可求得輸出電壓為： 引起的負載誤差為： 由此可見，欲使負載誤差小于1.0%，必須保證負載電阻

8、 以上。第13頁，共18頁，2022年，5月20日，17點36分，星期四非線性電位器傳感器是指在空載時其輸出電壓（或電阻）與電刷行程 之間具有非線性函數(shù)關系的一種電位器觸感器，也稱為函數(shù)電位器傳感器。它可以實現(xiàn)指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、三角函數(shù)及其它任意函數(shù)，因此可以滿足控制系統(tǒng)的特殊要求。常用的非線性電位器傳感器有變骨架式、變截距式和分路電阻式等。對廣大用戶而言，常用分路電阻式，因此僅討論分路電阻式非線性電位器傳感器。4.1.3 非線性電位器傳感器第14頁，共18頁，2022年，5月20日，17點36分，星期四分路電阻式非線性電位器傳感器分路電阻式非線性電位器傳感器的工作原理實際上是通過折線逼近法

9、來實現(xiàn)函數(shù)變換關系的，見圖4-6 。圖4-6 分路電阻式非線性電位器傳感器a）特性曲線 b）電路圖 第15頁，共18頁，2022年，5月20日，17點36分，星期四4.1.4 電位器式傳感器的應用1.電位器式壓力傳感器 如圖4-8所示，彈性敏感元件波紋管在被測壓力p 作用下，產(chǎn)生彈性位移，通過連桿帶動電位器的電刷在電阻絲上滑動，因而輸出一個與被測壓力成比例的電壓信號。圖4-8 電位器式壓力傳感器原理第16頁，共18頁，2022年，5月20日，17點36分，星期四2.電位器式位移測量 電位器式傳感器測量的基本參數(shù)是直線位移或轉角位移，因此，凡能轉變成位移的參數(shù)均可用電位器作為檢測元件，例如，溫度、物位、振動、位移、速度、線膨脹等。圖4-9為電位器式數(shù)字位移測量儀，其