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电位传感器的应用以及它的结构 |
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电阻式传感器是一种应用较早的电参数传感器，它的种类繁多，应用十分广泛，其基
本原理是将被测物理量的变化转换成与之有对应关系的电阻值的变化，再经过相应的测量
电路后，反映出被测量的变化。
电阻式传感器结构简单、线性和稳定性较好，与相应的测量电路可组成测力、测压、
称重、测位移、测加速度、测扭矩、测温度等检测系统，已成为生产过程检测及实现生产
自动化不可缺少的手段之一。
本章主要介绍电位器式和应变片式电阻式和压阻式传感器，分别从工作原理、特性特
点、测量电路和实际应用几个方面加以介绍。
电位器是一种常用的机电元件，广泛应用于各类电器和电子设备中。电位器式电阻传
感器可将机械的直线位移或角位移输入量转换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。
它除了用于线位移和角位移测量外，还广泛应用于测量压力、加速度、液位等物理量。
电位器式传感器结构简单，体积小，质量轻，价格低廉，性能稳定，对环境条件要求
不高，输出信号较大，一般不需放大，并易实现函数关系的转换。但电阻元件与电刷间由
于存在摩擦(磨损)及分辨率有限，故其精度一般不高，动态响应较差，主要适合于测量变
化较缓慢的量。
电位器式传感器种类较多，根据输入—输出特性的不同，电位器式电阻传感器可分为
线性电位器和非线性电位器两种；根据结构形式的不同，又可分为绕线式、薄膜式、光电
式等。
电位器式电阻传感器一般由电阻元件、骨架及电刷(滑动触点)等组成，电刷相对于电
阻元件的运动可以是直线运动、转动或螺旋运动。当被测量发生变化时，通过电刷触点在
电阻元件上产生移动，该触点与电阻元件间的电阻值就会发生变化，即可实现位移(被测量)
与电阻之间的线性转换，这就是电位器传感器的工作原理。
常用的线性直线位移式电位器传感器的原理图，其电阻元件由金属电
阻丝绕成，电阻丝截面积相等，电阻值沿长度变化均匀。设该电位器全长为x ，总电阻 max x
为R，则当电刷由 A到 B 移动后，A到电刷间的电阻值为 max
则电位器作变阻器用，其电阻值为位移x 的函数。
若作分压器用，设加在电位器A 、B 之间的电压为U ，则输出电压为
max 线性角位移式电位器传感器的原理图，若作为变阻器使用，则电阻值与
角度的关系
在自动控制系统中，有时为了满足控制过程的特殊要求，需要输入量位移和输出电压
之间呈现某种函数规律的非线性变化，此时便需要非线性电位器，它可以实现指数函数、
对数函数、三角函数及其他任意函数，常用的非线性电位器有变骨架式、变节距式、分路
电阻式和电位给定式等四种。 变骨架式非线性电位器是在保持电位器结构参数 不变时，只改变骨架宽度
或高度 来实现非线性函数关系。下面以改变 的变骨架高度式非线性线绕电位器为例来
对骨架变化规律进行分析。为变骨架式非线性电位器，在曲线上任取一小段，
则可为直线，电刷位移为dx ，对应电阻变化为dR ，因此前述的线性电位器灵敏度公式
仍然成立，即
dRx 2ρ (b + h)
= (2-10)
dx At
At ? dRx ?
求得 h = ? ? - b (2-11)
2ρ ? dx ?
与线性电位器不同，非线性电位器输出电阻(或电压)与电刷行程之间是非线性函数关
系，故其灵敏度与电刷位置有关，是变量。电阻灵敏度为
dR
kR = x (2-12)
dx
电压灵敏度为
dU
ku = x (2-13)
dx
为绕n 匝电阻丝的线性电位器的阶梯特性曲线图。由绕线电位器的结构可
知，当电刷在多匝导线上移动时，电位器的阻值和输出电压不是连续变化，而是阶跃式地
变化。电刷每移动过一匝线圈，电阻就突然增加一匝阻值，输出电压就产生一次阶跃，移
动n 匝，输出电压就产生n 次阶跃。其阶跃值为
U
ΔU = max (2-14)
n
当电刷从m - 1匝移至 m 匝时，电刷瞬间使相<IMG SRC="/WF_SQL_XSRF.html"> |
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