电位器式传感器 (1)
工业机器人内部传感器
根据码盘上透光区域与不透光区域分布的不同，光电编码器又可分为 相对式（增量式）和绝对式两种类型。
1）相对式光电编码器
测量旋转运动最常见的传感器是相对式光电编码器，其圆形码盘（见图4-9）上的 透光区与不透光区相互间隔，均匀分布在码盘边缘，分布密度决定测量的解析度。在 码盘两边分别装有光源及光敏元件。
1.2 速度传感器
1．测速发电机
测速发电机是一种模拟式速度传感器，它实际上是一台小型永磁式直流发电机，其 结构原理如图4-13所示。
图4-13 直流输出测速发电机结构原理图
当通过线圈的磁通量恒定时，位于磁场中的线圈旋转使线圈两端产生的电压 u（感应电动势） 与线圈（转子）的转速 成正比，即
u A
1）模拟方式
在模拟方式下，必须有一个频率/电压（F/V）变换器，用来将编码器测得的脉冲 频率转换成与速度成正比的模拟电压，其原理如图4-14所示。F/V变换器必须有良好 的零输入、零输出特性和较小的温度漂移才能满足测试要求。
图4-14 模拟方式的相对式光电编码器测速
2）数ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ方式
数字方式测速是利用数学方式通过计算软件计算出速度。角速度是转角对时间的一阶导数，
工业机器人基础
工业机器人内部传感器
1.1 位移传感器
1．电位器式位移传感器
电位器式位移传感器一般用于测量工业机器人的关节线位移和角位移，是 位置反馈控制中必不可少的元件，它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。
电位器式位移传感器主要由电阻元件、骨架及电刷等组成。根据滑动 触头·运动方式的不同，电位器式位移传感器分为直线型和旋转型两种。
式中，A 为常数。
各类电力传感器的类型与工作原理
各类电力传感器的类型与工作原理电力传感器是一种用于测量和监测电力系统中各种参数的设备，它们可以测量电流、电压、功率、功率因素等重要参数，为电力系统的运行和维护提供了必要的数据支持。
根据其工作原理和用途，可以将电力传感器分为多种类型，包括电流传感器、电压传感器、功率传感器、功率因素传感器等。
本文将介绍各种电力传感器的类型、工作原理以及应用领域。
一、电流传感器电流传感器是用于测量电路中电流大小的传感器，根据其工作原理和测量方式的不同，可以分为电流变压器、霍尔传感器、电阻式电流传感器等。
1. 电流变压器电流变压器是一种通过电磁感应原理来测量电路中电流大小的传感器。
它是利用电流在导体中产生的磁场来实现测量的，一般由磁芯、一次绕组和二次绕组组成。
当电路中通过电流时，一次绕组产生的磁场会感应在二次绕组上，从而实现对电流大小的测量。
电流变压器具有测量范围广、精度高、响应速度快等优点，广泛应用于电力系统中的电流测量和保护。
2. 霍尔传感器霍尔传感器是一种利用霍尔效应来测量电路中电流大小的传感器。
当电流通过导体时，导体周围会形成磁场，而霍尔传感器可以感应到这种磁场的变化，并将其转换为对电流大小的测量值。
霍尔传感器具有结构简单、使用方便等优点，适用于对电流进行非接触式测量的场合。
3. 电阻式电流传感器电阻式电流传感器是一种利用电路中电流通过电阻产生的电压来实现测量的传感器。
它通常由一根电阻和电流变换电路组成，通过测量电阻两端的电压来计算电路中的电流值。
电阻式电流传感器具有价格低、体积小、可靠性高等优点，适用于对电流进行低成本测量的场合。
二、电压传感器电压传感器是用于测量电路中电压大小的传感器，根据其测量原理和结构不同，可以分为电位器式电压传感器、电容式电压传感器、电压变压器等。
1. 电位器式电压传感器电位器式电压传感器是一种利用电位器原理来测量电路中电压大小的传感器。
它通过调节电位器的位置来改变电路中的输出电压，从而实现对电压大小的测量。
传感器与检测技术第二知识点总结
、电阻式传感器1） 电阻式传感器的 原理：将被测量转化为传感器 电阻值的变化，并加上测量电路。
2） 主要的种类：电位器式、 应变式、热电阻、热敏电阻 应变电阻式传感器1） 应变：在外部作用力下发生形变的现象。
2） 应变电阻式传感器：利用电阻应变片将应变转化为电阻值的变化a. 组成：弹性元件+电阻应变片b. 主要测量对象：力、力矩、压力、加速度、重量。
c.原理：作用力使弹性元件形变发生应变或位移应变敏感元件电阻值变化通过测量电路变成电压等 点的输出。
PL3） 电阻值：R（电阻率、长度、截面积）。
A4） 应力与应变的关系： 打二E ；（被测试件的应力=被测试件的材料弹性模量 *轴向应变）应注意的问题：a. R3=R4;b. R1与R2应有相同的温度系数、线膨胀系数、应变灵敏度、初值; c. 补偿片的材料一样，个参数相同； d.工作环境一样；、电感式传感器1） 电感式传感器的 原理：将输入物理量的变化转化为线圈 自感系数L 或互感系数 M 的变化 2） 种类：变磁阻式、变压器式、电涡流式。
3） 主要测量 物理量：位移、振动、压力、流量、比重。
变磁阻电感式传感器1） 原理：衔铁移动导致气隙变化导致电感量变化，从而得知位移量的大小方向。
点 八、、5） 应力与力和受力面积的关系:二（应力） F（力）2)自感系数公式: 2N 4((磁导率)Ao (截面积)L二2;(气隙厚度)3) 种类：变气隙厚度、变气隙面积4) 变磁阻电感式传感器的灵敏度取决于工作使得当前厚度。
5) 测量电路：交流电桥、变压器式交变电桥、谐振式测量电桥。
P566)应用：变气隙厚度电感式压力传感器(位移导致气隙变化导致自感系数变化导致电流变化)差动变压器电感式传感器 1) 原理：把非电量的变化转化为互感量的变化。
2) 种类：变隙式、变面积式、螺线管式。
3)测量电路：差动整流电路、相敏捡波电路。
电涡流电感式传感器1) 电涡流效应：块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中做切割磁感线的运动，磁通变化，产生电动 势，电动势将在导体表面形成闭合的电流回路。
传感器技术期末考试试卷
传感器技术期末考试试卷(A)一、名词解释（每题4分，共20分）1. 传感器：（传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的另一种量的测量装置）（能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成）2. 电位器式传感器：（是一种将机械位移转换成电信号的机电转换元件，，又可做分压器用的测量装置）3. 电容式传感器：（将被测量（如压力、尺寸等）的变化转换成电容量变化的一种传感器）4. 霍尔传感器：（是利用霍尔元件的霍尔效应制作的半导体磁敏传感器）5. 测量：（是将被测量与同性质的标准量通过专门的技术和设备进行比较，获得被测量对比该标准量的倍数，从而在量值上给出被测量的大小和符号）二、填空题（每空1分，共20分）1. 电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现信号测量的装置。
2.压电式传感器元件是力敏元件，它能测量最终能变换为力的那些物理量是：应力、压力、加速度等。
3.压电陶瓷是人工制造的多晶体，由无数细微的电畴组成。
4.测定温度传感器通常是用热电偶、热电阻及热敏电阻三种。
5. 电涡流式传感器是根据电涡流效应制成的。
6.在光线作用下，半导体的电导率增加的现象称为光电效应。
7.功能型光纤传感器分为：相位调制型传感器、光强调制型传感器和偏振态调制型传感器三种类型。
8.直接测量的方法通常有三种方法，即：偏差法、零位法和微差法。
9. 电位器式传感器是一种将机械位移转换成电信号的机电转换元件，又可做分压器用的测量装置三、简答题（每题10分，共30分）1. 按传感器的工作原理分类有哪些？（1）电学式传感器；（2）磁学式传感器；（3）光电式传感器；（4）电势型传感器；（5）电荷式传感器；（6）半导体传感器；（7）谐振式传感器；（8）电化学式传感器等。
2. 应变片有哪几部分组成？其核心部分是什么？电阻应变片的构造一般由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成。
传感器与检测技术试卷3及答案
《传感器与检测技术》试卷班级：学号：姓名：成绩：一、选择与填空题：（30分）1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。
2、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。
3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M的大小与原方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。
4、传感器是__________________________________，传感器通常由直接响应于被测量的______ 和产生可用信号输出的______ 以及相应的_____组成。
5、热电偶所产生的热电热是由___电热和___ 电热组成。
6、偏差式测量是指在____________________________的方法；零位测量是指_______________________________的方法；微差式测量是____________________________的方法。
二、简答题：（50分）1、简述霍尔电动热产生的原理。
（6分）2、简述热电偶的工作原理。
（6分）3、以石英晶体为例简术压电效应产生的原理。
（6分）4、简述电阻应变片式传感器的工作原理（6分）5、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？（10分）6、绘图并说明在使用传感器进行测量时，相对真值、测量值、测量误差、传感器输入、输出特性的概念以及它们之间的关系。
（10分）7、如图所示，Rt是Pt100铂电阻，分析下图所示热电阻测量温度电路的工作原理，以及三线制测量电路的温度补偿作用。
（6分）三、分析、计算题：（20分）1、分析（线性）电位器式传感器由于测量线的线路中的负载电阻RL带来的负载误差，并计算它与位移x之间的关系；（10分）2、分析如图1所示自感传感器当动铁心左右移动（x1,x2发生变化）时自感L变化情况。
《传感器与检测技术》练习题
一、填空题1、传感器的一般定义：“能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置”或“能把非电量转换成电量的器件或装置”。
2、标准误差的估算一般采用称贝塞尔公式，此公式为：。
3、根据测量误差的性质及产生的原因，可分为三类：系统误差、随机误差与粗大误差。
4、传感器（变送器）输出的标准信号，即国际电工委员会确定为过程控制系统电模拟信号的统一标准是：4-20mADC 的直流电流信号和 1~5VDC 的直流电压信号。
5、对某一量进行一系列等精度测量，一般以全部测得值的算术平均值作为最后测量结果。
算术平均值的计算公式为：6、随机误差分布的特点是：（1）对称性、（2）抵偿性、（3）单峰性、（4）有界性。
7、修正值与误差值大小相等符号相反。
8、测量误差有以下三的表示方法：绝对误差、相对误差和引用误差。
9、在测量中作为测量对象的特定量，也就是需要确定量值的量，称为被测量。
10、从技术的层面看，检测技术研究的主要内容是测量原理、测量方法、测量系统和数据处理四个方面。
11、在电阻应变片的桥式测量电路中，全桥电路的灵敏度是单臂电桥电路的 4 倍12、半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象称为压阻效应。
13、电感式传感器可分为：自感式传感器、互感式传感器和电涡流式传感器三类14、单一式变气隙型自感式传感器的输入——输出特性可表示为： P54 。
15、差动式变气隙型自感式传感器的输入——输出特性可表示为： P55 。
16、电容式传感器的等效电路如图：其中R P为并联损耗电阻，R S为引线电阻，L为电容器本身的电感与外部引线电感。
17、自感式传感器的等效电路如图：其中R S为总的等效损耗电阻，C为电容，L为自感线圈自身的纯电感。
18、如图能产生压电效应的石英晶体切片，纵向轴z称为光轴，垂直于光轴的x轴称为电轴，与z轴和x轴同时垂直的y轴称为机械轴。
19、能产生压电效应的石英晶体切片沿X轴方向施加作用力，晶体表面产生电荷，这种压电效应称为纵向压电效应。
第9章 电位器式传感器
第9章 电位器式传感器
第9章 电位器式传感器
U xf
Umax
Rf Rmax
Rx R f RxRmax
Rx2
相对输出电压为
Y
Uxf Umax
Rf Rmax
Rx R f RxRmax
Rx2
（很复杂） (9.22)
电阻相对变化
X Rx Rmax
(9.23)
对于线性电位器电阻相对变化就是电阻相对行程，即
阶梯误差和分辨率的大小都是由线绕电位器本身 工作原理所决定的,是一种原理性误差,它决定了电位器 可能达到的最高精度。在实际设计中,为改善阶梯误差 和分辨率,需增加匝数,即减小导线直径（小型电位器通 常选0.5mm或更细的导线）或增加骨架长度（如采用 多圈螺旋电位器)。
第9章 电位器式传感器
9.2 非线性电位器
h)
2
I
A
(b dU
h
dx
dx
(9.18)
第9章 电位器式传感器
图9.9 变节距式非线性电位器
第9章 电位器式传感器
2. 阶梯误差和分辨率
由图9.9可见,变节距式电位器的骨架截面积不变,因而可近似地认 为每匝电阻值相等,即可以认为阶跃值相等。
故阶梯误差计算公式和线性线绕电位器阶梯误差的计算公式完全
相同,见(9.12)式。
j
( 1 Umax 2n U max
)
1 2n
100%
但行程分辨率不一样,这是由于分辨率取决于绕距,而变绕距电位器
绕距是变化的,其最大绕距tmax发生在特性斜率最低处,故行程分辨率公 式与线性线绕电位器不同,不能直接用匝数n表示,而应为
eby
tmax xmax
100%
第四章 位移传感器
第一节 电容式传感器 （capacitive sensors) 特点：结构简单、灵敏度高、动态响应好、可实现非接触 测量、具有平均效应，能在高温、辐射等恶劣条件工作。 应用：可用来检测位移 、压力等参量。 一、工作原理 从结构上来分有：平板式、园柱式电容器。以平板式电容 器为例：平板电容器的容量
C r 0
螺管式 L=KX 几十毫米 线性灵敏度小
二、互感式传感器(差动变压器) （LVDT） 1.原理： 衔铁位移x变化=>互感（M1，M2）变化,如图所示。
I 1 + U 1 L1
x
R1
M1 L21 + U - 21 + U o L22 M2 + U 22 -
说明： （1）与变压器的区别：变压器：闭合磁路，M 为常数； M f ( x) 。 差动变压器：开磁路， （2）输出端采用“反向串联”：其输出为电压，和差动电 桥方式相比，后者灵敏度低一倍： 反向串联与交流电桥的比较如图所示。
（2）相敏检波电路 交流电桥输出的相量可反映被测量的大小和方向，但用一般 的指示仪表却丢失了方向信号。 当衔铁居中时，Z1=Z2。当Z1↑，Z2↓时：
正半周 Ua正，Ub负 VD1、VD4导通 Ua负，Ub正 VD2、VD3导通
AECB支路： Uc↓ AFDB支路： Ud↑ BCFA支路： ↓ BDEA支路： ↑
E Z1 A +
Z2 U
u0 负 u0
u0 负
负半周
负
同理，当Z1↓，Z2↑时， UO 为正。故UO不仅反映线 圈阻抗变化大小，还能反映 变化方向。
VD1 VD2
C Z3 + B U o Z4 D -
A VD3 F VD4
电位器式传感器
15
图2-6 变骨架式电位器
16
电位器的结构与材料
由于测量领域的不同，电位器结构及材料选择有所不同。 但是其基本结构是相近的。电位器通常都是由骨架、电阻元件 及活动电刷组成。常用的线绕式电位器的电阻元件由金属电阻 丝绕成。 1、电阻丝：
(3-31)
(3-32)
9
图3-38 线性线绕电位器示意图
10
•
式中 ,kR 、 ku 分别为电阻灵敏度、 电压灵敏度 ;ρ 为导线电阻率 ;A 为导线横 截面积;n为线绕电位器绕电位 器的电阻灵敏度和电压灵敏度除与电阻 率 ρ 有关外 , 还与骨架尺寸 h 和 b 、导线横 截面积 A( 导线直径 d ）、绕线节距 t 等结 构参数有关;电压灵敏度还与通过电位器 的电流I的大小有关。
x xmax
Rx
Rmax
(3-27)
5
图3-36 电位器式位移传感器原理图
6
•
若把它作为分压器使用 ,且假定加在电位器 A、B之间的电压为Umax,则输出电压为
Ux
x xmax
U max
(3-28)
图3-37所示为电位器式角度传感器。作变阻器使用,
则电阻与角度的关系为
Ra
作为分压器使用,则有
a amax
x xmax
Rmax
(3-29)
Ua
U max
(3-30)
7
图3-37 电位器式角度传感器
8
•
线性线绕电位器理想的输出、输入关系遵 循上述四个公式。因此对如图3-38 所示的位移 传感器来说,因为
Rmax xmax
任务5-电位器式位移传感器
（2）线绕电位器式角位移传感器。线绕电位器的 电阻体由电阻丝缠绕在绝缘物上构成，电阻丝的种类 很多，电阻丝的材料是根据电位器的结构、容纳电阻 丝的空间、电阻值和温度系数来选择的。电阻丝越细， 在给定空间内越获得较大的电阻值和分辨率。但电阻 丝太细，在使用过程中容易断开，影响传感器的寿命。
科学出版社
（6）光电电位器式传感器。光电电位器是一种非接 触式电位器，它用光束代替电刷，图16是这种电位器的 结构原理图。光电电位器主要是由电阻体、光电导层和 导电电极组成。光电电位器的制作过程是先在基体上沉 积一层硫化镉或硒化镉的光电导层，然后在光电导层上 再沉积一条电阻体和一条导电电极。在电阻体和导电电 极之间留有一个窄的间隙。平时无光照时，电阻体和导 电电极之间由于光电导层电阻很大而呈现绝缘状态。当 光束照射在电阻体和导电电极的间隙上时，由于光电导 层被照射部位的亮电阻很小，使电阻体被照射部位和导 电电极导通，于是光电电位器的输出端就有电压输出， 输出电压的大小与光束位移照射到的位置有关，从而实 现了将光束位移转换为电压信号输出。
（4）金属膜电位器。金属膜电位器由合金、金属或 金属氧化物等材料通过真空溅射或电镀方法，沉积在陶 瓷基体上一层薄膜制成。金属膜电位器具有无限的分辨 率，接触电阻很小，耐热性好，它的满负荷温度可达70 ℃。与线绕电位器相比，它的分布电容和分布电感很小， 所以特别适合在高频条件下使用。它的噪声信号仅高于 线绕电位器。金属膜电位器的缺点是耐磨性较差，阻值 范围窄，一般在10-100 kΩ之间。由于这些缺点限制了它 的使用。
角位移传感器的性能指标主要有灵敏度、线性度、 稳定性等，下面分别进行讨论：
科学出版社
max
（1）传感器输出线性度
它是指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线
电位器式传感器
x后，A点到电刷间的阻值为：
x Rx xmax Rmax
(2-1)
若把它当作分压器使用，假定加在电位器A、B之间的电压为
Umax，则空载输出电压为：
x U x xmax U max
(2-2)
图2.2所示为电位器式角度传感器。其中 1为电阻丝；2为滑臂；3为骨架。作变阻 器使用时，电阻Rα与角度α的关系为：
2(b h)
At
KU
U max xmax
I
2(b h)
At
(2.5) (2.6)
式中，KR、KU分别为电阻灵敏度、电压灵敏度；ρ为导线 电阻率；A为导线横截面积；n为线绕电位器绕线总匝数。
由此看出：线性线绕电位器的电阻灵敏度和电压灵敏 度除与电阻率ρ有关外，还与骨架尺寸h和b、导线横截面 积A（导线直径d）、绕线节距t等结构参数有关；电压灵 敏度还与通过电位器的电流I的大小有关。
总阻值的变化就使得在每个电压阶跃中还产生一小阶跃。
这个小电压阶跃亦即次要分辨脉冲为
11
Un
Umax
(
n
1
) n
j
(2-8)
式中：U max
n
j 为电刷短接第
1
j
和
j+1
匝时的输出电压；
U max
j n
为电刷仅接触第 j 匝时的输出电压。
因此，在大的阶跃中还有小的阶跃。这种小的阶跃应
有(n-2)次，这是因为在绕线始端和终端的两次短路中，将
传感器技术及应用
电位器式传感器
电位器作为传感器，可将机械位移或其他能转换为位 移的非电量转换为与其有一定函数关系的电阻值的变化。 常用来测量位移、压力、加速度等物理量。由于结构简单、 尺寸小、重量轻、价格便宜、精度较高、性能稳定、输出 信号大、受环境（如温度、湿度、电磁场干扰等）影响较 小，且可实现线性的或任意函数的变换，因而在自动检测 和自动控制中有着广泛的用途。
传感器论文
第2章电阻式传感器电阻式传感器的基本原理是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路和装置显示或记录被测量值的变化。
按其工作原理可分为电位器式、应变式和固态压阻式传感器三种。
2.1电位器式传感器电位器是一种人们熟知的机电元件，广泛用于各种电气和电子设备中。
在仪表与传感器中，它主要是作为一种把机械位移输入转换为与它成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件来使用的。
利用电位器作为传感元件可制成各种电位器式传感器，用以测定线位移或角位移，以及一切可能转换为位移的其他被测物理量参数，如压力、加速度等。
此外，在伺服式仪表中，它还可用作反馈元件及解算元件，制成各种伺服式仪表。
电位器的优点是结构简单、尺寸小、重量轻、输出特性精度高(可达0.1%或更高)且稳定性好，可以实现线性及任意函数特性；受环境因素(温度、湿度、电磁干涉、放射性)影响较小；输出信号较大，一般不需放大。
因此，它是最早获得工业应用的传感器之一。
伹它也存在一些缺点，主要是存在摩擦和磨损。
由于有摩擦，因而要求敏感元件有较大的输出功率，否则会降低传感器的精度，又由于有滑动触点及磨损，则使电位器的可靠性和寿命受到影响。
另外线绕电位器分辨力较低也是一个主要缺点。
目前电位器围绕着减小或消除摩擦、提高使用寿命和可靠性、提高精度和分辨力等而不断得到发展。
目前电位器虽然在不少应用场合已被更可靠的无接触式的传感元件所代替，但其某些独特的性能仍然不能被完全取代，在同类传感元件中仍然占有一定的地位。
电位器的种类极其繁多。
按其结构形式不同，可分为绕线式、薄膜式、光电式、磁敏式等。
在绕线电位器中，又可分为单圈式和多圈式两种。
按其特性曲线不同，还可分为线性电位器和非线性(函数)电位器两种。
如图2-1所示为常用电位器式传感器。
图2-1 电位器传感器2.1.1线性电位器1. 电位器的理想特性、灵敏度图 2-2所示为电位器式位移传感器原理图。
如果把它作为变阻器使用，且假定全长为max x 的电位器其总电阻为max R ，电阻沿长度的分布是均匀的，则当滑臂由A 向B 移动x 后，A 到滑臂间的阻值为max max x xR R x =若把它作为分压器使用，且假定加在电位器A 、B 之间的电压为max U ，则输出电压为max max x xU U x =图2-3所示为电位器式角度传感器。
传感器第4次课--能量控制型传感器
应变片单臂电桥测量电路
KU
Uo R4
E
(1
n n)
2
R1
R2 化简公式 R4
E
V
R4 R3
根据P27的推算得到电桥电压灵敏度(输出电压与电阻变化率的比)KU的公 式,公式表明:KU与桥臂比n有关,与E成正比 当n=1（R1=R3）时,KU=E/4,比如E=4V时,应变片每变化1%,电压变化
温度稳定性差：可以从两方面理解 1.半导体器件的温度一般不能超过焊接温度很多 2.之前讲过的二极管正向电压随温度变化，LM35 温度集成电路，以及后续半导体热敏电阻
问题：下表中，哪几个型号是半导 体应变片，依据是什么?
应变片的主要参数
1）几何参数：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用 b×L表示。 2）电阻值：应变计的原始电阻值
半导体应变片是直接用单晶锗或单 晶硅等半导体材料进行切割、研磨、切 条、焊引线、粘贴一系列工艺制作过程 完成的。
半导体式电阻应变片 • 优点：灵敏度大（比金属式大100倍）;体积小; • 缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。
灵敏度大：从半导体三极管的放大作用理解半导 体的电阻很容易发生很大的变化
• 一、变隙式 • 结构：如图所示，由线圈、铁芯、衔铁等组成。
3.电感式传感器
变隙式传感器
工作原理：传感器工 作时，衔铁与被测体 连接。当被测体产生 ±δ 的 位 移 时 ， 衔 铁 与其同步移动，引起 磁路中气隙的磁阻发 生相应的变化。从而 导致线圈电感的变化。 只要测出这种电感量 的变化，就能确定衔 铁（被测体）位移量 的大小和方向。
电位器式传感器名词解释(一)
电位器式传感器名词解释(一)电位器式传感器1. 什么是电位器式传感器电位器式传感器是一种基于电位器原理的传感器，通过测量电阻器的阻值变化来实现对外界环境的感知和测量。
其工作原理是通过改变电位器的滑动位置或长度，从而改变电阻值，进而反映出被测量物理量的变化。
2. 常见的电位器式传感器类型•线性电位器式传感器：线性电位器式传感器是一种能够产生连续线性变化输出的传感器。
常见的应用包括机械位移测量、角度测量等。
例如，大多数旋钮都采用线性电位器式传感器来实现对音量、亮度等的控制。
•旋转电位器式传感器：旋转电位器式传感器是一种能够通过旋转动作改变电位器滑动位置或长度的传感器。
常见的应用包括电子设备中的旋钮、电流调节器等。
例如，电子琴的音量调节旋钮就是一种旋转电位器式传感器。
•位移电位器式传感器：位移电位器式传感器是一种能够通过测量物体位移或位置变化来改变电位器滑动位置或长度的传感器。
常见的应用包括汽车的油门位置传感器、工业机械的位置控制等。
例如，汽车上的油门踏板会通过位移电位器式传感器来将踏板位置转换为汽车的加速度。
3. 电位器式传感器的优势和局限性•优势：–简单可靠：电位器式传感器结构简单，工作原理清晰，可靠性高。
–高精度：电位器式传感器可以实现较高的测量精度。
–低成本：与其他类型的传感器相比，电位器式传感器具有较低的成本。
•局限性：–有限的寿命：电位器式传感器因为滑动摩擦等原因，会存在一定的寿命限制。
–分辨率有限：电位器式传感器的分辨率相对于其他类型的传感器可能较低。
–受环境干扰：电位器式传感器容易受到环境因素的影响，例如温度、湿度等。
4. 总结电位器式传感器是一种基于电位器原理的传感器，常见的类型包括线性电位器式传感器、旋转电位器式传感器和位移电位器式传感器。
它具有简单可靠、高精度和低成本的优势，但也存在寿命有限、分辨率有限和受环境干扰等局限性。
在不同的应用场景下，可以根据需求选择适合的电位器式传感器类型。
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压Umax之比的百分数,对理想阶梯特性的线绕电位器,电压
分辨率为
U max 1 n eba 100% U max n
(2.10)
除了电压分辨率外,还有行程分辨率,其定义为:在电 刷行程内,能使电位器产生一个可测出变化的电刷最小
行程与整个行程之比的百分数,即
xmax 1 n eby 100% xmax n
(2.12)
图2.5
理想阶梯特性曲线
阶梯误差和分辨率的大小都是由线绕电位器本身 工作原理所决定的,是一种原理性误差,它决定了电位器
可能达到的最高精度。在实际设计中,为改善阶梯误差
和分辨率,需增加匝数,即减小导线直径（小型电位器通 常选 0.5mm 或更细的导线）或增加骨架长度（如采用
多圈螺旋电位器)。
当Δx→0时,则有 dR 2(b h ) dx At dU 2(b h ) I dx At
(2.13) (2.14)
由上述两个公式可求出骨架高度的变化规律为
At dR h b 2 dx 1 At dR h b I 2 dx
(2.15) (2.16)
2. 阶梯误差与分辨率 变骨架高度式电位器的绕线节距是不变的 , 因此其
电阻式传感器
电阻式传感器的种类繁多，应用广泛，其基本原理是将被测物理量 的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路而最后显示被测 量值的变化。 电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、 测加速度、测扭矩、测温度等测试系统。目前已成为生产过程检测 以及实现生产自动化不可缺少的手段之一。
实际上,当电刷从j匝移到(j+1)匝的过程中,必定会使 这两匝短路,于是电位器的总匝数从n 匝减小到（ n-1 ）
匝,这样总阻值的变化就使得在每个电压阶跃中还产生
一个小阶跃。这个小电压阶跃亦即次要分辨脉冲为
1 1 U a U max ( )j n 1 n
(2.8)
(2.9)
U Um Un
(2.17)
3.结构特点 变骨架式非线性电位器理论上可以实现所要求的许 多种函数特性,但由于结构和工艺上的原因, 对于所实现 的特性有一定的限制,为保证强度,骨架的最小高度 hmin>3 ～4mm, 不能太小。特性曲线斜率也不能过大 , 否 则骨架高度很大或骨架坡度太高 , 骨架型面坡度 α 应小于 20°～30°。坡度角太大,绕制时容易产生倾斜和打滑,从 而产生误差 , 如图 2.7(a) 所示 , 这就要求特性曲线斜率变化 不能太激烈 , 为减小坡度可采用对称骨架 , 如图 2.7(b) 所示。 为减小具有连续变化特性的骨架的制造和绕制困难 , 也可对特性曲线采用折线逼近,从而将骨架设计成阶梯形 的,如图2.8所示。
绕电位器的相同。其阶梯误差和电压分辨率均发生在
特性曲线最大斜率段上
U ( ) t 1 x max j 100% 2 U max U ( ) t 1 x max ebd 100% 2 U max
(2.20)
(2.21)
3.结构与特点 分路电阻式非线性电位器原理上存在折线近似曲
变化,因而输出电压也不改变,在输出特性曲线上对应地出
现平直段;当电刷离开这一匝而与下一匝接触时,电阻突然 增加一匝阻值,因此特性曲线相应出现阶跃段。这样,电刷 每移过一匝,输出电压便阶跃一次,共产生n个电压阶梯,其 阶跃值亦即名义分辨率为
U max U n
(2.7)
图2.4 局部剖面和阶梯特性
2 (b h ) 2 I (b h t dR dU A A dx dx
(2.18)
图2.9 变节距式非线性电位器
2. 阶梯误差和分辨率 由图 2.2 可见 , 变节距式电位器的骨架截面积不变 ,
因而可近似地认为每匝电阻值相等 ,即可以认为阶跃值
相等。故阶梯误差计算公式和线性线绕电位器阶梯误 差的计算公式完全相同,见(2.12)式。但行程分辨率不一
作为分压器使用,则有
a amax
x xmax
Rmax
(2.3)
Ua
U max
(2.4)
图2.2 电位器式角度传感器原理图
线性线绕电位器理想的输出、输入关系遵循上述 四个公式。因此对如图2.3所示的位移传感器来说,因为
Rmax xmax
其灵敏度应为
A nt
2(b h )n
Rmax 2(b h ) SR xmax At U max 2(b h ) SU I xmax At
(2.6)
图2.3 线性线绕电位器示意图
图2.3 线性线绕电位器示意图
式中 ,SR 、 SU 分别为电阻灵敏度、电压灵敏度 ;ρ 为 导线电阻率 ;A 为导线横截面积 ;n 为线绕电位器绕线总
匝数。
由 (2.5) 、 (2.6) 式可以看出 , 线性线绕电位器的电阻 灵敏度和电压灵敏度除与电阻率ρ有关外,还与骨架尺寸
线所带来的误差,但加工、绕制方便,对特性曲线没有很
多限制,使用灵活,通过改变并联电阻,可以得到各种特性 曲线。
2.3 负载特性与负载误差
上面讨论的电位器空载特性相当于负载开路或为无 穷大时的情况,而一般情况下,电位器接有负载,接入负载 时,由于负载电阻和电位器的比值为有限值,此时所得的 特性为负载特性 ,负载特性偏离理想空载特性的偏差称 为电位器的负载误差 ,对于线性电位器负载误差即是其 非线性误差。带负载的电位器的电路如图2.11所示。电 位器的负载电阻为Rf,则此电位器的输出电压为
图2.7 对称骨架式
（a)骨架坡度太高;（b)对称骨架减少坡度
图2.8 阶梯骨架式非线性电位器
2.2.2 变节距式非线性线绕电位器 变节距式非线性线绕电位器也称为分段绕制的非
线性线绕电位器。
1.节距变化规律 变节距式电位器是在保持ρ、A、b、h不变的条件 下 , 用改变节距 t 的方法来实现所要求的非线性特性 , 如 图 2.9 所示。由（ 2.13 ）、（ 2.14 ）式 , 可导出节距的基 本表达式为
第2章 电位器式传感器
2.1 线性电位器
2.2 非线性电位器
2.3 负载特性与负载误差
2.4 电位器式传感器的应用
2.1 线性电位器
2.1.1 空载特性 线性电位器的理想空载特性曲线应具有严格的线
性关系。图2.1所示为电位器式位移传感器原理图。如
果把它作为变阻器使用 , 假定全长为 xmax 的电位器其总 电阻为 Rmax, 电阻沿长度的分布是均匀的 ,则当滑臂由 A
图2.10分路电阻式非线性电位器
（a）分路电阻式非线性电位器;（b）输出特性
图 2.10(b) 中，曲线 1 为电阻输出特性，曲线 2 为电 压输出特性，曲线3为要求的特性。
各段并联电阻的大小,可由下式求出:
r1 // R1 R1 r2 // R2 R2 R3 r3 // R3
2.2 非线性电位器
2.2.1 变骨架式非线性电位器 变骨架式电位器是利用改变骨架高度或宽度的方 法来实现非线性函数特性。图2.6所示为一种变骨架高 度式非线性电位器。
图2.6 变骨架高度式线性电位器
1.骨架变化的规律 变骨架式非线性电位器是在保持电位器结构参数 ρ、
A、t不变时,只改变骨架宽度b或高度h来实现非线性函
向B移动x后,A点到电刷间的阻值为
Rx
x xmax
Rmax
(2.1)
图2.1 电位器式位移传感器原理图
若把它作为分压器使用,且假定加在电位器A、B之 间的电压为Umax,则输出电压为
Ux
x xmax
U max
(2.2)
图2.2所示为电位器式角度传感器。作变阻器使用,
则电阻与角度的关系为
Ra
行程分辨率与线性电位器计算式相同,则有
eby
t xmax
xmax 1 n 100% xmax n
但由于骨架高度是变化的 , 因而阶梯特性的阶梯也 是变化的, 最大阶梯值发生在特性曲线斜率最大处 ,故阶 梯误差为
dU ( ) t 1 dx max j 100% 2 U max
tmax tmin
其中可取
dU ( ) max dx 3 dU ( ) min dx
tmin d (0.03 ~ 0.04)mm
2.2.3 分路（并联）电阻式非线性电位器 1．工作原理
对于图 2.8所示的阶梯骨架式电位器通过折线逼近
法实现的函数关系,采用分路电阻非线性电位器也可以 实现 , 如图 2.10 所示。这种方法是在同样长度的线性电 位器全行程上分若干段,引出一些抽头,通过对每一段并 联适当阻值的电阻,使得各段的斜率达到所需的大小。 在每一段内,电压输出是线性的,而电阻输出是非线性的。
(2.19)
若仅知要求的各段电压变化 ΔU1 、ΔU2 和 ΔU3, 那么 根据允许通过的电流确定ΔR1、ΔR2 和ΔR3,或让最大斜
率段电阻为ΔR3（无并联电阻时）压降为ΔU3,则
求出I后,则
U 3 I R3
U 2 R2 I U1 R1 I
2. 误差分析 分路电阻式非线性电位器的行程分辨率与线性线
图2.11 带负载的电位器电路
U xf U max
相对输出电压为
Rx R f
2 R f Rmax Rx Rmax Rx
Yx Rx Rmax R
Rx X Rmax
h 和 b 、导线横截面积 A( 导线直径 d ）、绕线节距 t 等结
构参数有关;电压灵敏度还与通过电位器的电流I的大小 有关。
2.1.2 阶梯特性、阶梯误差和分辨率 图2.4所示为绕n匝电阻丝的线性电位器的局部剖面和
阶梯特性曲线图。电刷在电位器的线圈上移动时,线圈一
圈一圈的变化,因此,电位器阻值随电刷移动不是连续地改 变,导线与一匝接触的过程中,虽有微小位移,但电阻值并无