电位器式传感器
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。
位移传感器的工作原理都有哪些
电位器式位移传感器，位移传感器它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。
普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。
但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。
电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。
下面笔者来跟大家讲一下位移传感器的工作原理都有哪些由于作为确定位置的活动磁环和敏感元件并无直接接触，位移传感器因此传感器可应用在极恶劣的工业环境中，不易受油渍、溶液、尘埃或其它污染的影响，IP防护等级在IP67以上。
此外，传感器采用了高科技材料和先进的电子处理技术，因而它能应用在高温、高压和高振荡的环境中。
传感器输出信号为绝对位移值，即使电源中断、重接，数据也不会丢失，更无须重新归零。
由于敏感元件是非接触的，就算不断重复检测，也不会对传感器造成任何磨损，可以大大地提高检测的可靠性和使用寿命。
磁致伸缩位移传感器，是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。
测量元件是一根波导管，波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。
测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲，该电流脉冲在波导管内传输，从而在波导管外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输，并很快被电子室所检测到。
磁致伸缩位移传感器是根据磁致伸缩原理制造的高精度、长行程绝对位置测量的位移传感器。
它采用非接触的测量方式，由于测量用的活动磁环和传感器自身并无直接接触，不至于被摩擦、磨损，因而其使用寿命长、环境适应能力强，可靠性高，安全性好，便于系统自动化工作，即使在恶劣的工业环境下，也能正常工作。
此外，它还能承受高温、高压和强振动，现已被广泛应用于机械位移的测量、控制中。
杭州奥仕通自动化系统有限公司成立于2011年，是一家专业提供塑料机械行业自动化系统解决方案的高科技技术企业。
关于美国MTS位移传感器工作原理及产品的6特点
关于美国MTS位移传感器工作原理及产品的6特点美国MTS位移传感器又称为线性传感器，把位移转换为电量的传感器。
位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。
美国MTS位移传感器工作原理1、电位器式位移传感器原理电位器式位移传感器，它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。
普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。
但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。
电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。
物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。
阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。
通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出。
线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化，其输出特性亦呈阶梯形。
如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反馈元件，则过大的阶跃电压会引起系统振荡。
因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。
电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损。
它的优点是：结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉。
2、磁致伸缩位移传感器原理它主要是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。
由于在之前的文章中，皮卡中国小编已经为大家介绍了磁致伸缩位移传感器原理，在这里就不做赘述了。
常见MTS位移传感器特点1、绕位移传感器它是将康铜丝或镍铬合金丝作为电阻体，并把它绕在绝缘骨架上制成。
绕线电位器特点是接触电阻小，精度高，温度系数小，其缺点是分辨力差，阻值偏低，高频特性差。
主要用作分压器、变阻器、仪器中调零和工作点等。
2、导电塑料位移传感器用特殊工艺将DAP（邻苯二甲酸二稀丙脂）电阻浆料覆在绝缘机体上，加热聚合成电阻膜，或将DAP电阻粉热塑压在绝缘基体的凹槽内形成的实心体作为电阻体。
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。
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。
3 第四章 ：阻抗型传感器
图４－3-1 单一式自感传感器 1－线圈，2－铁心，3－衔铁
N 2 0 A N 2 0 A L0 L 2( 0 ) 2 (1 ) 1 0
0
0
图４－3－2 差动式自感传感器 (a)变隙型；(b)变截面型；(c)螺管型
L2 L1 L1 L2 0
L2 L1 a L1 L2 a0
rc 2 x ( r 1)( ) L2 L1 r l x L1 L2 1 ( 1)( rc ) 2 x0 x0 r r l
C1 C2 C1 C2 0
C AC0 CBC0
l r C0 0 Rr
图４－2－4 线位移式变介质型差动结构
C1 C2 1 r 2l C1 C2 1 r l
4.2.3 等效电路分析
图 4－2－5 电容传感器的等效电路
C C (1 2 LC ) Ce C
NTC型热敏电阻输入输出特性
R R0e
1 1 B( ) T T0
4.1.4 气 敏 电 阻
图4－1－11
半导体气敏电阻元件的结构
(a)烧结型元件；(b)薄膜型元件；(c)厚膜元件
图４－１－12 N型半导体气敏电阻的阻值变化
4.1.5 湿 敏 电 阻
图４－１－13
烧结型湿敏电阻结构
4.1.6 电阻传感器接口电路
第四章 阻抗型传感器
4.1 电阻式传感器
4.1.1 电位器式传感器
图 4－1－1 电位器式传感器工作原理
R R
x
AB
RAC f (x)
U U
x
AC
U
R
AB
U f ( x) f ( x) R
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。
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
电位计式传感器
可靠性
电位计式传感器结构简单，工作可靠，使用寿命长。
传感器采用电刷接触方式，具有较低的摩擦和磨损，能够保证长期稳定的性能表 现。
04 应用领域
CHAPTER
工业自动化
工业自动化是电位计式传感器的主要应用领域之一。在生 产线上的位置控制、角度测量、速度检测等环节，电位计 式传感器发挥着重要作用。
测量轴
连接电刷和被测对象，将电位计的 电阻值变化转换为测量轴的位移。
测量电路
01
02
03
电源
为电位计式传感器提供工 作电压。
信号处理电路
将电位计电阻的变化转换 为可测量的电压或电流信 号，并进行必要的信号处 理。
放大器
对信号处理电路输出的信 号进行放大，提高信号的 信噪比。
输出接口
模拟输出
将传感器输出的模拟信号 传输到后续处理设备或控 制系统。
分辨率与精度
电位计式传感器的分辨率是指能够检 测到的最小输入量变化，精度则是指 测量结果的准确性。
高分辨率和精度的电位计式传感器能 够提供更精确的测量结果。
温度稳定性
电位计式传感器的输出受温度影响较小，具有良好的温度稳 定性。
在不同温度环境下，传感器能够保持稳定的性能表现，确保 测量结果的可靠性。
电位计式传感器易受到电磁干 扰的影响，在强磁场环境下工
作可能会影响测量精度。
06 发展趋势与未来展望
CHAPTER
技术创新与改进
微型化
随着微电子和纳米技术的发展， 电位计式传感器正朝着更小尺寸、 更高精度的方向发展，以满足现 代设备对紧凑型传感器的需求。
智能化
集成化与智能化是电位计式传感 器的重要发展方向，通过与微处 理器、人工智能等技术的结合， 实现传感器自适应、自校准、自
绕线式电位器位移传感器的工作原理
绕线式电位器位移传感器的工作原理绕线式电位器位移传感器是一种常见的位移传感器，其工作原理基于电位器的原理。
电位器是一种电阻器，由两个电极和一个可调节的滑动电阻组成。
当滑动电阻沿着电极移动时，电阻值会发生变化。
绕线式电位器位移传感器利用这一原理，将滑动电阻替换为绕线电阻，从而实现对位移的测量。
绕线式电位器位移传感器通常由两个部分组成：固定电阻和滑动电阻。
固定电阻是由一根绕有导电线的细长电阻体组成，通常被固定在测量对象的固定部分上。
滑动电阻则是由一根绕有导电线的细长电阻体和一个滑动触头组成，通常被安装在测量对象的移动部分上。
当测量对象发生位移时，滑动触头会沿着绕有导电线的细长电阻体移动，从而改变电阻值。
绕线式电位器位移传感器的测量精度取决于绕线电阻的精度和滑动触头的精度。
通常情况下，绕线电阻的精度可以达到0.1%左右，而滑动触头的精度则取决于其制造工艺和材料。
为了提高测量精度，一些绕线式电位器位移传感器还采用了数字信号处理技术，通过对电阻值进行数字化处理，从而实现更高的测量精度和稳定性。
绕线式电位器位移传感器具有测量范围广、测量精度高、响应速度快等优点，广泛应用于机械制造、航空航天、汽车工业等领域。
例如，在机械制造领域，绕线式电位器位移传感器可以用于测量机床的刀具位置、工件位置等；在航空航天领域，绕线式电位器位移传感器可以用于测量飞机的襟翼、方向舵等部件的位移；在汽车工业领域，绕线式电位器位移传感器可以用于测量汽车的悬挂系统、转向系统等部件的位移。
总之，绕线式电位器位移传感器是一种常见的位移传感器，其工作原理基于电位器的原理，通过测量绕线电阻的电阻值变化来实现对位移的测量。
该传感器具有测量范围广、测量精度高、响应速度快等优点，广泛应用于机械制造、航空航天、汽车工业等领域。
《传感器技术及应用》-项目六-位移检测分解
任务三 使用光栅传感器测量位移
一、了解光栅位移传感器的结构和类型
透射式光栅是在光学玻璃基体上刻有均匀地刻画间距、宽度相等的条纹，形成断续的透光区和不透光区。反射式光栅一般用不锈钢做基体，用化学的方法制作出黑白相间的条纹，形成强光反光区和不反光区。长光栅用于长度测量，圆光栅用于角度测量。上图所示为测量位移的长光栅结构。
任务二 利用差动变压器式传感器检测位移
二、差动变压器式传感器的应用
2. 振动和加速度的测量
测量时，将悬臂梁底座及差动变压器的线圈骨架固定，将可动铁心的A端与被测振动物体相连接，此时传感器作为振动（加速度）测量中的惯性元件，它的位移与被测加速度成正比，使加速度测量转变为位移的测量。当被测物体带动可动铁心以Δx（t）振动时，其位移大小反映了振动的幅度和频率以及加速度的大小，其输出电压也按相同的规律变化。
电位器式位移传感器通过电位器将机械位移转换成与之成线性关系的电阻或电压输出。因此电位器式位移传感器可用于测量机械位移，也可以测量能转换为位移的其他物理量。
电位器式传感器测量转换电路原理
任务一 使用电位器式传感器测量位移
二、电位器式传感器的种类
1. 线绕电位器传感器
电位器式传感器分线性和非线性两大类。
任务三 使用光栅传感器测量位移
实践操作
光栅位移传感器的安装与维护
光栅位移传感器常见故障现象及判断方法
1、检查电源线是否断线，插头接触是否良好 2、数显表电源熔丝是否熔断 3、供电电压是否符合要求
1、将传感器插头换至另一台数显表上，若传感器能正常工作，说明原数显表有问题 2、检查传感器电缆有无断线、破损
常用电位器式传感器有：直线位移型、角位移型、非线性型。
任务一 使用电位器式传感器测量位移
传感器技术第9章电位器式传感器
x Rx xmax Rmax
(9.1)
第9章 电位器式传感器
图9.1 电位器式位移传感器原理图
第9章 电位器式传感器
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
Umax
(9.2)
图9.2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
U U max
(9.7)
n
第9章 电位器式传感器
图9.4 局部剖面和阶梯特性
第9章 电位器式传感器
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
Ra
a amax
Rmax
作为分压器使用,则有
Ua
x xmax
Umax
(9.3) (9.4)
第9章 电位器式传感器
图9.2 电位器式角度传感器原理图
第9章 电位器式传感器
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9.3所示的位移传感器来说,因为
Rmax
A
2(b
h)n
xmax nt
X Rx x Rmax xmax
第9章 电位器式传感器
电位器的负载系数为
m R max Rf
在未接入负载时,电位器的输出电压Ux为
Ux XUmax
接入负载Rf后的输出电压Uxf为
Uxf Umax1mXX(1X)
电位器在接入负载电阻Rf后的负载误差为
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
t
2(b h)
A dR
2I (b
A dU
h
dx
dx
(2.18)
第2章 电位器式传感器
)min
3
其中可取
tmin d (0.03 ~ 0.04)mm
第2章 电位器式传感器
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。
第2章 电位器式传感器
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。
第2章 电位器式传感器
图2.6 变骨架高度式线性电位器
第2章 电位器式传感器
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、
工程上常把图2.4那种实际阶梯曲线简化成理想阶梯
曲线,如图2.5所示。这时,电位器的电压分辨率定义为:在
电刷行程内,电位器输出电压阶梯的最大值与最大输出电
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
eba
n U max
1 100% n
(2.10)
第2章 电位器式传感器
第2章 电位器式传感器
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。
第2章 电位器式传感器
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
第2章 电位器式传感器
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 向B移动x后,A点到电刷间的阻值为
图2.9 变节距式非线性电位器
第2章 电位器式传感器
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
样,这是由于分辨率取决于绕距,而变绕距电位器绕距是
值的百分数表示,即
j
( 1 Umax 2n U max
)
1 2n
100%
(2.12)
第2章 电位器式传感器
图2.5 理想阶梯特性曲线
第2章 电位器式传感器
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)。
U1 I
第2章 电位器式传感器
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 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
j
1 2
(
U x
)max
gt
U max
100%
ebd
1 2
(
U x
)
max
gt
U max
100%
(2.20) (2.21)
电阻式传感器可分为两大类：
1、电位器式传感器
2、应变片式传感器
第2章 电位器式传感器
第2章 电位器式传感器
电位器是一种常用的机电元件，广泛应用于各种电器和电 子设备中。它主要是一种把机械的线位移或角位移输入量转 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。它们主要用于测量压力、高度、加速度、航面角等各种 参数。
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2章 电位器式传感器
3. 结构与特点
骨架制造比较容易,只能适用于特性曲线斜率变化
不大的情况,一般
tmax tmin
(
dU dx
)max
(
dU dx
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
xmaxebyFra bibliotekn xmax
1 100% n
(2.11)
第2章 电位器式传感器
从图2.5中可见,在理想情况下,特性曲线每个阶梯的 大小完全相同,则通过每个阶梯中点的直线即是理论特 性曲线,阶梯曲线围绕它上下跳动,从而带来一定误差,这 就是阶梯误差。电位器的阶梯误差δj通常以理想阶梯特 性曲线对理论特性曲线的最大偏差值与最大输出电压
Rx
x xmax
Rmax
(2.1)
第2章 电位器式传感器
图2.1 电位器式位移传感器原理图
第2章 电位器式传感器
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
(2.15) (2.16)
第2章 电位器式传感器
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
行程分辨率与线性电位器计算式相同,则有
xmax
eby
t xmax
n xmax
1 100% 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
r3 // R3 R3
(2.19)
第2章 电位器式传感器
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
I U3 R3
R2
U2 I
R1
梯误差为
j
1 2
(
dU dx
)max
t
U max
100%
(2.17)
第2章 电位器式传感器
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。
A、t不变时,只改变骨架宽度b或高度h来实现非线性函
数关系。这里以只改变h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。在图2.6所示曲
线上任取一小段,则可视为直线,电刷位移为Δx,对应的
电阻变化就是ΔR,因此前述的线性电位器灵敏度公式仍
然成立,即
SR
R x
2(b
h)
At
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。
第2章 电位器式传感器
图2.7 对称骨架式 （a)骨架坡度太高;（b)对称骨架减少坡度
第2章 电位器式传感器
图2.8 阶梯骨架式非线性电位器
第2章 电位器式传感器
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
Ra
a amax
Rmax
作为分压器使用,则有
Ua
x xmax
U max
(2.3) (2.4)
第2章 电位器式传感器
图2.2 电位器式角度传感器原理图
第2章 电位器式传感器
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
2(b
A
h)n
U Umax
(2.7)
n
第2章 电位器式传感器
图2.4 局部剖面和阶梯特性
第2章 电位器式传感器
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