电位器式加速度传感器设计
加速度传感器测速原理及电路图
加速度传感器测速原理及电路图加速度传感器，英文名称为acceleration transducer, 是一种利用感受加速度并将其转换为电信号的方式来测量加速力(加速力即指作用于物体上使物体处于加速过程中的力)的设备。
目前已在汽车安全、智能产品、游戏控制等众多领域都得到广泛的应用。
加速度传感器的工作原理敏感元件将测点的加速度信号转换为相应的电信号，进入前置放大电路，经过信号调理电路改善信号的信噪比，再进行模数转换得到数字信号，最后送入计算机，计算机再进行数据存储和显示。
当传感元件以加速度a运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，发生与加速度成正比a的形变，使悬臂梁也随之产生应力和应变。
该变形被粘贴在悬臂梁上的扩散电阻感受到。
根据硅的压阻效应，扩散电阻的阻值发生与应变成正比的变化，将这个电阻作为电桥的一个桥臂，通过测量电桥输出电压的变化可以完成对加速度的测量。
当待测物运动时，支座和待测物同时加速运动。
压电元件受质量块与加速度相反方向的惯性力作用，就在晶体2个表面产生交变电荷(电压)。
当振动顿率远低于传感器的固有频率时,传感器的输出电荷(电压)正比于作用力2线加速度计的原理是惯性原理，也就是力的平衡，A(加速度)=F(惯性力)/M(质量) 我们只需要测量F就可以了。
怎么测量F？用电磁力去平衡这个力就可以了。
就可以得到F对应于电流的关系。
只需要用实验去标定这个比例系数就行了。
当然中间的信号传输、放大、滤波就是电路的事了。
加速度传感器自然是对自身器件的加速度进行检测。
其自身的物理实现方式咱们就不去展开了,可以想象芯片内部有一个真空区域,感应器件即处于该区域,其通过惯性力作用引起电压变化,并通过内部的ADC 给出量化数值。
加速度传感器的应用多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的所谓的压电效应就是'对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极化状态，在晶体内部建立电场，这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应 '。
传感器课程设计--压电式加速度传感器的设计
课程设计说明书题目：压电式加速度传感器的设计学院（系）：电气工程学院课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院基层教学单位：自动化仪表系说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
目录示例目录第1章摘要 (1)第2章引言 (2)第3章电路仿真及准备作 (3)第4章压电式加速度传感器的参数设计及计算 (12)4.1 结构设计 (12)4.2 电容设计与计算 (12)4.3 其他参数的计算 (12)第5章误差分析 (13)第6章结论 (14)心得体会 (14)参考文献 (15)第一章摘要传感器是一门集合多种科学技术的科学，它利用各种原理如光电效应、压电效应,等等的原理，来根据被测物体的变化来反映待测量的变化的科学。
传感器是在现今科学领域中实现信息化的基础技术之一。
现代测量、控制与自动化技术的飞速发展，特别是电子信息科学的发展，极大地促进了现代传感器技术的发展。
传感器的使用也越来普遍，在当今社会里起到了很大的作用，与此同时传感器的技术要求也在不断提高，对传感器的设计，性能，功能提出了更高的要求，显而易见传感器在以后的社会发展中将会起到越来越重要的作用。
压电式传感器是基于压电效应的传感器。
压电效应是一种能实现机械能与电能相互转换的效应，当有力作用于压电元件上时，压电元件会产生电荷，传感器中利用电荷放大电路，将电荷的变化表现到电压的变化，从而来确定待测物体的运动状态。
经过一定转换电路来实现我们所需要的测量的输出。
压电式传感器的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。
缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。
第二章引言压电式传感器是基于压电效应的传感器，就要求必须将电荷的变化通过电路来表现出来，这就要求将电荷的变化转换成电路中电流的变化或者电压的变化，此时必须用到电荷放大电路来实现。
电荷放大电路是压电传感器的核心电路，它将电荷的变化转换电压的变化，从而实现了测量的意义，可以根据电压的变化来判断被测物体的变化或者运动状态。
电位器式传感器标准版文档
转式有单圈旋转式(图2-3-
2b)和多圈旋转式(2-3-2c)
两种。电刷由触头、臂、导
向及轴承等装置组成；触头
常用银、铂铱、铂铑等金属. 电刷臂用磷青铜等弹性较好 的材料；骨架常用陶瓷、酚 醛树脂及工程塑料等绝缘材
图2-3-2 电位器原理图 1—骨架 2—电刷 3—电阻丝 4—转
轴 5—接线端子
料。
河 南
第三讲 电位器式传感器
工
业
职
业
一、电位器式传感器的转换原理
技 术
二、电位器的结构与类型
学
三、电位器式传感器的应用
院
电
气
工
程
系
第三讲 电位器式传感器
一、电位器式传感器的转换原理
电位器的电压转换原理如图2-3-1所示。设直滑电位器
电阻体的长度为 l，电阻值为R，两端加（输入）电压为Ui，
电位器变组成分压比电路,则输出量是与压力成一定关系 的电压Uo为:
2、类型：
（1）线绕电位器 线绕电位器电阻元件由康铜丝、铂铱合金及卡玛丝等电阻丝
绕制，其额定功率范围一般为0.25～50W，阻值范围为 100Ω～100kΩ之间。当接触电刷从这一匝移到另一匝时，阻 值的变化呈阶梯式。
（2）非线绕电位器 1）合成膜电位器 其优点是分辨率较高，阻值范围很宽
（100Ω～4.7MΩ），耐磨性较好，工艺简单，成本低，线性 度好等；主要缺点是接触电阻大，功率不够大，容易吸潮，噪 声较大等。
2）金属膜电位器 金属膜电位器具有无限分辨力，接触电阻 很小，耐热性好，满负荷达70℃。与线绕电位器相比，它的分 布电容和分布电感很小，特别适合在高频条件下使用。它的噪 声仅高于线绕电位器。金属电位器的缺点是耐磨性较差，阻值 范围窄，一般在10～100Ω之间。由于这些缺点，限制了它的 使用范围。
电位器式加速度传感器设计
湖南科技大学课程设计课程设计名称：《传感器/测控电路》课程设计学生姓名：杨振峰学院：机电工程学院专业及班级：测控技术与仪器二班学号：1203030216指导老师：余以道、杨书仪2015年6月目录一.绪论 (1)二.课程设计的任务与要求 (1)三.课程设计的内容………………………1.课程设计方案的确定2.电位器式加速度传感器的基本原理3.传感器结构设计及计算4.测控电路的设计与计算四.总结与分析……………………………五.参考的文摘……………………………一、前言我国国家标准（GB 7665-1987）中传感器的定义是；“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的期间或装置”。
信息技术已成为当今全球的战略技术，作为各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件——传感器，已成为各个应用领域，特别是自动检测、自动控制系统中不可缺少的核心部件。
传感器技术正深刻影响着国民经济和国防建设的各个领域。
例如，化工产品自动生产，各种航天器上，生物工程、环境保护、灾情预报、生命科学等等每一项现代科学技术的研究以及人们的日常生活等，几乎无一不与传感器和传感器技术紧密联系着。
因此，毫不夸张地说：没有传感器及其技术将没有现代科学技术的迅速发展。
作为当代理工科而且学习过传感器，测控电路知识的大学生，学习如何设计一个简单实用的传感器并掌握其设计思路是非常有必要的。
二、课程设计的任务与要求1、传感器设计部分：①根据被测量选择传感器的类型；②根据被测量与电阻、电感、电容、电磁转换原理及压电、光电、热电效应等，选择传感器的性能和结构参数；③根据传感器敏感元件输出电量的类型设计转换电路和后续信号处理电路。
2、传感器测控电路设计部分：①将传感器敏感元件测量的物理量（如位移、加速度、温度、压力等）转换成电信号（电压、电流或电荷量）；②根据功能要求设计放大电路、滤波电路、调制解调电路、限幅电路等，提取有用信号，剔除无用信号；③经过A/D 转换、运算处理得到被测信号的各种所需参数。
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。
202006 - 第4章 电位器式传感器【传感器技术案例教程】
带负载的电位器
→ 负载系数越大，r/X 值越接近于 1 → 传感器负载误差普遍存在，应重视
(第4章 电位器式传感器)
4.5 电位器的结构与材料
4.5.1 电阻丝 4.5.2 电 刷 4.5.3 骨 架
(第4章 电位器式传感器)
4.5 电位器的结构与材料
4.5.1 电阻丝
电阻丝具有电阻率高、电阻温度系数 小、耐磨损、耐腐蚀、延展性好、便 于焊接；
负载误差曲线
(第4章 电位器式传感器)
4.4 电位器的负载特性及负载误差
4.4.3 减小负载误差的措施
提高负载系数 限制电位器工作范围 重新设计电位器空载特性
限制电位器工作范围以减少负载误差
如图(a)，以初始点 O 和最大负载误差发生处 M 点连线 3 为新 的参考，特性曲线 2 与参考特性 3 的偏差大幅减小
电位器基本结构
将机械位移(线位移、角位移)转换 为电阻值变化；
包括电阻元件和电刷(滑动触点)
电位器功能
应用场合不同，电位器用做变阻 器 (a) 或分压器 (b)
电位器基本结构示意图
用作变阻器或分压器的电位器
(第4章 电位器式传感器)
4.1 基本结构与功能
电位器特点
优点：测量范围宽、输出信号强、 结构简单、参数设计灵活、输出稳 定、可实现线性和较复杂特性、受 环境因素影响小、成本低；
(第4章 电位器式传感器)
(第4章 电位器式传感器)
4.3 非线性电位器
4.3.2 实现途径
线绕式电位器绕制方式 电路连接方式
(第4章 电位器式传感器)
4.3 非线性电位器
4.3.2 实现途径
线绕式电位器绕制方式
电路连接方式
第4章电位器式传感器
第4章电位器式传感器基本题：4.1电位器的主要用途是什么？4.2电位器的特点是什么？4.3什么是电位器的阶梯特性？在实际使用时，它会给电位器带来什么问题？4.4研究非线性电位器的出发点是什么？如何实现非线性电位器？4.5什么是电位器的负载特性和负载误差？如何减小电位器的负载误差？4.6证明图4.4.5指出的“所设计的非线性特性3为原线性电位器负载特性2关于线性特性1的镜像”。
4.7一骨架截面为圆形的电位器，半径为a 。
现用直径为d 、电阻率为ρ的导线绕制，共紧密地绕了W 匝。
试导出该线绕式电位器的灵敏度表达式(注意：导线直径d 不可忽略)。
4.8试设计一电位器的电阻特性。
它能在带负载情况下给出X Y =的线性特性，如图4.1所示。
给定电位器的总电阻Ω=1000R ，负载电阻f R 分别为Ω50和Ω500。
计算时取X 的间距为0.1。
X 和Y 分别为相对输入和相对输出。
图4.1带负载的电位器4.9试设计一分流电阻式非线性电位器的电路及其参数。
要求特性如图4.2所示，所用线性电位器的总电阻为1000Ω，输出为空载。
图4.2非线性电位器的输出特性4.10图 4.3为一带负载的线性电位器。
试用解析和数值方法(可把整个行程分成10段)，求(a),(b)两种电路情况下的端基线性度。
图4.3带负载的电位器4.11有一非线性电位器R x ()，x 为行程，其范围为L x ≥≥0，且x L =时阻值为R 0。
当负载电阻为R f 时，其电压的输出特性为行程x 的线性函数。
试设计R x ()。
若R x ()是骨架截面积为圆形的线绕式电位器，试讨论其实现的可能方式，并用简图示意出最佳方案。
4.12图4.4给出了某位移传感器的检测电路。
in U =12V ，k Ω100=R ，AB 为线性电位器，总长度为150mm ，总电阻为30Ωk ，C 点为电刷位置。
问(1)输出电压out U =0V 时，位移x =?(2)当位移x 的变化范围为10～140mm 时，输出电压out U 的范围为多少？图4.4电位器式位移传感器检测电路4.13某线绕式电位器的骨架直径0D =10mm ，总长0L =100mm ，导线直径d =0.1mm ，电阻率6106.0-⨯=ρm ⋅Ω，总匝数W=1000。
2.1 电位器式传感器
广州大பைடு நூலகம்市政技术学院 机电系
2.1.6 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 光电电位器主要是由电阻体、光电导层和导电电极组成
广州大学市政技术学院 机电系
广州大学市政技术学院 机电系
2.1.4 绕线电位器式位移传感器
图2-6 YHD型电阻式位移传感器 1-测量轴；2-滑线电阻；3-电刷；4-精密无感电阻；5-导轨；6-弹簧；7-壳体
广州大学市政技术学院 机电系
2.1.5 非绕线电位器式传感器
1. 合成膜电位器 2. 金属膜电位器 3. 导电塑料电位器 4. 导电玻璃釉电位器
电位器式电阻传感器的工作原理是基于均匀截面导体的电阻计算公式，即：
其中：ρ为导体的电阻率（Ω.m） l为导体的长度（m） A为导体的截面积（m2）
广州大学市政技术学院 机电系
2.1.2 电位器式传感器的输出特性
当RL→∞时，其输出电压才与位移成正比
广州大学市政技术学院 机电系
2.1.2 电位器式传感器的输出特性
传感器原理与应用
（清华大学出版社）
第二章 电阻式传感器及应用 2.1 电位器式传感器
广州大学市政技术学院 机电系
2.1.1 电位器式传感器的工作原理
电位器是人们常用到的一种电子元件，它 作为传感器可以将机械位移或其他能转换为位 移的非电量转换为其有一定函数关系的电阻值 的变化，从而引起输出电压的变化。
图2-2 电位器式传感器实物图 （a）双出轴导电塑料直线位移传感器 广州大学市政技术学院 机电系 （b）轴套式旋转式电位器
2.1.1 电位器式传感器的工作原理
图2-3 电位器式传感器工作原理图 （a）直线式位移传感器原理图 （b）旋转式电位器原理图
加速度传感器电路设计与数据处理算法
加速度传感器电路设计与数据处理算法概述随着科技的发展，加速度传感器广泛应用于可穿戴设备、汽车安全系统、智能手机等领域。
本文将讨论加速度传感器电路设计与数据处理算法的相关内容，介绍加速度传感器的基本原理以及常用的电路设计方案和数据处理算法。
1. 加速度传感器基本原理加速度传感器是一种测量物体加速度的装置。
它通过测量由物体产生的惯性力来精确测量物体在三个方向上的加速度。
常用的加速度传感器包括压电式、微机电系统（MEMS）式和霍尔式等。
压电式传感器基于压电效应，当物体受到外力作用时，引起压电材料产生电荷分布的变化。
通过测量电荷的变化，可以推断物体的加速度。
这种传感器具有较高的测量精度和频率响应，但成本较高。
MEMS式传感器基于微机电系统技术，通过微米级电极和敏感质量体的结构，测量感应质量体的微小变位。
这种传感器具有小巧轻便、功耗低的优点，并广泛应用于移动设备和汽车等领域。
霍尔式传感器基于霍尔效应，通过测量磁场的变化来推断加速度。
这种传感器具有高灵敏度和良好的温度稳定性，但受到外界磁场的干扰较大。
2. 加速度传感器电路设计在加速度传感器的电路设计中，主要考虑传感器的功耗、噪声、输出电压范围和抗干扰性等因素。
为了减小功耗，可以采用低功耗的运放和电源管理电路，保证传感器的正常工作并延长电池寿命。
为了减小噪声，可以采用金属屏蔽以及滤波电路。
金属屏蔽可以有效地减少传感器周围的电磁辐射干扰，而滤波电路可以滤除高频噪声。
为了保证输出电压范围，可以采用自适应增益控制电路和电流平衡电路。
自适应增益控制电路能够根据实际情况调整传感器的增益，提高信号的动态范围。
电流平衡电路能够减小由于工艺差异引起的零点漂移。
为了提高传感器的抗干扰性，可以采用差分信号放大器和通道隔离电路。
差分信号放大器能够抵抗共模信号干扰，提高信号的稳定性。
通道隔离电路能够将传感器与处理器之间的电气耦合分开，减少互相之间的干扰。
3. 加速度传感器数据处理算法加速度传感器数据处理算法是将原始传感器数据转化为可用于后续应用的信息的过程。
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。
加速度传感器课程设计
核准通过，归档资料。
未经允许，请勿外传！传感器课程设计系别：机电工程系专业：模具设计与制造姓名学号：Z********一、设计要求1、功能与用途加速度传感器在现代生产生活中被应用于许许多多的方面，如手提电脑的硬盘抗摔保护，另外一个用处就是目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手部的振动，自动调节相机的聚焦。
而这些产品中由于要求对温度的干扰有很大的免疫力，其中采用的都是压电式加速度传感器。
压电加速度传感器还应用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面，灵敏度是压电加速度传感器应用时候要考虑到的重要因素之一。
概括起来，加速度传感器可应用在控制，手柄振动和摇晃，仪器仪表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，玩具，环境监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析；鼠标，高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。
2、指标要求分别用压电式传感器、电阻应变式传感器、电容传感器实现加速度的测量将非电量转化为电量输出。
二、设计方案及其特点依据压电效应、电阻应变效应以电容相关的物理参数及性质随外力而变化的特性，可制作成压电式加速度传感器、电阻应变式加速度传感器及电容式加速度传感器。
三种加速度传感器的设计及特点分别叙述如下：1、方案一 压电式加速度传感器压电加速度测量系统结构框图如图1所示：压电加速度传感器采用具有压电效应的压电材料作基本元件 ,是以压电材料受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。
这些压电材料 ,当沿着一定方向对其施力而使它变形时,内部就产生极化现象 ,同时在它的两个相对的表面上便产生符号相反的电荷;当外力去掉后 ,又重新恢复不带电的状态;当作用力的方向改变时 ,电荷的极性也随着改变。
电信号经前置放大器放大 ,即可由一般测量仪器测试出压电加速度 传感器电荷放大器信号处理电路A/D转换电路图1 压电加速度测量系统结构框图电荷(电压)大小,从而得出物体的加速度图2 压电式加速度计的幅频特性曲线加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图2。
电位器式传感器
ku
U m ax xm a x
I
2(b h)
At
(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为线绕电位器绕线总匝数。
•
由式可以看出,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
和显示仪表;其缺点是精度不高,动态响应较差,
不适于测量快速变化量。
26
图2-16 电位器式加速度传感器示意图
27
谢谢观赏！
四川成都 西岭雪山 海拔3000米 28
电位器式传感器具有一系列优点，如结构简单、尺寸小、 重量轻、精度高、输出信号大、性能稳定并容易实现任意 函数。其缺点是要求输入能量大，电刷与电阻元件之间容 易磨损。
电位器的种类很多，按其结构形式不同，可分为线绕式、 薄膜式、光电式等；按特性不同，可分为线性电位器和非 线性电位器。目前常用的以单圈线绕电位器居多。
1
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。
Ua
x xmax
U max
(3-29)
(330)
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
第3章 电位器式传感器.ppt
3.12 带负载的电位器电路
U U xf max 2 R R R R fR max x max x
R R x f
（很复杂）
电阻相对变化:
r
Rx R max
(3.24)
电位器的负载系数为:
R m ax m Rf
(3.25)
则接入负载Rf后的简化的输出电压Uxf表达式为:
r U U xf max 1 mr ( 1 r )
图3.6 变骨架高度式非线性电位器
当Δx→0时,则有 dR 2(b h ) dx At dU 2(b h ) I dx At
(3.13) (3.14)
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
求出I后,则
U 2 I U1 R1 I R2
U 3 I R3
根据3.20求出并 联电阻r1、r2、r3
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 U
(3.21)
t x
(3.22)
3.结构与特点
(3.26)
在未接入负载时,电位器的输出电压Ux为 Ux=rUmax (3.27)
比较（3.26）和（3.27）两式可知，Rf不是无穷大，负载与 空载输出之间产生偏差，则负载误差为：
f
U U x xf U x
0 100 0
Ua
x xmax
Umax(3.4) Nhomakorabea结论：线性线绕电位器理想的输出、输入关系遵循上述四个公 式。
若线性电位器式传感器截面长、宽为b、 h，导线横截面积A，绕线 节距为t，则
无人机传感器技术 电位器式加速度计的工程应用
（3）电位式加速度计的工程应用
图2-5为电位式加速度计。
惯性质量块1在被测加速度的作用下，使片状弹簧2产生与加速度成正比的位移，从而引起电刷4在电阻元件3上滑动，输出与加速度成比例的电压信号。
1-惯性质量块；2-片状弹簧；3-电阻元件；4-电刷；5-壳体；6-活塞阻尼器
图2-5 电位式加速度传感器
电位式加速度传感器的优点是：结构简单、价格低廉、性能稳定，能在恶劣的环境条件下工作，输出信号大，因此得到应用。
但它的测量精度不高、动态响应较差，不适于测量快速变化量。
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湖南科技大学课程设计课程设计名称：《传感器/测控电路》课程设计学生姓名：杨振峰学院：机电工程学院专业及班级：测控技术与仪器二班学号：1203030216指导老师：余以道、杨书仪2015年6月目录一.绪论 (1)二.课程设计的任务与要求 (1)三.课程设计的内容………………………1.课程设计方案的确定2.电位器式加速度传感器的基本原理3.传感器结构设计及计算4.测控电路的设计与计算四.总结与分析……………………………五.参考的文摘……………………………一、前言我国国家标准（GB 7665-1987）中传感器的定义是；“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的期间或装置”。
信息技术已成为当今全球的战略技术，作为各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件——传感器，已成为各个应用领域，特别是自动检测、自动控制系统中不可缺少的核心部件。
传感器技术正深刻影响着国民经济和国防建设的各个领域。
例如，化工产品自动生产，各种航天器上，生物工程、环境保护、灾情预报、生命科学等等每一项现代科学技术的研究以及人们的日常生活等，几乎无一不与传感器和传感器技术紧密联系着。
因此，毫不夸张地说：没有传感器及其技术将没有现代科学技术的迅速发展。
作为当代理工科而且学习过传感器，测控电路知识的大学生，学习如何设计一个简单实用的传感器并掌握其设计思路是非常有必要的。
二、课程设计的任务与要求1、传感器设计部分：①根据被测量选择传感器的类型；②根据被测量与电阻、电感、电容、电磁转换原理及压电、光电、热电效应等，选择传感器的性能和结构参数；③根据传感器敏感元件输出电量的类型设计转换电路和后续信号处理电路。
2、传感器测控电路设计部分：①将传感器敏感元件测量的物理量（如位移、加速度、温度、压力等）转换成电信号（电压、电流或电荷量）；②根据功能要求设计放大电路、滤波电路、调制解调电路、限幅电路等，提取有用信号，剔除无用信号；③经过A/D 转换、运算处理得到被测信号的各种所需参数。
说明书及设计图的一些注意事项1、设计题目及要求(需要注明传感器的设计参数)；2、基本原理简述；3、总体设计方案的确定；4、传感器结构设计及计算，绘制相应的结构设计图（建议运用Autocad 软件）；5、说明书编写；6、参考文献。
三、课程设计的内容.本次课程设计老师提供的课题有40多个，而我悬着的是电位器式加速度传感器，电位器式加速度传感器通过惯性质量块的惯性和片弹簧的应变感应加速度，引起位移变化，并连接到电位器上，通过引起电阻的变化使电桥的输出电压的变化的目的，在通过模数转换将电桥的电压变化显示出来，得出装置收到的外力是多少。
2.传感器的基本原理惯性质量块在被测加速度的作用下，是片状弹簧产生正比于被测加速度的位移，弹簧产生的弹力与质量块受到的力达到平衡就不会再产生位移，从而引起电刷在电位器的电阻元件上滑动导致，输出一个与加速度成正比的电压信号。
本次设计测量加速度的范围g 10~0，允许的线性误差为%2~%1，输入电压为V 5 、所能响应的频率范围HZ 100~0。
传感器的结构图电位器传感器的特点：结构简单，价格低廉，性能稳定，能承受恶劣环境条件，输出功率大，一般不需要对输出信号放大就可以直接驱动伺服元件和显示仪表；其缺点是精度不高，动态响应较差，不适于测量快速变化量。
3.弹簧片的设计当惯性质量块挤到弹簧片时，使弹簧的发生位移，直到弹力与外力达到平衡，弹簧片的弹力与弹簧片的长、宽、高、厚度都有关系。
W （弹簧片的弹力）、b （弹簧片的宽度）、e 、δ（形变量）、L （弹簧片的形变量）、H （弹簧片的厚度）)4()3(L E H b W ⨯÷⨯⨯⨯=δ（1-1） 算经过设计综合考虑，弹簧片的b=6mm 、H=0.5mm 、e=20000kg/m 、L=22mm 弹簧片的最大形变量δ=5mm 。
计一下所能提供的最大的弹力为：N mm mm m kg mm mm W 04.7)224()5/200005.16(=⨯÷⨯⨯⨯=4.计算惯性质量块的质量由结构图得知ma W =、a 的最大值为10g 所以g a W m 4.7010004.7===5.电位器的选择（1）涂敷于基体表面而成，该工艺简单，是目前应用最广泛的电位器。
特点是分辩力高耐磨性好，寿命较长。
缺点是电流噪声，非线性大， 耐潮性以及阻值稳定性差。
（2）有机实心电位器：有机实心电位器是一种新型电位器，它是用加热塑压的方法，将有机电阻粉压在绝缘体的凹槽内。
有机实心电位器与碳膜电位器相比具有耐热性好、功率大、可靠性高、耐磨性好的优点。
但温度系数大、动噪声大、耐潮性能差、制造工艺复杂、阻值精度较差。
在小型化、高可靠、高耐磨性的电子设备以及交、直流电路中用作调节电压、电流。
（3） 金属玻璃铀电位器：用丝网印刷法按照一定图形，将金属玻璃铀电阻浆料涂覆在陶瓷基体上，经高温烧结而成。
特点是：阻值范围宽，耐热性好，过载能力强，耐潮，耐磨等都很好，是很有前途的电位器品种，缺点是接触电阻和电流噪声大。
（4 ）绕线电位器：绕线电位器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。
（5 ）金属膜电位器：金属膜电位器的电阻体可由合金膜、金属氧化膜、金属箔等分别组成。
特点是分辩力高、耐高温、温度系数小、动噪声小、平滑性好。
（6）导电塑料电位器：平滑性好、分辩力优异耐磨性好、寿命长、动噪声小、可靠性极高、耐化学腐蚀。
用于宇宙装置、导弹、飞机雷达天线的伺服系统等。
（7）带开关的电位器：有旋转式开关电位器、推拉式开关电位器、推推开关式电位器（8 ）预调式电位器：预调式电位器在电路中，一旦调试好，用蜡封住调节位置，在一般情况下不再调节。
（9）直滑式电位器：采用直滑方式改变电阻值。
（10）双连电位器：有异轴双连电位器和同轴双连电位器（11）无触点电位器：无触点电位器消除了机械接触，寿命长、可靠性高，分光电式电位器、磁敏式电位器等。
根据综合上述的电位器，直滑式电位器更适合作为传感器电位器直滑式电位器的简单结构如下：图1 直滑式电位器电位器的最大行程：10mm阻值范围是：~k5阻值的允许偏差：10%额定功率：0.2W零位电阻：0欧接触电阻：0欧绝缘电阻：0欧阻值的变化方式：线性输出电压Ux 与输入电压max U 的关系如下： maxmax X X R Rx Uo Ux == （1-2） maxmax X R Ku = （1-3） -Ku 为此电位器的灵敏度系数。
当输出端带负载R 它们有如下关系： 2max max Rx Rx R R R RRx Ux ++= （1-4） 参考本设计允许的非线性误差计算： %100''⨯-=Uo Uo Uo γ （1-5） 由于要求线性误差小于%2~%1=γ所以)20~10(max Ω≥R6.测控电路设计与计算见附图测控电路图。
图中RP1为电位器传感器，RP1滑动端输出电压经IC1A 构成的电压跟随器送到由IC1B 和IC1C 组成的电压比较器，分别输出行程上限和行程下限控制信号。
RP1滑动端输出电压为0~5V ，则IC1A 输出也为0~5V 电压。
对于IC1C 来说，若实际行程小于下限行程（即V+<V-)时，则IC1C 输出为0V ；若实际行程大于下限行程(即V+>V-)时，择IC1C 输出为5V 。
对于IC1B 来说，当实际行程小于上限(即V+>V-)时，输出的上限控制信号为5V ，当实际行程大于上限（即V+<V-)时，输出的上限控制信号为0V 。
此时IC1C 因V+>V-一直保持为5V 。
根据所响应的频率设计滤波电路HZ 100~0。
四、总结与分析通过为期两周的传感器与测控电路的课程设计，不仅巩固了所学的传感器与测控电路的相关知识，而且学会了如何将自己所学到的知识运用到实际设计与生活之中，还学到了许多关于设计的方法与思路。
通过对课程设计中所遇到的难题以及疑惑之处的深入探究与解决，丰富了我们的课外知识，拓宽了我们的视野，更加提高了我们对实际问题的解决能力。
当然，首次进行传感器/测控电路设计的我们参考设计的传感器以及后续测控电路肯定存在许多缺陷和不足之处，而我们在设计过程中只能尽量避免出现不必要的误差与设计缺陷，而一个传感器真正投入生产还有很多试验改进过程，鉴于我们能力有限，只要我们在设计过程中学到如何设计，分析，怎样改进即可，这为以后我们真正设计新的传感器或者创新打下必要的基础！最后，特别感谢在传感器/测控电路课程设计过程中给予我指导与帮助的杨书仪老师和余以道老师以及测二的同学们。
五、参考文献[1] 康华光.电子技术基础高教出版社，2000．[2] 唐文彦.传感器机械工业出版社，2006[3] 张国雄,测控电路机械工业出版社，2011[4] 张洪润,传感器技术大全北京航空航天大学出版社，2007[5] 潘炼，传感器原理及应用电子工业出版社，2012[6] 鲍丙豪，传感器手册化学工业出版社，2007[7] 赵负图，集成电路手册化学工业出版社，2002。