202006 - 第4章 电位器式传感器【传感器技术案例教程】
202006 - 第1章 绪 论【传感器技术案例教程】
1.2.3 按被测量分类
按传1感.2器.4被按测量工，作即原输理入分信类号分类，便于表示传感器功能，
也便于用户使用； 传感器分为温度、压力、流量、物位、质量、位移、速度、
加速度、角位移、转速、力、力矩、湿度、浓度等传感器；厂 家和用户习惯于这种分类方法
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(第1章 绪 论)
1.2 传感器的分类
本课程重点讨论物理型传感器
物理型传感器
(第1章 绪 论)
传感器按照工作原理的分类
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(第1章 绪 论)
1.3 传感器技术的特点
1. 涉及多学科与技术； 2. 品种繁多； 3. 应用领域十分广泛； 4. 总体要求性能优良，环境适应性好； 5. 应用要求千差万别； 6. 在信息技术中发展缓慢，但生命力强大
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(第1章 绪 论)
1.1 传感器的作用实例分析
实例1：电位器式真空膜盒压力传感器 (potentiometer pressure transducer)
真空膜盒压力敏感元件
电位器式真空膜盒压力传感器
压力 → 膜盒位移 → 电位器电刷（通过传动机构）→ 输出电压
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传感器基本结构组成示意图
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1.2 传感器的分类
1.2.1 按输出信号的类型分类 1.2.2 按传感器能量源分类 1.2.3 按被测量分类 1.2.4 按工作原理分类
(第1章 绪 论)
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(第1章 绪 论)
1.2 传感器的分类
1.2.1 按输出信号的类型分类
分为1三.2类.2：按模拟传式感、器数能字量式源、分开类关型(二值型)； 模拟1式.2传.3感按器：被输测出量连分续类电信号； 数字1式.2传.4感按器：工输作出原数理字分信类号；
202006 - 第3章 热电式传感器【传感器技术案例教程】
3.2.3 测温电桥电路
2. 不平衡电桥
常值电阻
R1 R2 R3 R0
初始温度感温电阻
Rt R0
温度变化后电桥不平衡输出
不平衡电桥电路原理图
Uout
Rt
2 2R0 Rt
U in
特点：快速、小范围线性、受电桥工作电压干扰
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(第3章 热电式传感器)
3.2 热电阻温度传感器
3.3.4 热电偶的误差及补偿 3.3.5 热电偶的组成、分类及特点
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3.3 热电偶
3.3.1 热电效应
接触热电动势：Peltie 效应
eAB T
KT e
ln
nA T nB T
K 1.38 10 23 J K
— 玻尔兹曼常数
e 1.6021019 C
— 电子电荷量
nA T ,nB T
自动平衡电桥电路原理图
温度变化，电桥不平衡，差分放大器 A 输出不为零，伺服电 机 SM 带动电位器 RP 电刷移动，直到电桥重新处于平衡
特点：负反馈，快速测量、线性范围大、抗干扰能力强等； 相对复杂、成本高
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(第3章 热电式传感器)
3.3 热电偶
3.3.1 热电效应
3.3.2 热电偶的工作原理 3.3.3 热电偶的基本定律
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3.2 热电阻温度传感器
3.2.1 金属热电阻 3.2.2 半导体热敏电阻 3.2.3 测温电桥电路
(第3章 热电式传感器)
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(第3章 热电式传感器)
3.2 热电阻温度传感器
3.2.1 金属热电阻
基本原理：温度升高，自由电子动能增加，改变自由电子运动，使 之定向运动所需能量增加；多数金属电阻随温度升高而增加；可描 述为
电位器式传感器原理
电位器式传感器原理
电位器式传感器是一种常见的传感器技术，其原理基于电位器的工作原理。
电位器是由一个可调节的电阻器组成的，通过调节电位器的移动部分，可以改变电阻器的阻值。
当外部引入变量作用于电位器上时，移动部分的位置将发生改变，从而改变电阻器的阻值。
在电位器式传感器中，外部引入的变量可以是温度、压力、光强等物理量。
以温度传感器为例，传感器中的电阻器受到温度的影响，电阻值随着温度的变化而发生变化。
为了测量电位器的阻值变化，通常会将一个电压加到电位器的两端，并使用一个电压分压电路来测量电位器上的电压。
电压分压电路可以将电位器上的电压转换为与电位器阻值成比例的电压输出。
通过测量电位器上的电压输出，可以推导出外部引入变量的数值。
例如，在温度传感器中，通过校准和电阻值-温度曲线的
关系，可以得出温度的数值。
总结来说，电位器式传感器的原理是基于电位器的电阻值随外部引入变量的改变而变化，通过测量电位器上的电压输出来推导出外部变量的数值。
这种传感器原理广泛应用于测量和控制领域。
电位器式传感器共30页文档
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
电位器式传感器
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
电位器式电阻传感器
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。
阶梯误差。
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1.3 电位器式电阻传感器结构与材料
1.线绕式电位器 2. 非线绕式电位器
1) 合成膜电位器 2）金属膜电位器 3) 导电塑料电位器 4) 光电电位器
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非线性电位器
对角位移式电位器来说，Uа与滑动臂的
旋转角度成正比，即
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1.2 电位器式电阻传感器的基本特性及误差
电位器输出端接有负载电阻时，其特性 称为负载特性。
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1.2 电位器式电阻传感器的基本特性及误差
电位器式电阻传感器
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，主要用于测量压力、高度、加速度、航面角等各种 参数的测量
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1.1 电位器式电阻传感器的原理
1．线性电位器式传感器
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1.4 电位器式位移传感器
YHD型电位器式位移传感器
1—测杆；2—滑线电阻；3—电刷；4—弹簧；5— 滑快；6—导轨；7—外壳；8—无感电阻。
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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。
通信工程设计与监理《电位器式传感器的分类与特性教案》
知识点电位器式传感器的分类与特性一、教学目标：能够明白电位器式传感器的分类和特性二、教学重点、难点：非线绕式传感器的类别三、教学过程设计：1知识点说明电位器式传感器分为线绕电位器式传感器和非线绕电位器式传感器。
2知识点内容〔1〕分类〔2〕构成及其优缺点〔3〕特性〔4〕小结3知识点讲解〔1〕电位器式传感器分为线绕电位器式传感器和非线绕电位器式传感器。
非线绕式传感器又分为合成膜电位器、金属碳膜电位器、导电塑料电位器、导电玻璃釉电位器。
〔2〕线绕电位器的电阻体由电阻丝缠绕在绝缘体上构成。
电阻丝越细，在给定空间内获得较大的电阻值和分辨率。
但是电阻丝太细，在使用过程中容易断开，影响使用寿命。
合成膜电位器的电阻体是用具有某一电阻值的悬浮液喷涂在绝缘骨架上形成电阻膜而成的。
优点：分辨率较高、阻值范围很宽〔100~ Ω〕，耐磨性较好、工艺简单、本钱低、输入—输出信号的线性度较好等；缺点：接触电阻大、功率不够大、容易吸潮、噪声较大等。
金属碳膜电位器的电阻体由合金、金属或金属氧化物等材料通过真空溅射或电镀方法，沉积在瓷基体上一层薄膜制成。
优点：具有无限的分辨率，接触电阻很小，耐热性好，适合在高频条件下使用。
缺点：耐磨性差，阻值范围窄。
导电塑料电位器又称为有机实心电位器。
电阻体是由塑料粉及导电材料的粉料经塑压而成。
优点：耐磨性好，使用寿命长，允许电刷接触压力很大，因此它在振动、冲击等恶劣的环境下仍能可靠地工作。
此外，它的分辨率教高，线性度较好，阻值范围大，能承受较大的功率。
缺点：是阻值易受温度和湿度的影响，故精度不易做得很高。
导电玻璃釉电位器又称为金属陶瓷电位器。
电阻体：以合金、金属化合物或难溶化合物等为导电材料，以玻璃釉为粘合剂，经混合烧结在玻璃基体上制成的。
优点：耐高温性好，耐磨性好，有较宽的阻值范围，电阻温度系数小且抗湿性强。
缺点：是接触电阻变化大，噪声大，不易保证测量的高精度。
〔3〕特性：①标称阻值：特性电位器的标称阻值采用E6, EI2系列，对于非线绕电位器其允许误差有202110%，5%，对线绕电位器允许其误差有10%，5%，2%，1%。
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。
电位器式压力传感器工作原理
电位器式压力传感器工作原理电位器式压力传感器，这个名字听起来有点复杂，其实它就是一个能把压力转换成电信号的小家伙，简单得很。
想象一下，你的手掌轻轻压在一个软软的垫子上，垫子感受到你施加的力量，然后把这个信息传递给了一个小电器，咻的一声变成了电信号。
没错，这就是电位器式压力传感器的工作原理，听起来是不是很神奇？咱们得聊聊什么是电位器。
电位器就像一个调音器，能根据你调节的方向和幅度，改变电流的流动。
它里面有一个滑动的接触点，随便一动，就能改变电阻值。
就像在调节音量一样，转一转就有不同的声音。
这种滑动的机制，正好适合用来感应压力的变化。
你想象一下，当压力增大时，电位器的电阻也会随之变化，这样一来，电流的流动也就跟着改变。
妙吧？咱们说说传感器的实际应用。
比如，汽车里那些高科技的安全系统，很多时候就用到了电位器式压力传感器。
车子一加速，刹车时的压力变化，都会被这些小装置精确捕捉到，进而保证驾驶的安全。
想想看，开车就像是在过山车，安全带是必须的，但传感器才是让你安心的“隐形护卫”。
一旦出现意外，传感器会迅速反应，把信息传递给刹车系统，帮助你及时减速，真是个聪明的家伙。
还有在工业生产中，电位器式压力传感器更是不可或缺的“工作小蜜蜂”。
在某些生产线中，压力的变化可以直接影响产品的质量。
如果压力太低，产品可能就达不到标准；如果压力太高，可能会造成浪费或危险。
这时候，这种传感器就像是企业的“保姆”，时刻监测着压力的变化，确保每一步都稳稳当当。
可以说，它们在背后默默奉献，真是值得点赞。
不过，这种传感器也有一些小脾气。
环境的变化，比如温度和湿度，也会影响它的表现。
就像人一样，在太热或者太冷的地方，情绪难免受影响。
所以，使用电位器式压力传感器时，得好好照顾它们，给它们提供一个舒适的工作环境。
你看，跟养宠物似的，要时刻关注它的状态，才能保证它发挥出最佳的能力。
电位器式压力传感器在生活中无处不在，像是一个小小的侦探，帮我们发现那些肉眼无法察觉的变化。
电位器式传感器工作原理
电位器式传感器工作原理电位器式传感器是一种常见的传感器类型，它的工作原理是基于电阻值的变化来检测物理量的变化。
电位器式传感器通常由一个电阻器和一个滑动触点组成，当物理量发生变化时，滑动触点会移动，从而改变电阻器的电阻值。
电位器式传感器的工作原理可以用一个简单的电路来说明。
假设电路中有一个电源和一个电阻器，电阻器的两端分别连接到电源的正负极，电位器的滑动触点连接到电路的中间。
当电位器的滑动触点移动时，它会改变电阻器的电阻值，从而改变电路中的电流和电压。
电位器式传感器可以用来检测多种物理量，例如温度、压力、位移等。
在温度传感器中，电位器的电阻值随着温度的变化而变化；在压力传感器中，电位器的电阻值随着压力的变化而变化；在位移传感器中，电位器的电阻值随着位移的变化而变化。
电位器式传感器的优点是简单、可靠、成本低廉。
它们通常具有较高的分辨率和灵敏度，可以检测微小的物理量变化。
另外，电位器式传感器可以与微控制器等数字电路相结合，实现数字化输出，方便数据处理和分析。
然而，电位器式传感器也存在一些缺点。
首先，它们的精度和稳定性受到环境因素的影响，例如温度、湿度、振动等。
其次，电位器式传感器的寿命有限，滑动触点和电阻器的磨损会导致电阻值的变化。
最后，电位器式传感器的线性度和重复性可能不够理想，需要进行校准和调整。
总之，电位器式传感器是一种简单、可靠、成本低廉的传感器类型，适用于多种物理量的检测。
它们的工作原理基于电阻值的变化，可以与数字电路相结合，实现数字化输出。
然而，电位器式传感器也存在一些缺点，需要注意环境因素、寿命、线性度和重复性等问题。
电位器传感器
电位器传感器电位器传感器，或称为电阻器传感器，是一种基于电阻值变化来检测物理量变化的传感器。
它由一个导电材料制成的可变电阻器组成，当物理量发生变化时，导致电位器内部电阻值的变化，从而产生电压或电流的变化。
因为电位器传感器具有响应速度快、精度高、可靠性强、体积小等优点，因此在机械、电子、仪器仪表等领域中得到广泛应用。
一、电位器传感器的原理电位器传感器的原理是利用导电材料在物理量作用下产生的电阻值变化来检测物理量的变化。
普通的电位器由一根电阻丝和一组固定电极组成。
当电位器转动时，电阻丝的长度发生变化，从而产生电阻值的变化。
电位器传感器使用的电阻丝通常是由导电性和延展性较好的金属丝或碳丝制成。
当它受到物理量（如温度、湿度、压力、角度等）的作用时，其电阻值随着变化。
如果将电位器连接到电路中作为测量电路的一部分，当物理量发生变化时，电路中的电压或电流也会发生相应的变化。
二、电位器传感器的分类根据电位器传感器的工作原理和测量物理量的种类，它可以分为以下几类：1. 基于线性运动的电位器传感器：例如测量长度、位移或压力的电位器传感器。
2. 基于角度运动的电位器传感器：例如测量角度、位置或旋转角度的电位器传感器。
3. 基于温度的电位器传感器：例如NTC热敏电阻和PTC热敏电阻等，根据温度的变化改变电阻值来测量温度。
4. 基于湿度的电位器传感器：例如用聚合物作为感湿材料的电位器传感器，通过测量材料电阻值的变化来检测湿度。
5. 基于压力的电位器传感器：例如用金属箔作为感应材料的电位器传感器，测量变形时的电阻值变化来检测压力。
三、电位器传感器的应用1. 汽车工业：例如在汽车油门踏板中使用电位器传感器来测量加速踏板的位置和行程。
2. 机械工业：例如在数控机床中使用电位器传感器来测量机床的加工范围和机床的位置。
3. 电子工业：例如在数码游戏手柄中使用电位器传感器来控制游戏人物的运动方向和速度。
4. 医疗保健：例如在心脏起搏器中使用电位器传感器来测量心脏跳动的速率和节律。
电位器式电阻传感器
电位器式传感器 视在脉冲为二者之和： 例：一个电位器，总电压为10V，匝数为10，电刷从第5匝到第6匝过程中，计算电压的变化情况。 j j+1
2.1 电位器式传感器
j
j+1
电位器式传感器 工程上常把实际阶梯曲线简化成理想阶梯曲线,如图2-5所示。 理想阶梯曲线
01
电压分辨率: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
电位器式传感器常用来测量位移、压力、加速度等参量。 1.下图是电位器式位移传感器的结构图。
2.1 电位器式传感器—应用
电位器式压力传感器
2.1 电位器式传感器—应用
电位器式压力传感器
2、电位器式压力传感器
当被测流体通入弹性敏感元件膜盒的内腔时，在流体压力作用下，膜盒硬中心产生弹性位移，推动连杆上移，使曲柄轴带动电位器的电刷在电阻体上滑动1 电位器式传感器
2.1 电位器式传感器
行程分辨率: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
电位器式传感器
从图中可见，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直线，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。
∴Rmax=mRL=0.032×1250Ω=40Ω
Usr=I RL=5×10-3×1250V=6.25V;
∴L=6250/60mm=104mm
所以根据设计要求应选择总阻值为40，总长度为104 mm电位器,电源激励电压Usr为6.25V，这样便可构成满足上述要求的电位器式位移测量系统。
例题
01
试分析电位器式传感器的负载特性？什么是负载误差？如何减小负载误差？
《电位器式传感器》课件
CONTENTS
目录
• 电位器式传感器概述 • 电位器式传感器的结构与组成 • 电位器式传感器的性能参数 • 电位器式传感器的使用与维护 • 电位器式传感器的未来发展与展望
CHAPTER
01
电位器式传感器概述
定义与工作原理
定义
电位器式传感器是一种将物理量 （如位移、压力等）转换为电信 号的装置。
轴承与密封件
轴承是电位器式传感器中支撑轴 的部件，起到减小摩擦和磨损的
作用。
密封件用于保护传感器内部组件 不受外界环境的影响，如灰尘、
水分等。
轴承和密封件的材料和设计对传 感器的性能和使用寿命有很大影 响，需要选择合适的材料和工艺
进行制造。
CHAPTER
03
电位器式传感器的性能参数
电阻值与阻值变化规律
电刷和导电带的材质和接触方 式对传感器的性能有很大影响 ，需要保证良好的导电性和稳 定性。
框架与轴
框架是电位器式传感器的支撑结构， 用于安装和固定其他组件。
框架和轴的设计需要考虑到强度、刚 度和耐久性等因素，以确保传感器在 使用过程中的稳定性和可靠性。
轴是连接电刷和框架的部件，保证电 刷能够随着测量物体的移动而转动。
灵敏度
灵敏度是指电位器式传感器在单位输入下输出的变化量。灵敏度越高，传感器对 微小变化的响应越快，测量精度也越高。
温度稳定性与寿命
温度稳定性
电位器式传感器在使用过程中，其电 阻值会受到环境温度的影响。温度稳 定性好的传感器能在较宽的温度范围 内保持稳定的性能。
寿命
电位器式传感器的寿命是指其在使用 过程中能够保持性能参数不变的时限 。选择寿命长的传感器可以降低更换 和维护成本。
电子课件-《传感器应用技术》-B02-9641 4-1
1-一次侧线圈；2-二次侧线圈；3-磁芯 差动变压器线圈的各种排列方式
一、电位器式位移传感器
2）光电电位器 光电电位器是一种非接触式电位器，用光 束代替电刷，克服接触式电位器耐磨性差、寿命较短的缺点。
光电电位器如图所示。
1-光电导层；2-基体；3-薄膜电阻带；4-电刷窄光束；5-光电极 光电电位器
二、电容式位移传感器
电容式传感器是通过把被测量转换成电容量的变化来工 作的一种传感器。它具有结构简单、灵敏度高、动态响应 特性好、适应性强、抗过载能力大及价格便宜等特点，可 以用来测量位移、液位、振动、压力、力等参数。但电容 式传感器的泄露电阻和非线性等缺点也给它的应用带来一 定的局限。
二、电容式位移传感器
（1）变面积式电容传感器 如图所示，是一直线位移型电容式传感器的示意图。
直线位移型电容式传感型；b）齿形极板型；c）圆筒形；d）差动型 变面积式电容传感器的派生型
二、电容式位移传感器
（2）变间隙式电容传感器 如图所示为变间隙式电容传感器的原理图。
第四章 位置传感器
第一节 模拟式位移传感器
一、电位器式位移传感器
电位器式传感器是将机械位移通过电位器转换为与 之成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件。电位 器按结构形式不同，可分为绕线式和非绕线式两大类。 绕线电位器式传感器是目前最常用的一种。
一、电位器式位移传感器
1.电位器基本结构及工作原理 如图所示为仪表与传感器上使用的某绕线式电位器 的结构原理图。它们是由电阻元件1及电刷2（活动触点） 两个基本部分组成。
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。
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电位器基本结构示意图
(第4章 电位器式传感器)
4.2 线绕式电位器的特性
4.2.1 灵敏度 4.2.2 阶梯特性和阶梯误差 4.2.3 分辨率
(第4章 电位器式传感器)
4.2 线绕式电位器的特性
4.2.1 灵敏度
相对偏差越大；增大膜片厚度，相对偏差减小
(第4章 电位器式传感器)
4.6 电位器式传感器的典型实例
4.6.1 电位器式压力传感器 4.6.2 电位器式加速度传感器
(第4章 电位器式传感器)
4.6.2 电位器式加速度传感器
结构原理
图示该传感器原理结构
质量块感受加速度形成惯性力
-ma，敏感结构产生位移 x；弹 簧片产生恢复力 kx 平衡惯性力
【简单算例2】
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；
电阻丝采用贵金属合金，可加工成直 径 0.01 mm 非常细的丝材，绕制于 0.3 ～0.4 mm 厚骨架而不折断
电位器基本结构示意图
(第4章 电位器式传感器)
4.5 电位器的结构与材料
4.5.2 电 刷
电刷采用耐磨贵金属丝，直径约 0.1～0.2 mm，弯成适当形状
电位器基本结构示意图 常见的几种电刷结构示意图
电刷材料应与电阻体匹配，提高可靠性和寿命
(第4章 电位器式传感器)
4.5 电位器的结构与材料
4.5.3 骨 架
绝缘性好，足够强度和刚度，耐热、抗湿、宜加工，便于制 成所需形状及结构，空气温度和湿度变化不致变形；
一般精度电位器，骨架采用塑料、夹布胶木等； 高精度电位器采用金属骨架；
有环形、弧形、条形、柱形、棒形 和特型等形式； 图示为阶梯形骨架和曲线形骨架
第4章 电位器式传感器
4.1 基本结构与功能 4.2 线绕式电位器的特性 4.3 非线性电位器 4.4 电位器的负载特性及负载误差 4.5 电位器的结构与材料 4.6 电位器式传感器的典型实例
第4章作业 4.1、4.2、4.4、4.5、4.8、4.9、4.11、4.12、 4.13、4.14、4.15
b
x h x S xt x
x
，
变骨架方式
变绕线节距方式
骨架实际结构
(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
分流电阻法
特别说明：ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
给定电位法
分流电阻法：改变电路连接方式及电阻值，可实现较大斜率变化；
既可单调，也可非单调
电位给定法：依分段特性要求，做成抽头线性电位器，各抽头点
(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
负载误差的完全补偿方式
将电位器空载特性设计成上凸非线性曲线，加负载后负载特性 正好落在所要求直线特性上
(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
x ma k
m — 敏感质量 k — 刚度系数
a
电位器式加速度传感器
(第4章 电位器式传感器)
4.6.2 电位器式加速度传感器
应用特点
主要用于测量变化较慢线加 速度和低频振动加速度；
优点：输出较大，无需专门 信号放大电路；
缺点：误差稍大、灵敏度低 、频带窄、功耗高、寿命短
a
电位器式加速度传感器
(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
基于线绕式电位器电阻灵敏度公式 给出几种不同绕制方式
R x
x
2
4.4.2 负载误差 【简单算例1】
带负载的电位器
(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
4.4.2 负载误差 【简单算例1】
带负载的电位器
基本结论： 定量反映了负载系数对负载误差影响情况； 最大相对负载误差发生在电刷相对行程 0.6～0.8； 负载系数越大，最大误差处越靠近电刷相对行程 2/3
线绕式电位器的特型骨架
(第4章 电位器式传感器)
4.6 电位器式传感器的典型实例
4.6.1 电位器式压力传感器 4.6.2 电位器式加速度传感器
(第4章 电位器式传感器)
4.6 电位器式传感器的典型实例
4.6.1 电位器式压力传感器 4.6.2 电位器式加速度传感器
(第4章 电位器式传感器)
4.6.1 电位器式压力传感器
(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
(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 → 负载系数越大，负载误差越小 限制电位器工作范围 重新设计电位器空载特性
传感器技术案例教程
第4章结束
特性方程
压力作用于周边固支波纹膜片， 相当于在膜片中心作用有等效集中 力；单个波纹膜片中心位移为
WC
Aeq pR2 πAF Eh3
,
Feq Aeq p
p
电位器式压力传感器
(第4章 电位器式传感器)
4.6.1 电位器式压力传感器
特性方程
一个膜盒有两个周边固支波纹膜片 ，图示由四个相同波纹膜片串联组
4.2.2 阶梯特性和阶梯误差
阶梯特性：电刷按匝移动，一匝一 个节距，输出有一个微小跳跃，如 阶梯状折线；
阶梯特性带来阶梯误差(原理误差)
W 匝有 W 次跳跃，线性电位器的 阶梯误差
S
R
2W
R
1 2W
100%
→ 减少阶梯误差方式就是增加总匝数
线绕式电位器阶梯特性
(第4章 电位器式传感器)
4.2 线绕式电位器的特性
电位由其他电位器设定；设计灵活、使用方便
(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
4.4.1 负载特性 4.4.2 负载误差 4.4.3 减小负载误差的措施
(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
4.4.1 负载特性
输出端有负载的输出特性
Uout
Rf R
Rf R Rf Rf R
r2 (r 1) Kf r r2
→ 负载系数越大，负载误差越小
相对行程 0 - 1，负载误差约为
fz r 2 (1 r) Kf
→ 负载误差最大值约发生在相对行 程 2/3，约为
fzmax 0.1481 Kf 0.2222
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
R
(R0
R)
Uin
Uin RRf Rf R0 RR0 R2
Y
1 r
r Kf r2
Kf
带负载的电位器
理想情况(空载)
Y r
电位器负载输出特性 →
负载特性曲线
(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
4.4.2 负载误差
负载误差：负载特性与空载特性的相对偏差
fz
Y
Ykz
，相对偏差为
WP,1 WP,2 WP,2
4 AeqlP pR2 πAF lC Eh3
lP lC
4 Aeq R2 p πEAF h3 4R2KE
lP lC
4 Aeq R2 p πEAF h3 4R2KE
p
电位器式压力传感器
4R2KE πAF Eh3
→ 弹簧刚度越大，膜片半径越大，近似分析结果(忽略弹簧)
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；
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
a
；输出位移反映加速度大小和方
向
电位器式加速度传感器
电刷与质量块刚性连接，电阻元件固定安装在传感器壳体
杯形空心质量块由弹簧片支承，内部装有与壳体连接的活 塞，产生气体阻尼效应；改变排气孔大小调节阻尼系数
(第4章 电位器式传感器)
4.6.2 电位器式加速度传感器