电位器式传感器
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图2-14电位器式位移传感器： 其中3为输入轴，电阻线1以均匀的间隔绕在用绝 缘材料制成的骨架上，触点2沿着电阻丝的裸露部分滑 动，并由导电片4输出。 图2-15电位器式位移传感器 在测量比较小的位移时，可将线位移变换成角位移。
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图2-14 电位器式位移传来自百度文库器示意图
24
图2-15 测小位移传感器示意图
2
电阻式传感器分类
1电位器式传感器 2应变片式传感器
3
3.4
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。 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。
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
11
• 二、 阶梯特性 • 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 (2-7) U n
弹簧管内通入被测流体,在流体压力作用下,弹簧管产 生弹性位移, 使曲柄轴带动电位器的电刷在电位器绕 组上滑动,因而输出一个与被测压力成比例的电压信号。 该电压信号可远距离传送,故可作为远程压力表。
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图2-12 YCO-l50型压力传感器原理图
20
• 电位器式压力传感器 电位器式压力传感器如图2-13
4
2.1.1 线性电位器
一、线性电位器的空载特性
•
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3-36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
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
其灵敏度应为
A nt
2(b h )n
Rmax 2(b h) kR xmax At U max 2(b h) ku I xmax At
(3-31)
(3-32)
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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。
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图2-5 理想阶梯特性曲线
13
非线性电位器
非线性电位器是指在空载时其输出电压(或电阻)与 电刷行程之间具有非线性函数关系的一种电位器， 也称函数电位器。常用的非线性线绕电位器有变骨 架式、变节距式、分路电阻式及电位给定式四种。
14
• 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
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
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电阻系数、温度系数、强度、电势及加工
2、电刷：某些电刷结构如图2-11 电刷触头、电刷臂、导向及轴承装置
3、骨架。
膨胀系数、绝缘性能、强度及加工
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图2-11 某些电刷结构
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电位器式传感器应用举例
• 电位器式压力传感器 • 电位器式压力传感器是利用弹性元件（如 弹簧管、膜片或膜盒）把被测的压力变换为弹性元件 的位移，并使此位移变为电刷触点的移动，从而引起 输出电压或电流的相应变化。 如图2-12 为YCD-150型远程压力表原理图。
• 弹性敏感元件膜盒的内腔 ,通入被测流体 ,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位 器绕组上滑动 , 同样输出一个与被测压力成比 例的电压信号。
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图2-13 膜盒电位器式压力传感器原理图
22
• 电位器式位移传感器
电位器式位移传感器常用于测量几毫米到几 十米的位移和几度到360°的角度。
25
• 电位器式加速度传感器 • 图 2-16 所示为电位器式加速度传感
器,惯性质量块在被测加速度的作用下 ,使片状 弹簧产生正比于被测加速度的位移 , 从而引起 电刷在电位器的电阻元件上滑动 , 输出一与加 速度成比例的电压信号。 • 电位器传感器结构简单 ,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。
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。
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图2-6 变骨架式电位器
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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：
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图2-14 电位器式位移传来自百度文库器示意图
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图2-15 测小位移传感器示意图
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电阻式传感器分类
1电位器式传感器 2应变片式传感器
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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。 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。
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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。
x xmax
Rx
Rmax
(3-27)
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图3-36 电位器式位移传感器原理图
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•
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
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• 二、 阶梯特性 • 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 (2-7) U n
弹簧管内通入被测流体,在流体压力作用下,弹簧管产 生弹性位移, 使曲柄轴带动电位器的电刷在电位器绕 组上滑动,因而输出一个与被测压力成比例的电压信号。 该电压信号可远距离传送,故可作为远程压力表。
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图2-12 YCO-l50型压力传感器原理图
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• 电位器式压力传感器 电位器式压力传感器如图2-13
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2.1.1 线性电位器
一、线性电位器的空载特性
•
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3-36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
a amax
x xmax
Rmax
(3-29)
Ua
U max
(3-30)
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图3-37 电位器式角度传感器
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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
其灵敏度应为
A nt
2(b h )n
Rmax 2(b h) kR xmax At U max 2(b h) ku I xmax At
(3-31)
(3-32)
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图3-38 线性线绕电位器示意图
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•
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。
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图2-5 理想阶梯特性曲线
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非线性电位器
非线性电位器是指在空载时其输出电压(或电阻)与 电刷行程之间具有非线性函数关系的一种电位器， 也称函数电位器。常用的非线性线绕电位器有变骨 架式、变节距式、分路电阻式及电位给定式四种。
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• 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
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图2-16 电位器式加速度传感器示意图
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谢谢观赏！
四川成都
西岭雪山 海拔3000米
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电阻系数、温度系数、强度、电势及加工
2、电刷：某些电刷结构如图2-11 电刷触头、电刷臂、导向及轴承装置
3、骨架。
膨胀系数、绝缘性能、强度及加工
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图2-11 某些电刷结构
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电位器式传感器应用举例
• 电位器式压力传感器 • 电位器式压力传感器是利用弹性元件（如 弹簧管、膜片或膜盒）把被测的压力变换为弹性元件 的位移，并使此位移变为电刷触点的移动，从而引起 输出电压或电流的相应变化。 如图2-12 为YCD-150型远程压力表原理图。
• 弹性敏感元件膜盒的内腔 ,通入被测流体 ,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位 器绕组上滑动 , 同样输出一个与被测压力成比 例的电压信号。
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图2-13 膜盒电位器式压力传感器原理图
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• 电位器式位移传感器
电位器式位移传感器常用于测量几毫米到几 十米的位移和几度到360°的角度。
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• 电位器式加速度传感器 • 图 2-16 所示为电位器式加速度传感
器,惯性质量块在被测加速度的作用下 ,使片状 弹簧产生正比于被测加速度的位移 , 从而引起 电刷在电位器的电阻元件上滑动 , 输出一与加 速度成比例的电压信号。 • 电位器传感器结构简单 ,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。
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。
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图2-6 变骨架式电位器
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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：