3.1 电位器式传感器解析

• 上面研究的是线性电位器的空载特性。实际上，由于负载 电阻 Rl ，当传感器带负载时的工作特性称为负载特 性。由于负载效应的存在，传感器的负载特性与理想空载 特性之间存在着偏差称为负载误差。负载误差与负载电阻Rl 的大小有关，负载电阻 Rl 愈大，负载误差愈小，反之亦然。
October 10, 2018
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• 由图3-3可求出绕线线性电位器传感器的阶梯误差 r j ，其定 义为理想阶梯特性曲线与理想的理论直线的最大偏差值与 最大输出电压之比的百分数，即：
1 U max U ( ) 2 N 100% 1 100% 2 100% rj U max U max 2N
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• 例3-1带负载线性电位器传感器电路见图3-4。图 xmax 50mm， Rmax 5k ， x 30 mm ， Rl 20k 。 中， U max 5V ， 求负载误差。若Rl 100k，负载误差又是多少？ 解：由式（3-2）和式（3-3）可求得位移 x 时
Rx
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ห้องสมุดไป่ตู้气测试技术
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图3-1 电位器式传感器原理图 a）直线位移式 b）转角位移式 1－金属电阻丝 2－骨架 3－电刷
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电位器式传感器结构形式
• 电位器式传感器分类 – 滑线式 – 半导体式 – 骨架式 – 分段电阻式 – 液体触点式 • 电位器式传感器结构 如右图所示。
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3.1.2 线性电位器式传感器
• 线性电位器式传感器的理想空载（负载电阻）特性曲线应 具有严格的直线性关系。图3-2是线性电位器式传感器原 理图。由图可见，线性电位器式传感器的骨架截面处处相 等，由材料均匀的金属电阻丝按相等截距绕制成电阻元件， 因此其最大电阻值为： 2 (b h) N Rmax A • 式中， 为导线的电阻率； A 为导线的截面积； b 和h 分别为骨架的宽度和高度； 图3-2 线性电位器式传感器原理图 a）结构图 b）原理图 N 为电位器线圈的总匝数。
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3.1 电位器式传感器
• 电位器式传感器 – 把直线位移或转角位移转换成具有一定函数关系的输 出电阻或输出电压。因此可以用来测量振动、位移、 速度、加速度和压力等非电参数。 • 原理 Rx R / L x kR x – 电阻变化： – 相应电刷位移 x 的电压输出 U 0 为： U 0 U / R x ks x 式中 k R 电位器的电阻灵敏度 。 式中 kS 电位器的电压灵敏度 。 – 当电阻丝直径与材质一定时，则电阻 R 随导线长度 L 而变化。
传感器电阻和空载输出电压分别为：
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3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 电位器式传感器 电阻应变式传感器 电感式传感器 电容式传感器 热电偶传感器 热电阻传感器 压电传感器 超声波传感器 振弦式传感器
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第3章 非电量的电测技术
3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 光电式传感器 激光式传感器 光纤传感器 红外式传感器 热敏传感器 霍尔式传感器 气敏传感器
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第3章 非电量的电测技术
• 何为非电量？
机械量（如温度、压力、速度、位移、应变、流量、液位等）、 热工量（如温度、 压力、流量等）和化工量（浓度、成分、PH值 等）。
• 非电量的电测技术就是将各种非电量变换为电量，而后进 行测量的方法。 • 非电量电测技术中的关键技术是研究如何将非电量转换成 电量的技术――传感技术。
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Rmax x kR x xmax
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• 由于电位器单位长度上电阻值处处相等，当电刷行程为 时，对应的空载输出电阻和输出电压分别为：
Rx
x
和
U max Ux x kU x xmax
xmax和 U max分别为电位器电刷的最大行程和加于电 • 式中， k R和 kU 分别为线性电位器的电阻灵 位器两端的最大电压； 敏度和电压灵敏度。 • 由于 xmax Nt ， t 为导线间的节距，因此 kR 和 kU 可表示为：
和 式中， I 为导线中的电流。
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2(b h) kR At
2(b h) kU I At
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• 实际上绕线线性电位器的变换是一匝一匝进行的，电刷每 R）， 移过一匝，输出电压（或电阻）产生一个增量 U（ 其值为： U max U N • 由此可见，绕线线性电位器传感器的输入输出特性不是线 性的，而是一条阶梯特性曲线。其理想阶梯特性曲线见图 3-3。 • 由图3-3可求出绕线线性电位器传感器的电压分辨率 k B， 其定义为：在工作行程内电位器产生一个可测得出的输出 电压变化量与最大输出电压之比的百分数，即： U max U 1 N kB 100% 100% 100% U max 图3-3 绕线线性电位器传感器理想阶梯特性曲线 U max N
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3.1.1 电位器式传感器的结构
• 常用电位器式传感器有：直线位移型、角位移型、非线性型
左图为典型的电位器式传感器的 结构原理。它由电阻元件（包括骨 架和金属电阻丝）和电刷（活动触 点）两个基本部分组成。 由图可见，当有机械位移时，电 位器的动触点产生位移，而改变了 动触点相对于电位参考点（A点） 的电阻 ，从而实现了非电量（位 移）到电量（电阻值或电压幅值） 的转换。 电位器式传感器有线性和非线 性电位器式传感器两大类。