电位器式传感器讲稿.ppt
关于电位器式传感器第一页，讲稿共二十八页哦2电阻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，其基本原理电阻式传感器的种类繁多，应用广泛，其基本原理是将是将被测物理量被测物理量的变化转换成的变化转换成电阻值电阻值的变化，再经相应的的变化，再经相应的测量电路测量电路而最后显示被测量值的变化。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、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。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。的手段之一。第二页，讲稿共二十八页哦3电阻式传感器分类电阻式传感器分类1电位器式传感器电位器式传感器2应变片式传感器应变片式传感器第三页，讲稿共二十八页哦43.4 电位器式传感器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。它主要是一种把设备中。它主要是一种把机械的线位移或角位移机械的线位移或角位移输入量转换为输入量转换为与它与它成一定函数关系的电阻或电压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。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。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。电位器。目前常用的以单圈线绕电位器居多。第四页，讲稿共二十八页哦5一、线性电位器的空载特性一、线性电位器的空载特性 线线性性电电位位器器的的理理想想空空载载特特性性曲曲线线应应具具有有严严格格的的线线性性关关系系。图图3-363-36所所示示为为电电位位器器式式位位移移传传感感器器原原理理图图。如如果果把把它它作作为为变变阻阻器器使使用用,假假定定全全长长为为x xmaxmax的的电电位位器器其其总总电电阻阻为为R Rmaxmax,电电阻阻沿沿长长度度的的分分布布是是均均匀匀的的,则则当当滑滑臂臂由由A A向向B B移移动动x x后后,A,A点点到到电电刷刷间间的的阻阻值为值为 (3-27)2.1.1 线性电位器线性电位器第五页，讲稿共二十八页哦6图3-36 电位器式位移传感器原理图第六页，讲稿共二十八页哦7 若若把把它它作作为为分分压压器器使使用用,且且假假定定加加在在电电位位器器A、B之间的电压为之间的电压为Umax,则输出电压为则输出电压为(3-28)图图3-37所示为电位器式角度传感器。作变阻器使用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则电阻与角度的关系为(3-29)作为分压器使用作为分压器使用,则有则有(3-30)第七页，讲稿共二十八页哦8图3-37 电位器式角度传感器第八页，讲稿共二十八页哦9 线线性性线线绕绕电电位位器器理理想想的的输输出出、输输入入关关系系遵遵循循上上述述四四个公式。因此对如图个公式。因此对如图3-38 所示的位移传感器来说所示的位移传感器来说,因为因为其灵敏度应为其灵敏度应为(3-32)(3-31)第九页，讲稿共二十八页哦10 图3-38 线性线绕电位器示意图第十页，讲稿共二十八页哦11 式式中中,kR、ku分分别别为为电电阻阻灵灵敏敏度度、电电压压灵灵敏敏度度;为为导导线线电电阻阻率率;A为为导导线线横横截面积截面积;n为线绕电位器绕线总匝数。为线绕电位器绕线总匝数。由由式式可可以以看看出出,线线性性线线绕绕电电位位器器的的电电阻阻灵灵敏敏度度和和电电压压灵灵敏敏度度除除与与电电阻阻率率有有关关外外,还还与与骨骨架架尺尺寸寸h和和b、导导线线横横截截面面积积A(导导线线直直径径d）、绕绕线线节节距距t t等等结结构构参参数数有有关关;电电压压灵灵敏敏度度还还与与通通过过电电位位器器的电流的电流I的大小有关。的大小有关。第十一页，讲稿共二十八页哦12二、阶梯特性 图图2-4所示为绕所示为绕n匝电阻丝的线性电位器的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上移动时,线圈一圈一圈的变化线圈一圈一圈的变化,因此因此,电位器阻值随电位器阻值随电刷移动电刷移动不是连续地改变不是连续地改变,导线与一匝接触的过程中导线与一匝接触的过程中,虽虽有微小位移有微小位移,但电阻值并无变化但电阻值并无变化,因而输出电压也不因而输出电压也不改变改变,在输出特性曲线上对应地出现在输出特性曲线上对应地出现平直段平直段;当电刷离当电刷离开这一匝而与下一匝接触时开这一匝而与下一匝接触时,电阻突然增加一匝阻值电阻突然增加一匝阻值,因此特性曲线相应出现因此特性曲线相应出现阶跃段阶跃段。这样。这样,电刷每移过一电刷每移过一匝匝,输出电压便阶跃一次输出电压便阶跃一次,共产生共产生n个电压阶梯个电压阶梯,其阶跃其阶跃值亦即名义分辨率为值亦即名义分辨率为(2-7)第十二页，讲稿共二十八页哦13图2-5 理想阶梯特性曲线第十三页，讲稿共二十八页哦14非线性电位器非线性电位器非线性电位器是指在空载时其输出电压非线性电位器是指在空载时其输出电压(或电阻或电阻)与与 电电刷行程之间具有非线性函数关系的一种电位器，也称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、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。变节距式、分路电阻式及电位给定式四种。第十四页，讲稿共二十八页哦15变骨架式非线性电位器 变变骨骨架架式式电电位位器器是是利利用用改改变变骨骨架架高高度度或宽度的方法来实现非线性函数特性。或宽度的方法来实现非线性函数特性。图图2-6所所示示为为一一种种变变骨骨架架高高度度式式非非线线性电位器。性电位器。第十五页，讲稿共二十八页哦16图2-6 变骨架式电位器第十六页，讲稿共二十八页哦17电位器的结构与材料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。线绕式电位器的电阻元件由金属电阻丝绕成。1、电阻丝：、电阻丝：电阻系数、温度系数、强度、电势及加工电阻系数、温度系数、强度、电势及加工 2、电刷：某些电刷结构如图、电刷：某些电刷结构如图2-11 电刷触头、电刷臂、导向及轴承装置电刷触头、电刷臂、导向及轴承装置 3、骨架。、骨架。膨胀系数、绝缘性能、强度及加工膨胀系数、绝缘性能、强度及加工 第十七页，讲稿共二十八页哦18图2-11 某些电刷结构第十八页，讲稿共二十八页哦19电位器式传感器应用举例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 电位器式压力传感器是利用弹性元件（如弹簧管、膜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。为电刷触点的移动，从而引起输出电压或电流的相应变化。如图如图2-12 为为YCD-150型远程压力表原理图。型远程压力表原理图。弹簧管内通入被测流体弹簧管内通入被测流体,在流体压力作用下在流体压力作用下,弹簧管产生弹弹簧管产生弹性位移性位移,使曲柄轴带动电位器的电刷在电位器绕组上滑动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离传送,故可作为远程压力表故可作为远程压力表。第十九页，讲稿共二十八页哦20图2-12 YCO-l50型压力传感器原理图第二十页，讲稿共二十八页哦21电位器式压力传感器电位器式压力传感器 电位器式压力传感器如图电位器式压力传感器如图2-13 弹弹性性敏敏感感元元件件膜膜盒盒的的内内腔腔,通通入入被被测测流流体体,在在流流体体压压力力作作用用下下,膜膜盒盒硬硬中中心心产产生生弹弹性性位位移移,推推动动连连杆杆上上移移,使使曲曲柄柄轴轴带带动动电电位位器器的的电电刷刷在在电电位位器器绕绕组组上上滑滑动动,同样输出一个与被测压力成比例的电压信号同样输出一个与被测压力成比例的电压信号。第二十一页，讲稿共二十八页哦22图2-13 膜盒电位器式压力传感器原理图第二十二页，讲稿共二十八页哦23电位器式位移传感器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的位移和几度到360的角度。的角度。图图2-14电位器式位移传感器：电位器式位移传感器：其中其中3为输入轴，电阻线为输入轴，电阻线1以均匀的间隔绕在用绝缘材料制以均匀的间隔绕在用绝缘材料制成的骨架上，触点成的骨架上，触点2沿着电阻丝的裸露部分滑动，并由导电片沿着电阻丝的裸露部分滑动，并由导电片4输出。输出。图图2-15电位器式位移传感器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。在测量比较小的位移时，可将线位移变换成角位移。第二十三页，讲稿共二十八页哦24图2-14 电位器式位移传感器示意图第二十四页，讲稿共二十八页哦25图2-15 测小位移传感器示意图第二十五页，讲稿共二十八页哦26电位器式加速度传感器 图图2-16所所示示为为电电位位器器式式加加速速度度传传感感器器,惯惯性性质质量量块块在在被被测测加加速速度度的的作作用用下下,使使片片状状弹弹簧簧产产生生正正比比于于被被测测加加速速度度的的位位移移,从从而而引引起起电电刷刷在在电电位位器器的的电阻元件上滑动电阻元件上滑动,输出一与加速度成比例的电压信号。输出一与加速度成比例的电压信号。电电位位器器传传感感器器结结构构简简单单,价价格格低低廉廉,性性能能稳稳定定,能能承承受受恶恶劣劣环环境境条条件件,输输出出功功率率大大,一一般般不不需需要要对对输输出出信信号号放放大大就就可可以以直直接接驱驱动动伺伺服服元元件件和和显显示示仪仪表表;其其缺缺点点是是精精度度不不高高,动动态态响响应应较较差差,不不适适于于测测量快速变化量。量快速变化量。第二十六页，讲稿共二十八页哦27图2-16 电位器式加速度传感器示意图第二十七页，讲稿共二十八页哦感感谢谢大大家家观观看看第二十八页，讲稿共二十八页哦
