wy-第3章-能量控制型传感器-1解析.ppt

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1、3.1电位器式传感器电阻丝电阻丝骨架骨架电刷电刷 电位器式传感器：将电位器式传感器：将位移位移转换为转换为电阻或电压电阻或电压输出的传感元输出的传感元件。多用于测量压力、高度和加速度等参数。电位器式位移传件。多用于测量压力、高度和加速度等参数。电位器式位移传感器的原理图如图感器的原理图如图3-1所示。所示。 假定假定全长为全长为xmax，其，其总电阻为总电阻为Rmax，电阻沿长度，电阻沿长度均匀分布均匀分布，则当滑臂由则当滑臂由A向向B移动移动x后，后，A与滑臂之间的电阻与滑臂之间的电阻Rx为为maxmaxRxxRxmaxmaxUxxUx 假定在假定在A、B两端加上电压两端加上电压Umax，则

2、输出电压，则输出电压Ux为为图3-2电位器式角度传感器原理图1电阻丝2滑臂 3骨架 电位器式角度传感器，如图电位器式角度传感器，如图3-2所示。其输出电阻所示。其输出电阻Rx与旋转与旋转角度角度的关系为的关系为maxmaxRRxmaxmaxUUx输出电压Ux为电源电源滑动片滑动片圆盘式电位器3.1.1电位器的结构与材料 电位器的基本结构相近，主要由电位器的基本结构相近，主要由骨架、电阻元件及活动电刷骨架、电阻元件及活动电刷组成。线绕式电位器的电阻元件由金属电阻丝绕成，如图组成。线绕式电位器的电阻元件由金属电阻丝绕成，如图3-3所所示。示。线性线绕式电位器线性线绕式电位器骨架截面积处处相等骨架截

3、面积处处相等，由材料均匀的导线，由材料均匀的导线按相等的节距绕成，其特性稳定，制造精度容易保证。按相等的节距绕成，其特性稳定，制造精度容易保证。图图3-3线性线绕式电位器线性线绕式电位器a)绕线式电位器绕线式电位器b)等效电路等效电路r-节距骨架截面积3.1.1电位器的结构与材料 1 1、电阻丝、电阻丝 要求电阻率高、电阻温度系数小、强度高和延展性好，对要求电阻率高、电阻温度系数小、强度高和延展性好，对铜的热电动势小，耐磨、耐腐蚀和焊接性好等。铜的热电动势小，耐磨、耐腐蚀和焊接性好等。 常用的材料有康铜丝、铂铱合金和卡玛丝等。常用的材料有康铜丝、铂铱合金和卡玛丝等。 2 2、电刷、电刷 电刷由

4、电刷触头、电刷臂、导向和轴承装置等构成。其质电刷由电刷触头、电刷臂、导向和轴承装置等构成。其质量的好坏影响噪声电平及工作的可靠性。量的好坏影响噪声电平及工作的可靠性。 电刷触头的材料：电刷触头的材料：常用银、铂铱和铂铑等金属；常用银、铂铱和铂铑等金属；电刷臂电刷臂用磷用磷青铜等弹性较好的材料。青铜等弹性较好的材料。 电刷要求保持一定的接触压力，约电刷要求保持一定的接触压力，约50100mN。过大的接触。过大的接触压力会使仪器产生误差，并加速磨损；压力过小则可能接触不可压力会使仪器产生误差，并加速磨损；压力过小则可能接触不可靠。靠。图3-4某些电刷结构a)矩形电刷b)环形电刷c)柱形电刷d)棒形

5、电刷1电刷2电阻元件 3 3、骨架、骨架 骨架材料与电阻丝材料具有骨架材料与电阻丝材料具有相同的膨胀系数相同的膨胀系数、骨架的电、骨架的电气气绝缘好绝缘好、有、有足够的强度和刚度足够的强度和刚度、散热性好、耐潮湿和易加工散热性好、耐潮湿和易加工。 常用材料有常用材料有：陶瓷、酚醛树脂及工程塑料等绝缘材料。对：陶瓷、酚醛树脂及工程塑料等绝缘材料。对于于精密电位器精密电位器，广泛采用经绝缘处理的金属骨架（导热性好，广泛采用经绝缘处理的金属骨架（导热性好，可提高电位器允许电流，强度大、加工尺寸精度高）。可提高电位器允许电流，强度大、加工尺寸精度高）。 骨架的形式骨架的形式有：矩形、环形、柱形、棒形及

6、其他形状。常有：矩形、环形、柱形、棒形及其他形状。常用的多为矩形，其厚度应大于导线直径用的多为矩形，其厚度应大于导线直径d的的4 4倍，圆角半径倍，圆角半径R应应不小于导线直径不小于导线直径d的的2 2倍（倍（R2d）。）。 电位器制成后，要用电木漆或其他绝缘漆浸渍，以提高其电位器制成后，要用电木漆或其他绝缘漆浸渍，以提高其机械强度。与电刷接触的工作面的绝缘漆要刮掉，并进行机械机械强度。与电刷接触的工作面的绝缘漆要刮掉，并进行机械抛光。抛光。3.1.2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：利用弹性元件（如弹簧管、膜片或膜盒）把被：利用弹性元件（如弹簧管、膜片或膜盒）把被

7、测的测的压力压力变换为弹性元件的变换为弹性元件的位移位移，由此位移带动电刷触头移动，从而引起，由此位移带动电刷触头移动，从而引起输出电压或电流的变化。输出电压或电流的变化。 1 1、YCD-150YCD-150型压力传感器型压力传感器 由一个弹簧管和电位器构成，电位器由一个弹簧管和电位器构成，电位器固定在壳体上，电刷与弹簧管的传动机构固定在壳体上，电刷与弹簧管的传动机构相连。当被测压力发生变化时，弹簧管的相连。当被测压力发生变化时，弹簧管的自由端移动，通过传动机构带动压力表指自由端移动，通过传动机构带动压力表指针，同时带动电刷在电位器上滑动，从而针，同时带动电刷在电位器上滑动，从而将被测压力转

8、换为电阻值的变化，输出一将被测压力转换为电阻值的变化，输出一个与被测压力成正比的电压信号。个与被测压力成正比的电压信号。图3-5 YCO型压力传感器原理1-电位器 2- 电刷 3-输出端子 2 2、膜盒电位器式压力传感器、膜盒电位器式压力传感器 如图如图3-63-6所示。弹性敏感元件所示。弹性敏感元件膜盒的内腔膜盒的内腔通入被测流体，在流体通入被测流体，在流体压力压力的作用下，膜盒中心产生的作用下，膜盒中心产生位移位移，推动连杆上移，使曲柄轴带动电刷移动，推动连杆上移，使曲柄轴带动电刷移动，从而输出一个与被测压力成正比的电压信号。从而输出一个与被测压力成正比的电压信号。3-6 膜盒电位器式压力

9、传感器原理1-膜盒 2-连杆 3-电位器连杆连杆曲柄轴曲柄轴电位器电位器 3、电位器式位移传感器、电位器式位移传感器 如图如图3-7所示，电阻丝所示，电阻丝l以均匀的间隔绕在骨架（用绝缘材料制成）上，以均匀的间隔绕在骨架（用绝缘材料制成）上，触头触头3沿着电阻丝的裸露部分滑动，并由导电电片沿着电阻丝的裸露部分滑动，并由导电电片4输出。输出。 在测量在测量小位移小位移时，往往用齿轮和齿条机构把时，往往用齿轮和齿条机构把线位移变换成角位移线位移变换成角位移，如图，如图3-8所示。所示。3-7 电位器式位移传感器示意图1-电阻丝 2-输入轴 3-触头 4-导电片3-8 测小位移传感器示意图1- 齿条

10、 2-齿轮 3-电刷 4-电位器 摩托车汽油油位传感器摩托车汽油油位传感器由电阻器、滑片、浮子组成。浮子浮于油面上，并随油面由电阻器、滑片、浮子组成。浮子浮于油面上，并随油面的高低而升降，浮球经曲杆带动电刷滑片移动，改变阻值的大小，从而使油量表左、的高低而升降，浮球经曲杆带动电刷滑片移动，改变阻值的大小，从而使油量表左、右线圈内的电流发生变化。在两线圈合成磁场的作用下，带指针的转子发生偏转，右线圈内的电流发生变化。在两线圈合成磁场的作用下，带指针的转子发生偏转，从而指示油面的高度。从而指示油面的高度。 （1）当燃油箱）当燃油箱内无油时内无油时，浮子下降到最低位置，传感器上的电阻器被短路，同，浮

11、子下降到最低位置，传感器上的电阻器被短路，同时油量表的右线圈也被短路。左线圈在电源电压作用下，电流最大，铁心产生的磁时油量表的右线圈也被短路。左线圈在电源电压作用下，电流最大，铁心产生的磁力最强，使铁转子带动指针向左偏移，指针指于刻度盘上的力最强，使铁转子带动指针向左偏移，指针指于刻度盘上的“ 0 ”或或“ E ”位置上。位置上。 （2）当燃油箱内）当燃油箱内油量增加油量增加时，浮子上升，传感器中的电阻器部分被接入，右线时，浮子上升，传感器中的电阻器部分被接入，右线圈中的电流也因此增大，同时右铁心磁力增强。而左线圈中由于串联了电阻，线圈圈中的电流也因此增大，同时右铁心磁力增强。而左线圈中由于串

12、联了电阻，线圈内的电流相应减小，左线圈铁心磁力减弱，铁转子因此向右偏转，使指针指出燃油内的电流相应减小，左线圈铁心磁力减弱，铁转子因此向右偏转，使指针指出燃油箱内的油量高度。当燃油箱内油满时，浮子升至最高位置，传感器中的电阻器全部箱内的油量高度。当燃油箱内油满时，浮子升至最高位置，传感器中的电阻器全部被接入。此时左线圈中电流最小，而右线圈中电流最大，转子向右偏转的角度也最被接入。此时左线圈中电流最小，而右线圈中电流最大，转子向右偏转的角度也最大，指针便指向刻度盘上的大，指针便指向刻度盘上的“ F ”或或“ 1 ”的位置。的位置。 电位器式传感器的电位器式传感器的特点特点： （1）优点：优点：结

13、构简单、尺寸小、重量轻、精度高、输出信号大、性能结构简单、尺寸小、重量轻、精度高、输出信号大、性能稳定和实现容易等。稳定和实现容易等。 （2）缺点：缺点：要求输入能量大，电刷与电阻元件之间容易磨损。要求输入能量大，电刷与电阻元件之间容易磨损。 电位器传感器的电位器传感器的种类种类： （1）按结构可分为：线绕式（）按结构可分为：线绕式（额定功率：额定功率：0.2550w0.2550w，阻值范围：，阻值范围：1001100100k00k，电刷从一匝移动到另一匝时阻值呈阶梯式变化，电刷从一匝移动到另一匝时阻值呈阶梯式变化）、薄膜式（）、薄膜式（合成膜、合成膜、金属膜。合成膜阻值范围宽：金属膜。合成膜阻值范围宽：1004.7M1004.7M，耐磨性较好，工艺简单，成本低，耐磨性较好，工艺简单，成本低，线性度好，但接触电阻大，功率不够大，容易吸潮，噪声较大等；金属膜具线性度好，但接触电阻大，功率不够大，容易吸潮，噪声较大等；金属膜具有无限分辨率，接触电阻小，耐热性好，但耐磨性较差，阻值范围窄有无限分辨率，接触电阻小，耐热性好，但耐磨性较差，阻值范围窄101010100 0）。）。 （2）按特性可分为：线性、非线性。）按特性可分为：线性、非线性。 （3）按触头动作形式：直行式、旋转式（单圈、多圈）。）按触头动作形式：直行式、旋转式（单圈、多圈）。