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电感式位移传感器
电容式位移传感器
霍尔式位移传感器
位移传感器工程应用案例
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第7章 位移传感器及工程应用
把位移变化转换成电阻值变化的敏感元件称作电位器式位移传感器，简称为电位器。
电位器种类繁多，若按其结构形式分类，可分为绕线式、薄膜式、分段式和液体触点式等多种。
若按其输入/输出特性分类，可分为线性电位器和非线性电位器两种。
线性电位器
线性电位器的结构
如果电位器的输出电阻与被测位移量呈线性关系，则称该电位器为线性电位器。常见线性电位器的结构如图7-1所示。
电位器式位移传感器
图7-1 常见线性电位器的基本结构
工作原理
当电位器的滑动触点受到外界作用力而产生位移时，就改变了电位器的电阻值，这个电阻值的变化与位移变化成线性关系，这就是线性电位器的工作原理。
根据使用场合的不同，电位器既可以作为变阻器使用，也可以作为分压器使用。由于电位器的输出功率较大，在一般场合下，可用指示仪表直接接收电位器送来的信号，这就大大地简化了测量电路。
非线性电位器
如果电位器的输出电阻与被测位移量呈非线性关系，则称它为非线性电位器。非线性电位器又称作函数电位器。
非线性电位器的结构
下面以图7-2(a)中所示的函数关系为例介绍非线性电位器的结构。首先对 R=f(x)曲线进行分析，确定实现方案。一般来说，实现函数电位器的方案有三种。
图7-2(a) 非线性电位器的特性曲线
第一种方法骨架结构示意图如图7-2(b)所示。该方法采用的是曲线骨架结构，通过精心设计骨架形状来逼近函数较精确，但曲线骨架制造困难。
图7-2(b) 采用曲线骨架结构示意图
第二种方法是在允许误差的范围内进行折线逼近，即用 四条线段 组成的折线代替原来的曲线来近似逼近曲线R=f(x)，采用阶梯骨架结构示意图如图7-2(c)所示。
图7-2(c) 采用阶梯骨架结构示意图
图7-2(a) 非线性电位器的特性曲线
式中：D为电阻丝直径；k为电阻丝绕制节距；ρ为电阻率；Ri为Ai点所对应的电阻值；xi为Ai点所对应的位移；b为骨架宽度；R0=0；x0=0。
对于阶梯骨架结构，在骨架宽度b一定的情况下，骨架高度hi可按下式计算
(7-1)
第三种方法是采用等截面骨架和电阻并联的结构来实现的，它的结构示意图如图7-2(d)所示。
图7-2(d) 等截面骨架结构示意图
图7-2(a) 非线性电位器的特性曲线
(7-2)
式中，R'i为等截面支架上xi-1点和xi点之间并联的电阻；R'(i-1)i为等截面支架上xi-1点和xi点之间电阻丝的电阻；Ri为i点所对应的电阻。
由上可见，这种等截面骨架函数电位器最易实现，但它只保证了在x1、x2、x3、x4点处的电阻值符合曲线；当电刷处在各段中间位置时，由于分流作用将引起一定的误差。故多用于要求精度不高的场合。
对于等截面骨架结构，各段并联的电阻值ri，一般可按下列公式计算
非线性电位器的滑动触点一般位于直线面上，当滑动触点受到外界作用力而产生位移时，就改变了电位器的电阻值，这个电阻值的变化与位移变化成非线性关系，这就是非线性电位器的工作原理。
绕线式电位器的材料
电阻丝的优点是电阻率大、电阻温度系数小，耐磨损，耐腐蚀、焊接方便等。常用电阻丝材料有以下几种：
1）铜锰合金类
％~％/℃，比铜的热电势小，约为1~2μV/℃，其缺点是工作温度低，一般为-50~60℃。