文档介绍：第2章电阻式传感器
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。
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第2章电阻式传感器

本章要点
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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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线性电位器
线性电位器的空载特性
图2-1 电位器式位移传感器原理图
图2-2 电位器式角度传感器
图2-3 线性线绕电位器示意图
阶梯特性、阶梯误差和分辨率
图2-4 局部剖面和阶梯特性图
图2-5 理想阶梯特性曲线
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图2-1 电位器式位移传感器原理图
作为变阻器使用,A到滑臂间的电阻:
作为分压器使用,输出电压:
图2-2 电位器式角度传感器
作为变阻器使用,电阻值与角度关系:
作为分压器使用:
图2-3 线性线绕电位器示意图
特性分析:
设有n匝,则总电阻为:
总长
则灵敏度可表示为:
结论:灵敏度除与电阻率有关外,还与骨架尺寸h、b,导线直径d,绕线节距t有关。
图2-4 阶梯特性图
产生原因:当电刷离开这一匝与下一匝接触时,电阻突然增加一匝电阻,因此特性曲线出现阶跃段。
视在分辨脉冲:
主要分辨脉冲:
次要分辨脉冲:
图2-5 理想阶梯特性图
电位器的阶梯误差定义:理想阶梯特性曲线对理论直线的最大偏差值与最大输出电压的百分数。
改善误差和分辨率的方式:

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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图2-6 变骨架电位器
如图所示,骨架高度呈曲线变化,当电刷移动微小距离dx时,会引起电阻的变化,则有:
即
以变骨架式为例,说明其空载特性:
上式也可表示为h与输出电压之间的关系:
结论:非线性电位器输出电阻与电刷行程之间是非线性函数关系,因此空载特性是一条曲线,其灵敏度与电刷位置有关,是变量。
电阻灵敏度
电压灵敏度
负载特性与负载误差
图2-7 带负载的电位器电路
图2-8 电位器的负载特性曲线族
图2-9 电位器负载误差曲线
图2-10 非线性电位器的空载特性与线性电位器的负载特性的镜象关系
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