電位器式傳感器PPT課件

1、.,1,電位器式傳感器,.,2,電阻式傳感器,電阻式傳感器的種類繁多，應用廣泛，其基本原理是將被測物理量的變化轉換成電阻值的變化，再經相應的測量電路而最后顯示被測量值的變化。 電阻式傳感器與相應的測量電路組成的測力、測壓、稱重、測位移、測加速度、測扭矩、測溫度等測試系統(tǒng)。目前已成為生產過程檢測以及實現(xiàn)生產自動化不可缺少的手段之一。,.,3,電阻式傳感器分類,1電位器式傳感器 2應變片式傳感器,.,4,3.4 電位器式傳感器,電位器是一種常用的機電元件，廣泛應用于各種電器和電子設備中。它主要是一種把機械的線位移或角位移輸入量轉換為與它成一定函數(shù)關系的電阻或電壓輸出的傳感元件來使用。它們主要用于測

2、量壓力、高度、加速度、航面角等各種參數(shù)。 電位器式傳感器具有一系列優(yōu)點，如結構簡單、尺寸小、重量輕、精度高、輸出信號大、性能穩(wěn)定并容易實現(xiàn)任意函數(shù)。其缺點是要求輸入能量大，電刷與電阻元件之間容易磨損。 電位器的種類很多，按其結構形式不同，可分為線繞式、薄膜式、光電式等；按特性不同，可分為線性電位器和非線性電位器。目前常用的以單圈線繞電位器居多。,.,5,一、線性電位器的空載特性 線性電位器的理想空載特性曲線應具有嚴格的線性關系。圖3-36所示為電位器式位移傳感器原理圖。如果把它作為變阻器使用,假定全長為xmax的電位器其總電阻為Rmax,電阻沿長度的分布是均勻的,則當滑臂由A向B移動x后,A點

3、到電刷間的阻值為,(3-27),2.1.1 線性電位器,.,6,圖3-36 電位器式位移傳感器原理圖,.,7,若把它作為分壓器使用,且假定加在電位器A、B之間的電壓為Umax,則輸出電壓為,(3-28),圖3-37所示為電位器式角度傳感器。作變阻器使用, 則電阻與角度的關系為,(3-29),作為分壓器使用,則有,(3-30),.,8,圖3-37 電位器式角度傳感器,.,9,線性線繞電位器理想的輸出、輸入關系遵循上述四個公式。因此對如圖3-38 所示的位移傳感器來說,因為,其靈敏度應為,(3-32),(3-31),.,10,圖3-38 線性線繞電位器示意圖,.,11,式中,kR、ku分別為電阻靈

4、敏度、電壓靈敏度;為導線電阻率;A為導線橫截面積;n為線繞電位器繞線總匝數(shù)。 由式可以看出,線性線繞電位器的電阻靈敏度和電壓靈敏度除與電阻率有關外,還與骨架尺寸h和b、導線橫截面積A(導線直徑d）、繞線節(jié)距t等結構參數(shù)有關;電壓靈敏度還與通過電位器的電流I的大小有關。,.,12,二、 階梯特性 圖2-4所示為繞n匝電阻絲的線性電位器的局部剖面和階梯特性曲線圖。電刷在電位器的線圈上移動時,線圈一圈一圈的變化,因此,電位器阻值隨電刷移動不是連續(xù)地改變,導線與一匝接觸的過程中,雖有微小位移,但電阻值并無變化,因而輸出電壓也不改變,在輸出特性曲線上對應地出現(xiàn)平直段;當電刷離開這一匝而與下一匝接觸時,電

5、阻突然增加一匝阻值,因此特性曲線相應出現(xiàn)階躍段。這樣,電刷每移過一匝,輸出電壓便階躍一次,共產生n個電壓階梯,其階躍值亦即名義分辨率為,(2-7),.,13,圖2-5 理想階梯特性曲線,.,14,非線性電位器,非線性電位器是指在空載時其輸出電壓(或電阻)與 電刷行程之間具有非線性函數(shù)關系的一種電位器，也稱函數(shù)電位器。常用的非線性線繞電位器有變骨架式、變節(jié)距式、分路電阻式及電位給定式四種。,.,15,變骨架式非線性電位器 變骨架式電位器是利用改變骨架高度或寬度的方法來實現(xiàn)非線性函數(shù)特性。 圖2-6所示為一種變骨架高度式非線性電位器。,.,16,圖2-6 變骨架式電位器,.,17,電位器的結構與材

6、料,由于測量領域的不同，電位器結構及材料選擇有所不同。但是其基本結構是相近的。電位器通常都是由骨架、電阻元件及活動電刷組成。常用的線繞式電位器的電阻元件由金屬電阻絲繞成。 1、電阻絲： 電阻系數(shù)、溫度系數(shù)、強度、電勢及加工 2、電刷：某些電刷結構如圖2-11 電刷觸頭、電刷臂、導向及軸承裝置 3、骨架。 膨脹系數(shù)、絕緣性能、強度及加工,.,18,圖2-11 某些電刷結構,.,19,電位器式傳感器應用舉例,電位器式壓力傳感器 電位器式壓力傳感器是利用彈性元件（如彈簧管、膜片或膜盒）把被測的壓力變換為彈性元件的位移，并使此位移變?yōu)殡娝⒂|點的移動，從而引起輸出電壓或電流的相應變化。 如圖2-12 為

7、YCD-150型遠程壓力表原理圖。 彈簧管內通入被測流體,在流體壓力作用下,彈簧管產生彈性位移, 使曲柄軸帶動電位器的電刷在電位器繞組上滑動,因而輸出一個與被測壓力成比例的電壓信號。該電壓信號可遠距離傳送,故可作為遠程壓力表。,.,20,圖2-12 YCO-l50型壓力傳感器原理圖,.,21,電位器式壓力傳感器 電位器式壓力傳感器如圖2-13 彈性敏感元件膜盒的內腔,通入被測流體,在流體壓力作用下,膜盒硬中心產生彈性位移,推動連桿上移,使曲柄軸帶動電位器的電刷在電位器繞組上滑動,同樣輸出一個與被測壓力成比例的電壓信號。,.,22,圖2-13 膜盒電位器式壓力傳感器原理圖,.,23,電位器式位移

8、傳感器 電位器式位移傳感器常用于測量幾毫米到幾十米的位移和幾度到360的角度。 圖2-14電位器式位移傳感器： 其中3為輸入軸，電阻線1以均勻的間隔繞在用絕緣材料制成的骨架上，觸點2沿著電阻絲的裸露部分滑動，并由導電片4輸出。 圖2-15電位器式位移傳感器 在測量比較小的位移時，可將線位移變換成角位移。,.,24,圖2-14 電位器式位移傳感器示意圖,.,25,圖2-15 測小位移傳感器示意圖,.,26,電位器式加速度傳感器 圖2-16所示為電位器式加速度傳感器,慣性質量塊在被測加速度的作用下,使片狀彈簧產生正比于被測加速度的位移,從而引起電刷在電位器的電阻元件上滑動,輸出一與加速度成比例的電壓信號。 電位器傳感器結構簡單,價格低廉,性能穩(wěn)定,