傳感器應用技術 課件 知識點：2.1電位器式傳感器

傳感器應用技術項目二

基于電阻式傳感器的電子秤的設計與制作電位器式傳感器講授內容

電位器式傳感器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關系的電阻或電壓輸出的傳感元件?？梢杂脕頊y量振動、位移、速度、加速度和壓力等非電參數。按結構形式可分為：直線位移型、角位移型。按輸入/輸出特性可分為：線性電位器、非線性電位器。1.電位器式傳感器定義下圖為典型的電位器式傳感器的結構原理。它由電阻元件（包括骨架和金屬電阻絲）和電刷（活動觸點）兩個基本部分組成。由圖可見，當有機械位移時，電位器的動觸點產生位移，而改變了動觸點相對于電位參考點（A點）的電阻，從而實現了非電量（位移）到電量（電阻值或電壓幅值）的轉換。2.電位器式傳感器的結構電阻元件通常由極細的絕緣導線按照一定規(guī)律整齊地繞在一個絕緣骨架上形成。在它與電刷接觸的部分，去掉絕緣導線表面的絕緣層并拋光，形成一個電刷可在其上滑動的光滑而平整的接觸道。電阻元件除了由極細的絕緣導線繞制外，還可以采用具有較高電阻率的薄膜制成。電位計的電阻元件通常有線繞電阻、薄膜電阻、導電塑料（即有機實心電位計）等。2.電位器式傳感器的結構

電刷通常由具有一定彈性的耐磨金屬薄片或金屬絲制成，接觸端處彎曲成弧形。利用電刷與電阻本身的彈性變形產生的彈性力，使電刷與電阻元件有一定的接觸壓力，以使兩者在相對滑動過程中保持可靠的接觸和導電。線圈繞于骨架上，電刷可在繞線上滑動，從一匝滑到另一匝，當滑動電刷在繞線上的位置改變時，改變了繞線的長度，從而改變了電阻。2.電位器式傳感器的結構(1)結構簡單、尺寸小、重量輕、價格低廉且性能穩(wěn)定；

(2)受環(huán)境因素(如溫度、濕度、電磁場干擾等)影響?。?/p>

(3)可以實現輸出—輸入間任意函數關系；

(4)輸出信號大，一般不需放大；

(5)電刷與線圈或電阻膜之間摩擦，需要較大的輸入能量；

(6)分辨力較低；

(7)動態(tài)響應較差，適合于緩慢量的測量。3.電位器式傳感器特點常用的繞線式電位器通常由電阻絲、電刷及骨架構成。

1.電阻絲要求：電阻系數高，電阻溫度系數小，強度高，延展性好，對銅的熱電勢盡可能小，耐磨耐腐蝕，焊接性好。常用材料：銅鎳合金類、銅錳合金類、鉑銥合金類、鎳鉻絲、卡瑪絲及銀鈀絲等。4.繞線式電位器結構與材料2.骨架材料：對骨架材料要求形狀穩(wěn)定，其熱膨脹系數和電阻絲的相近，表面絕緣電阻高，并且希望有較好的散熱能力，

耐潮濕，易加工。常用的有陶瓷、酚醛樹脂和工程塑料等，也可以用經絕緣處理的金屬材料，這種骨架因傳熱性能良好，適用于大功率電位器。4.繞線式電位器結構與材料3.電刷結構：由具有彈性的金屬薄片或金屬絲制成，末端彎曲形成弧形。材料：電刷結構往往反映出電位器的噪音電平。只有當電刷與電阻絲材料配合恰當，觸點有良好的抗氧化能力，接觸電勢小，并有一定的接觸壓力時，才能使噪音降低。否則，電刷可能成為引起振動噪音的源。采用高固有頻率的電刷結構效果較好。常用電位器的接觸力在0.005～0.05N之間。

常用的電刷觸頭材料有銀、鉑銥、鉑銠等金屬。

4.繞線式電位器結構與材料線性電位器的理想空載特性曲線應具有嚴格的線性關系。下圖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點到電刷間的阻值為：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：5.線性電位器的空載特性直線位移式電位器傳感器原理圖

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5.線性電位器的空載特性作為分壓器使用,則有角位移式電位器傳感器原理圖

6.繞線式電位器靈敏度若線性電位器式傳感器截面長、寬為b、h，導線橫截面積A，繞線節(jié)距為t，則6.繞線式電位器靈敏度骨架寬、高其靈敏度應為：結論：線性線繞電位器的電阻靈敏度和電壓靈敏度除與電阻率ρ有關