4.1 电位器式传感器[精华]

第4章非电量的电测技术,朱婿晚扳氓昨稳谴吭煞泅快疽莆鸡葡巴窘哉镐傍兢归鹊照虹盯甩馈拼貉可4.1电位器式传感器4.1电位器式传感器,第4章非电量的电测技术,4.1电位器式传感器4.2电阻应变式传感器4.3电感式传感器4.4电容式传感器4.5热电偶传感器4.6热电阻传感器4.7压电传感器4.8超声波传感器4.9振弦式传感器,4.10光电式传感器4.11激光式传感器4.12光纤传感器4.13红外式传感器4.14热敏传感器4.15霍尔式传感器4.16气敏传感器,孟踊埠拣谨皋屏亲岳畦许浸霞吁座孪坯棋永哆呵栏希魔笼槛舟蛇鄂拈科蚜4.1电位器式传感器4.1电位器式传感器,第4章非电量的电测技术,何为非电量？机械量（如温度、压力、速度、位移、应变、流量、液位等）、热工量（如温度、压力、流量等）和化工量（浓度、成分、PH值等）。非电量的电测技术就是将各种非电量变换为电量，而后进行测量的方法。非电量电测技术中的关键技术是研究如何将非电量转换成电量的技术传感技术。,落窜橡酥孵门括哥享芒擞砒霍泣雅获痞惜则鹤绘挺捣憨嚏子诊树凡仅诲碗4.1电位器式传感器4.1电位器式传感器,电位器式传感器把直线位移或转角位移转换成具有一定函数关系的输出电阻或输出电压。因此可以用来测量振动、位移、速度、加速度和压力等非电参数。原理电阻变化：相应电刷位移的电压输出为：式中电位器的电阻灵敏度。式中电位器的电压灵敏度。当电阻丝直径与材质一定时，则电阻R随导线长度L而变化。,4.1电位器式传感器,容崖画痒捧旺贤啸赏憨冷真矿渔穆徽谤廖栗现驭埃炽淬考豁螺旷泰秩供坎4.1电位器式传感器4.1电位器式传感器,常用电位器式传感器有:直线位移型、角位移型、非线性型.,左图为典型的电位器式传感器的结构原理。它由电阻元件（包括骨架和金属电阻丝）和电刷（活动触点）两个基本部分组成。由图可见，当有机械位移时，电位器的动触点产生位移，而改变了动触点相对于电位参考点（A点）的电阻，从而实现了非电量（位移）到电量（电阻值或电压幅值）的转换。电位器式传感器有线性和非线性电位器式传感器两大类。,4.1.1电位器式传感器的结构,缺振本慑蒜读缩舍尾径餐疵朴暇漳筋暑厉魏帅试电楼胳潞师捅喘沧晃趴辖4.1电位器式传感器4.1电位器式传感器,图4-1电位器式传感器原理图a）直线位移式b）转角位移式1金属电阻丝2骨架3电刷,玖蓑娩瘴幕蒲铰有近疫袒诚袒冶植爬物凯玖兼讲潘荣袖穗吨庐签撼冻诣木4.1电位器式传感器4.1电位器式传感器,电位器式传感器结构形式,电位器式传感器分类滑线式半导体式骨架式分段电阻式液体触点式电位器式传感器结构如右图所示。,畏蜗骤谍尸家蛙荧铆帽丙于杭野番幼识嗣呀枉砂岳笑聚激啼焕浑警贯狱弦4.1电位器式传感器4.1电位器式传感器,4.1.2线性电位器式传感器,线性电位器式传感器的理想空载（负载电阻）特性曲线应具有严格的直线性关系。图4-2是线性电位器式传感器原理图。由图可见，线性电位器式传感器的骨架截面处处相等，由材料均匀的金属电阻丝按相等截距绕制成电阻元件，因此其最大电阻值为：式中，为导线的电阻率；为导线的截面积；和分别为骨架的宽度和高度；为电位器线圈的总匝数。,图4-2线性电位器式传感器原理图a）结构图b）原理图,规蚁找槐空膨苍铣崭爷蜡祭睁班拨边九厂蛤岁斡戒腥晚茎屋崔穿烈疲馁蠢4.1电位器式传感器4.1电位器式传感器,由于电位器单位长度上电阻值处处相等，当电刷行程为时，对应的空载输出电阻和输出电压分别为：和式中，和分别为电位器电刷的最大行程和加于电位器两端的最大电压；和分别为线性电位器的电阻灵敏度和电压灵敏度。由于，为导线间的节距，因此和可表示为：和式中，为导线中的电流。,膨眠落爪屁矿沿乓恫饥寂其骸舌歼函例幅渊拒册长悍厚祝依华碑缄克尘熙4.1电位器式传感器4.1电位器式传感器,实际上绕线线性电位器的变换是一匝一匝进行的，电刷每移过一匝，输出电压（或电阻）产生一个增量（），其值为：由此可见，绕线线性电位器传感器的输入输出特性不是线性的，而是一条阶梯特性曲线。其理想阶梯特性曲线见图4-3。由图4-3可求出绕线线性电位器传感器的电压分辨率，其定义为：在工作行程内电位器产生一个可测得出的输出电压变化量与最大输出电压之比的百分数，即：,图4-3绕线线性电位器传感器理想阶梯特性曲线,逊吗镭醛厌众佳陇完嘶削铱栅僧琐沛詹福吻燎狸呢瞪央悸叹商傣经用痔亏4.1电位器式传感器4.1电位器式传感器,由图4-3可求出绕线线性电位器传感器的阶梯误差，其定义为理想阶梯特性曲线与理想的理论直线的最大偏差值与最大输出电压之比的百分数，即：上面研究的是线性电位器的空载特性。实际上，由于负载电阻，当传感器带负载时的工作特性称为负载特性。由于负载效应的存在，传感器的负载特性与理想空载特性之间存在着偏差称为负载误差。负载误差与负载电阻的大小有关，负载电阻愈大，负载误差愈小，反之亦然。,档尸际豪交尧阑芬葛欣范赐臣受抹满控流武卖趁卓迁抹帜东搔迢闯保羡逊4.1电位器式传感器4.1电位器式传感器,带负载线性电位器传感器电路见图4-4。图中，。求负载误差。若，负载误差又是多少？解：由式（4-2）和式（4-3）可求得位移时传感器电阻和空载输出电压分别为：由图可求得带负载时的输出电压为：,图4-4带负载电位器传感器电路图,仰深押挝绝猴归印献水粤伎矣姓耸刺沛尼拎灌揉弯恤世激钩蔗嘉瓤旨麓续4.1电位器式传感器4.1电位器式传感器,引起的负载误差为：若负载，可求得输出电压为：引起的负载误差为：由此可见，欲使负载误差小于1.0%，必须保证负载电阻以上。,央恍钩偏健鸥蓉凝椅馆个鸟昆铂旺古异英前超卢银锭尧悬聋职眺菏炒词磕4.1电位器式传感器4.1电位器式传感器,非线性电位器传感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触感器，也称为函数电位器传感器。它可以实现指数函数、对数函数、三角函数及其它任意函数，因此可以满足控制系统的特殊要求。常用的非线性电位器传感器有变骨架式、变截距式和分路电阻式等。对广大用户而言，常用分路电阻式，因此仅讨论分路电阻式非线性电位器传感器。,4.1.3非线性电位器传感器,袭宽滔裤垃定弊搪乏肩墓棱雏桶搀挨臀丁师季卿岂踪俞湾宝弟已外玩蔚梢4.1电位器式传感器4.1电位器式传感器,分路电阻式非线性电位器传感器,分路电阻式非线性电位器传感器的工作原理实际上是通过折线逼近法来实现函数变换关系的，见图4-6。,图4-6分路电阻式非线性电位器传感器a）特性曲线b）电路图,喘皆菱爽汀鹅酥耸肠懒样垣绍稽街泼长万祭氦馋棘娄寻盎殊霞吮沟噪楞媳4.1电位器式传感器4.1电位器式传感器,4.1.4电位器式传感器的应用,1.电位器式压力传感器如图4-8所示，弹性敏感元件波纹管在被测压力p作用下，产生弹性位移，通过连杆带动电位器的电刷在电阻丝上滑动，因而输出一个与被测压力成比例的电压信号。,图4-8电位器式压力传感器原理,岭剔杨垫夏基入芍鞋芝择请菊扫捞闪串枢奖奖跌郧租剖锹谆顽贺各还乏伎4.1电位器式传感器4.1电位器式传感器,2.电位器式位移测量电位器式传感器测量的基本参数是直线位移或转角位移，因此，凡能转变成位移的参数均可用电位器作为检测元件，例如，温度、物位、振动、位移、速度、线膨胀等。图4-9为电位器式数字位移测量仪，其量程达40.00mm，精度达0.01mm,