第21章电位器式电阻传感器PPT课件

特性曲线对理论特性 直线的最大偏差值与 最大输出电压值的百 分数表示，即
(1 Umax)
j
2n Umax
1 100% 2n
2.1 电位器式传感器
阶梯误差和分辨率的大小都是由线绕电位器 本身工作原理所决定的，是一种原理性误差， 它决定了电位器可能达到的最高精度。在实 际设计中的改善方法：
(1)增加匝数,即减小导线直径（小型电位器通 常选0.5mm或更细的导线）
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2.1 电位器式传感器
视在脉冲为二者之和：
UUmUn
Un
11 Umax(n1n)j
例：一个电位器，总电压为10V，匝数为10，电
刷从第5匝到第6匝过程中，计算电压的变化情
况。
j
j+1
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2.1 电位器式传j 感器 j+1
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2.1 电位器式传感器
工程上常把实际阶梯曲线简化成理想阶梯曲线,如图2-5 所示。
涂上一层金属膜而制成。金属膜为合金锗铑、铂铜、铂铑锰 等。 •导电塑料电位器
由塑料粉和导电材料（合金、石墨、碳黑等）压制而成，
它又称为实心电位器。该电位器耐磨性较好、寿命长、电刷 容许的接触压力较大，适用于振动、冲击等恶劣工作环境， 能承受较大功率。但温度影响较大，接触电阻大，精度不高。
2.1 电位器式传感器—分类
或为无穷大时的情况，为理想情况; 而一般情况下,电位器接有负载, 由于负载电阻
xmax
eby
n xmax
1 100% n
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2.1 电位器式传感器
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从图中可见，在理想 情况下，特性曲线每 个阶梯的大小完全相 同,，则通过每个阶 梯中点的直线即是理 论直线，阶梯曲线围 绕它上下跳动，从而 带来一定误差,这就
是阶梯误差。
2.1 电位器式传感器
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电位器的阶梯误差
γj 通常以理想阶梯
增加，特性曲线出现阶跃。
其阶跃值即视在分辨脉冲为
U Umax n
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2.1 电位器式传感器
在移动过程中，会使得临近的两匝短路，电位器总匝数从 n减小到(n-1)，总阻值的变化使得在视在分辨率之中还产 生了次要分辨脉冲，即大的阶跃之中还有小的阶跃。
大的阶跃为主要分辨脉冲 小的阶跃为次要分辨脉冲
•光电电位器 主要由电阻体、光电导层和导电电极等组成。 是一种非接触式电位器，用光束代替电刷。 具有耐磨性好，精度、分辨率高，寿命长（可达亿万次循
环）、可靠性好等优点。
当无光照射时，因光电导材料暗 电阻极大，电阻带与电极之间可 视为断路，当窄光束4（电刷）照 射在窄间隙上时，电阻带与电极 接通，这样在外电源E的作用下， 负载电阻上输出的电压随着光束 （电刷）移动而变化。
2.5 理想阶梯曲线
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2.1 电位器式传感器
电压分辨率:在电刷行程内, 电位器输出电压阶梯的最大 值与最大输出电压Umax之比 的百分数
Umax
eba
n Umax
1 100% n
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2.5 理想阶梯曲线
2.1 电位器式传感器
行程分辨率:在电刷行程内, 能使电位器产生一个可测 出变化的电刷最小行程与 整个行程之比的百分数
(2)增加骨架长度（如采用多圈螺旋电位器)。
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2.1 电位器式传感器
2.1.2 非线性电位器
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空载时输出电压或电 阻与电刷行程之间具 有非线性关系。常见 有变骨架、变节距、 分路电阻或电位给定 四种。
变骨架高度式非线性电位器
2.1 电位器式传感器
2.1.3 负载特性与负载误差 上面讨论的电位器空载特性相当于负载开路
薄膜电位器 导电塑料电位器 光电电位器
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2.1 电位器式传感器—分类
• 薄膜电位器 薄膜电位器通常有两种：一种是碳膜电位器，另一种是
金属膜电位器。 碳膜电位器是在绝缘骨架表面喷涂一层均匀的电阻液，
经烘干聚合制成电阻。电阻液由石墨、碳膜、树脂材料配合 而成。
金属膜电位器是在绝缘基体上用高温蒸镀或电镀方法，
第2章 电阻式传感器
2.1 电位器式电阻传感器
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2.1 电位器式传感器—工作原理 位移信号
电位器
（线位移或角位移） 转换元件
电信号
位移
常见的有电视机、复读机、收音机音量调节器。
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2.1 电位器式传感器—分类
➢按结构形式不同：
电位 电器 位式 器传 式传 感感器器 线绕 线式 绕电 式阻传感器 非线非 绕线 式绕式电阻传感器
A、B间电阻Rx为：
如果R在x A、xCm x之ax间•加R上ma电x压Umax,
A、B间电压Ux为：
Ux
x xmax
•Umax
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。
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2.1 电位器式传感器
下图所示为电位器式角度传感器。R maxBiblioteka Rmax电位器式角度传感器
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如果在电位器A、B两端加上
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2.1 电位器式传感器
2.1.1 线性电位器
特征：骨架截面处处相等，由材料和截面 均匀的电阻丝按等节距绕制。
电位器输出端接负载，其输出特性称为负 载特性，不接负载或负载无穷大，输出特性 称空载特性。
2.1 电位器式传感器
一、空载特性
线性电位器的理想空载特性曲线应具有严格的线性关系。
A、C全长为xmax，总电阻为Rmax； A、B长为x
电压Umax , 则输出电压为：
U
•Umax max
2.1 电位器式传感器
对某一匝节距为 t 线圈来说，电阻变化量为：
Rl2(bh) 骨架宽和高
AA
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2.1 电位器式传感器
电阻灵敏度：
kR
R max X max
nR2(bh)
nt
At
电压灵敏度：
kuU Xm ma a x xIX R m maax xI2(bA h)t
1-光电导层；2-基体；3-薄膜电阻 带；4-电刷窄光束；5-光电级
2.1 电位器式传感器—分类
➢按结构形式不同：
电位 电器 位式 器传 式传 感感器器
线绕 线式 绕电 式阻传感器 非线非 绕线 式绕式电阻传感器
薄膜电位器 导电塑料电位器 光电电位器
➢按特性不同： ❖线性电位器式传感器 ❖ 非线性电位器式传感器
结论：线性线绕电位器的电阻灵敏度和电压灵敏度除与电阻 率ρ有关外,还与骨架尺寸h和b、导线横截面积A(导线直径 d）、绕线节距t等结构参数有关;电压灵敏度还与通过电位 器的电流I的大小有关。
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2.1 电位器式传感器
二、阶梯特性、阶梯误差、分辨率 电刷在与一匝导线接触过程中，虽有小位移，
但阻值无变化。 当电刷离开这一匝，接触下一匝时，电阻突然