202006 - 第4章 电位器式传感器【传感器技术案例教程】

电位器式传感器原理
电位器式传感器是一种常见的传感器技术，其原理基于电位器的工作原理。

电位器是由一个可调节的电阻器组成的，通过调节电位器的移动部分，可以改变电阻器的阻值。

当外部引入变量作用于电位器上时，移动部分的位置将发生改变，从而改变电阻器的阻值。

在电位器式传感器中，外部引入的变量可以是温度、压力、光强等物理量。

以温度传感器为例，传感器中的电阻器受到温度的影响，电阻值随着温度的变化而发生变化。

为了测量电位器的阻值变化，通常会将一个电压加到电位器的两端，并使用一个电压分压电路来测量电位器上的电压。

电压分压电路可以将电位器上的电压转换为与电位器阻值成比例的电压输出。

通过测量电位器上的电压输出，可以推导出外部引入变量的数值。

例如，在温度传感器中，通过校准和电阻值-温度曲线的
关系，可以得出温度的数值。

总结来说，电位器式传感器的原理是基于电位器的电阻值随外部引入变量的改变而变化，通过测量电位器上的电压输出来推导出外部变量的数值。

这种传感器原理广泛应用于测量和控制领域。

知识点电位器式传感器的分类与特性一、教学目标：能够明白电位器式传感器的分类和特性二、教学重点、难点：非线绕式传感器的类别三、教学过程设计：1知识点说明电位器式传感器分为线绕电位器式传感器和非线绕电位器式传感器。

2知识点内容〔1〕分类〔2〕构成及其优缺点〔3〕特性〔4〕小结3知识点讲解〔1〕电位器式传感器分为线绕电位器式传感器和非线绕电位器式传感器。

非线绕式传感器又分为合成膜电位器、金属碳膜电位器、导电塑料电位器、导电玻璃釉电位器。

〔2〕线绕电位器的电阻体由电阻丝缠绕在绝缘体上构成。

电阻丝越细，在给定空间内获得较大的电阻值和分辨率。

但是电阻丝太细，在使用过程中容易断开，影响使用寿命。

合成膜电位器的电阻体是用具有某一电阻值的悬浮液喷涂在绝缘骨架上形成电阻膜而成的。

优点：分辨率较高、阻值范围很宽〔100~ Ω〕，耐磨性较好、工艺简单、本钱低、输入—输出信号的线性度较好等；缺点：接触电阻大、功率不够大、容易吸潮、噪声较大等。

金属碳膜电位器的电阻体由合金、金属或金属氧化物等材料通过真空溅射或电镀方法，沉积在瓷基体上一层薄膜制成。

优点：具有无限的分辨率，接触电阻很小，耐热性好，适合在高频条件下使用。

缺点：耐磨性差，阻值范围窄。

导电塑料电位器又称为有机实心电位器。

电阻体是由塑料粉及导电材料的粉料经塑压而成。

优点：耐磨性好，使用寿命长，允许电刷接触压力很大，因此它在振动、冲击等恶劣的环境下仍能可靠地工作。

此外，它的分辨率教高，线性度较好，阻值范围大，能承受较大的功率。

缺点：是阻值易受温度和湿度的影响，故精度不易做得很高。

导电玻璃釉电位器又称为金属陶瓷电位器。

电阻体：以合金、金属化合物或难溶化合物等为导电材料，以玻璃釉为粘合剂，经混合烧结在玻璃基体上制成的。

优点：耐高温性好，耐磨性好，有较宽的阻值范围，电阻温度系数小且抗湿性强。

缺点：是接触电阻变化大，噪声大，不易保证测量的高精度。

〔3〕特性：①标称阻值：特性电位器的标称阻值采用E6, EI2系列，对于非线绕电位器其允许误差有202110%，5%，对线绕电位器允许其误差有10%，5%，2%，1%。

电位器式压力传感器工作原理电位器式压力传感器，这个名字听起来有点复杂，其实它就是一个能把压力转换成电信号的小家伙，简单得很。

想象一下，你的手掌轻轻压在一个软软的垫子上，垫子感受到你施加的力量，然后把这个信息传递给了一个小电器，咻的一声变成了电信号。

没错，这就是电位器式压力传感器的工作原理，听起来是不是很神奇？咱们得聊聊什么是电位器。

电位器就像一个调音器，能根据你调节的方向和幅度，改变电流的流动。

它里面有一个滑动的接触点，随便一动，就能改变电阻值。

就像在调节音量一样，转一转就有不同的声音。

这种滑动的机制，正好适合用来感应压力的变化。

你想象一下，当压力增大时，电位器的电阻也会随之变化，这样一来，电流的流动也就跟着改变。

妙吧？咱们说说传感器的实际应用。

比如，汽车里那些高科技的安全系统，很多时候就用到了电位器式压力传感器。

车子一加速，刹车时的压力变化，都会被这些小装置精确捕捉到，进而保证驾驶的安全。

想想看，开车就像是在过山车，安全带是必须的，但传感器才是让你安心的“隐形护卫”。

一旦出现意外，传感器会迅速反应，把信息传递给刹车系统，帮助你及时减速，真是个聪明的家伙。

还有在工业生产中，电位器式压力传感器更是不可或缺的“工作小蜜蜂”。

在某些生产线中，压力的变化可以直接影响产品的质量。

如果压力太低，产品可能就达不到标准；如果压力太高，可能会造成浪费或危险。

这时候，这种传感器就像是企业的“保姆”，时刻监测着压力的变化，确保每一步都稳稳当当。

可以说，它们在背后默默奉献，真是值得点赞。

不过，这种传感器也有一些小脾气。

环境的变化，比如温度和湿度，也会影响它的表现。

就像人一样，在太热或者太冷的地方，情绪难免受影响。

所以，使用电位器式压力传感器时，得好好照顾它们，给它们提供一个舒适的工作环境。

你看，跟养宠物似的，要时刻关注它的状态，才能保证它发挥出最佳的能力。

电位器式压力传感器在生活中无处不在，像是一个小小的侦探，帮我们发现那些肉眼无法察觉的变化。

电位器式传感器工作原理电位器式传感器是一种常见的传感器类型，它的工作原理是基于电阻值的变化来检测物理量的变化。

电位器式传感器通常由一个电阻器和一个滑动触点组成，当物理量发生变化时，滑动触点会移动，从而改变电阻器的电阻值。

电位器式传感器的工作原理可以用一个简单的电路来说明。

假设电路中有一个电源和一个电阻器，电阻器的两端分别连接到电源的正负极，电位器的滑动触点连接到电路的中间。

当电位器的滑动触点移动时，它会改变电阻器的电阻值，从而改变电路中的电流和电压。

电位器式传感器可以用来检测多种物理量，例如温度、压力、位移等。

在温度传感器中，电位器的电阻值随着温度的变化而变化；在压力传感器中，电位器的电阻值随着压力的变化而变化；在位移传感器中，电位器的电阻值随着位移的变化而变化。

电位器式传感器的优点是简单、可靠、成本低廉。

它们通常具有较高的分辨率和灵敏度，可以检测微小的物理量变化。

另外，电位器式传感器可以与微控制器等数字电路相结合，实现数字化输出，方便数据处理和分析。

然而，电位器式传感器也存在一些缺点。

首先，它们的精度和稳定性受到环境因素的影响，例如温度、湿度、振动等。

其次，电位器式传感器的寿命有限，滑动触点和电阻器的磨损会导致电阻值的变化。

最后，电位器式传感器的线性度和重复性可能不够理想，需要进行校准和调整。

总之，电位器式传感器是一种简单、可靠、成本低廉的传感器类型，适用于多种物理量的检测。

它们的工作原理基于电阻值的变化，可以与数字电路相结合，实现数字化输出。

然而，电位器式传感器也存在一些缺点，需要注意环境因素、寿命、线性度和重复性等问题。

电位器传感器电位器传感器，或称为电阻器传感器，是一种基于电阻值变化来检测物理量变化的传感器。

它由一个导电材料制成的可变电阻器组成，当物理量发生变化时，导致电位器内部电阻值的变化，从而产生电压或电流的变化。

因为电位器传感器具有响应速度快、精度高、可靠性强、体积小等优点，因此在机械、电子、仪器仪表等领域中得到广泛应用。

一、电位器传感器的原理电位器传感器的原理是利用导电材料在物理量作用下产生的电阻值变化来检测物理量的变化。

普通的电位器由一根电阻丝和一组固定电极组成。

当电位器转动时，电阻丝的长度发生变化，从而产生电阻值的变化。

电位器传感器使用的电阻丝通常是由导电性和延展性较好的金属丝或碳丝制成。

当它受到物理量（如温度、湿度、压力、角度等）的作用时，其电阻值随着变化。

如果将电位器连接到电路中作为测量电路的一部分，当物理量发生变化时，电路中的电压或电流也会发生相应的变化。

二、电位器传感器的分类根据电位器传感器的工作原理和测量物理量的种类，它可以分为以下几类：1. 基于线性运动的电位器传感器：例如测量长度、位移或压力的电位器传感器。

2. 基于角度运动的电位器传感器：例如测量角度、位置或旋转角度的电位器传感器。

3. 基于温度的电位器传感器：例如NTC热敏电阻和PTC热敏电阻等，根据温度的变化改变电阻值来测量温度。

4. 基于湿度的电位器传感器：例如用聚合物作为感湿材料的电位器传感器，通过测量材料电阻值的变化来检测湿度。

5. 基于压力的电位器传感器：例如用金属箔作为感应材料的电位器传感器，测量变形时的电阻值变化来检测压力。

三、电位器传感器的应用1. 汽车工业：例如在汽车油门踏板中使用电位器传感器来测量加速踏板的位置和行程。

2. 机械工业：例如在数控机床中使用电位器传感器来测量机床的加工范围和机床的位置。

3. 电子工业：例如在数码游戏手柄中使用电位器传感器来控制游戏人物的运动方向和速度。

4. 医疗保健：例如在心脏起搏器中使用电位器传感器来测量心脏跳动的速率和节律。

第4章电位器式传感器基本题：4.1电位器的主要用途是什么？4.2电位器的特点是什么？4.3什么是电位器的阶梯特性？在实际使用时，它会给电位器带来什么问题？4.4研究非线性电位器的出发点是什么？如何实现非线性电位器？4.5什么是电位器的负载特性和负载误差？如何减小电位器的负载误差？4.6证明图4.4.5指出的“所设计的非线性特性3为原线性电位器负载特性2关于线性特性1的镜像”。

4.7一骨架截面为圆形的电位器，半径为a 。

现用直径为d 、电阻率为ρ的导线绕制，共紧密地绕了W 匝。

试导出该线绕式电位器的灵敏度表达式(注意：导线直径d 不可忽略)。

4.8试设计一电位器的电阻特性。

它能在带负载情况下给出X Y =的线性特性，如图4.1所示。

给定电位器的总电阻Ω=1000R ，负载电阻f R 分别为Ω50和Ω500。

计算时取X 的间距为0.1。

X 和Y 分别为相对输入和相对输出。

图4.1带负载的电位器4.9试设计一分流电阻式非线性电位器的电路及其参数。

要求特性如图4.2所示，所用线性电位器的总电阻为1000Ω，输出为空载。

图4.2非线性电位器的输出特性4.10图 4.3为一带负载的线性电位器。

试用解析和数值方法(可把整个行程分成10段)，求(a),(b)两种电路情况下的端基线性度。

图4.3带负载的电位器4.11有一非线性电位器R x ()，x 为行程，其范围为L x ≥≥0，且x L =时阻值为R 0。

当负载电阻为R f 时，其电压的输出特性为行程x 的线性函数。

试设计R x ()。

若R x ()是骨架截面积为圆形的线绕式电位器，试讨论其实现的可能方式，并用简图示意出最佳方案。

4.12图4.4给出了某位移传感器的检测电路。

in U =12V ，k Ω100=R ，AB 为线性电位器，总长度为150mm ，总电阻为30Ωk ，C 点为电刷位置。

问(1)输出电压out U =0V 时，位移x =?(2)当位移x 的变化范围为10～140mm 时，输出电压out U 的范围为多少？图4.4电位器式位移传感器检测电路4.13某线绕式电位器的骨架直径0D =10mm ，总长0L =100mm ，导线直径d =0.1mm ，电阻率6106.0-⨯=ρm ⋅Ω，总匝数W=1000。