第21章电位器式电阻传感器PPT课件.ppt

1、第2章 电阻式传感器12.1 电位器式传感器工作原理2（线位移或角位移）（线位移或角位移）2.1 电位器式传感器分类3线线绕绕式式薄薄膜膜电电位位器器导导电电塑塑料料电电位位器器光光电电电电位位器器非非线线绕绕式式电电位位器器式式传传感感器器线线绕绕式式电电阻阻传传感感器器非非线线绕绕式式电电阻阻传传感感器器电电位位器器式式传传感感器器 薄膜电位器薄膜电位器 薄膜电位器通常有两种：一种是薄膜电位器通常有两种：一种是碳膜碳膜电位器，另一种是电位器，另一种是金属膜金属膜电位器。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，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

2、阻。电阻液由石墨、碳膜、树脂材料配合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。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，金属膜电位器是在绝缘基体上用高温蒸镀或电镀方法，涂上一层金属膜而制成。金属膜为合金锗铑、铂铜、铂铑锰涂上一层金属膜而制成。金属膜为合金锗铑、铂铜、铂铑锰等。等。导电塑料电位器导电塑料电位器 由由塑料粉和导电材料塑料粉和导电材料（合金、石墨、碳黑等）压制而成，（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，容许

3、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。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光电电位器光电电位器n主要由主要由电阻体、光电导层电阻体、光电导层和和导电电极导电电极等组成。等组成。1-光电导层；光电导层；2-基体；基体；3-薄膜电阻薄膜电阻带；带；4-电刷窄光束；电刷窄光束；5-光电级光电级当无光照射时，因光电导材料暗当无光照射时，因光电导材料暗电阻极大，电阻带与电极之间可电阻极大，电阻带与电极之间可视为断路，当窄光束视为断路，当窄光束4（电刷）照（电刷）照射在窄间隙上时，电阻带与电极射在窄

4、间隙上时，电阻带与电极接通，这样在外电源接通，这样在外电源E的作用下，的作用下，负载电阻上输出的电压随着光束负载电阻上输出的电压随着光束（电刷）移动而变化。（电刷）移动而变化。2.1 电位器式传感器分类n是一种是一种非接触式非接触式电位器，用光束代替电刷。电位器，用光束代替电刷。n具有耐磨性好，精度、分辨率高，寿命长（可达亿万次循具有耐磨性好，精度、分辨率高，寿命长（可达亿万次循环）、可靠性好等优点。环）、可靠性好等优点。光电电位器是一种非接触式电位器。它用光电电位器是一种非接触式电位器。它用光束代替一般电位器上的活动触点光束代替一般电位器上的活动触点-电刷。电刷。电阻型光电电位器主要由电阻型

5、光电电位器主要由电阻体、光电导电阻体、光电导层层和和导电电极导电电极等组成。光电电位器的制作等组成。光电电位器的制作过程是：先在基体上沉积一层硫化镉或硒过程是：先在基体上沉积一层硫化镉或硒化镉的光导电层，然后在光导电层上再沉化镉的光导电层，然后在光导电层上再沉积一条电阻体和一条导电电极。在电阻体积一条电阻体和一条导电电极。在电阻体和导电电极之间留有一个狭窄的间隙。平和导电电极之间留有一个狭窄的间隙。平时无光照时。电阻体和导电电极之间由于时无光照时。电阻体和导电电极之间由于光电导层阻值很大而呈绝缘状态。当光束光电导层阻值很大而呈绝缘状态。当光束照射部位和导电电极导通，于是光电电位照射部位和导电电

6、极导通，于是光电电位器的输出端便有电压输出，输出电压的大器的输出端便有电压输出，输出电压的大小与光束位移照射到的位置有关，从而实小与光束位移照射到的位置有关，从而实现了将光束位移换为电压输出，输出电压现了将光束位移换为电压输出，输出电压的大小与光束位移照射到的位置有关，从的大小与光束位移照射到的位置有关，从而实现了将光束位移换为电压信号输出。而实现了将光束位移换为电压信号输出。1-光电导层；光电导层；2-基体；基体；3-薄膜电阻带；薄膜电阻带；4-电刷窄光电刷窄光束；束；5-光电级光电级2.1 电位器式传感器分类7线线绕绕式式薄薄膜膜电电位位器器导导电电塑塑料料电电位位器器光光电电电电位位器器

7、非非线线绕绕式式电电位位器器式式传传感感器器线线绕绕式式电电阻阻传传感感器器非非线线绕绕式式电电阻阻传传感感器器电电位位器器式式传传感感器器n 特征特征：骨架截面处处相等，由材料和截面：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。均匀的电阻丝按等节距绕制。2.1 电位器式传感器n 电位器输出端接负载，其输出特性称为电位器输出端接负载，其输出特性称为负负载特性载特性，不接负载或负载无穷大，输出特性，不接负载或负载无穷大，输出特性称称空载特性空载特性。 2.1 电位器式传感器9maxmaxRxxRxmaxmaxUxxUx当电阻丝直径与材质一定时，则电阻当电阻丝直径与材质一定时，则电阻R

8、随导线长度随导线长度l而变化。而变化。线性电位器的理想空载特性曲线应具有严格的线性关系。线性电位器的理想空载特性曲线应具有严格的线性关系。2.1 电位器式传感器10maxmaxRRmaxmaxUU 下图所示为电位器式角度传感器。下图所示为电位器式角度传感器。电位器式角度传感器 2.1 电位器式传感器11AhbAlR)(2骨架宽和高骨架宽和高2.1 电位器式传感器12maxmaxXRkRAthbntRn)(2AthbIXRIXUku)(2maxmaxmaxmax结论：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线性线绕电位器的电阻灵敏度和电压灵敏度除与电阻率率有关外有关外,还与骨架尺寸还

9、与骨架尺寸h和和b、导线横截面积、导线横截面积A(导线直径导线直径d）、绕线节距）、绕线节距t等结构参数有关等结构参数有关;电压灵敏度还与通过电位电压灵敏度还与通过电位器的电流器的电流I的大小有关。的大小有关。n电刷在与一匝导线接触过程中，虽有小位移，电刷在与一匝导线接触过程中，虽有小位移，但阻值无变化。但阻值无变化。n当电刷离开这一匝，接触下一匝时，电阻突然当电刷离开这一匝，接触下一匝时，电阻突然增加，特性曲线出现阶跃。增加，特性曲线出现阶跃。n其阶跃值其阶跃值即视在分辨脉冲为即视在分辨脉冲为132.1 电位器式传感器nUUmax2.1 电位器式传感器142.1 电位器式传感器15nmUUU

10、nUjj+1jnnU)111(max2.1 电位器式传感器16jj+12.1 电位器式传感器172.5 理想理想阶梯曲线阶梯曲线2.1 电位器式传感器maxmax1100%baUneUn182.5 理想理想阶梯曲线阶梯曲线2.1 电位器式传感器maxmax1100%byxnexn192.1 电位器式传感器20从图中可见，在理想从图中可见，在理想情况下，特性曲线每情况下，特性曲线每个阶梯的大小完全相个阶梯的大小完全相同同,，则通过每个阶，则通过每个阶梯中点的直线即是梯中点的直线即是理理论直线，论直线，阶梯曲线围阶梯曲线围绕它上下跳动，从而绕它上下跳动，从而带来一定误差带来一定误差,这就这就是是阶

11、梯误差阶梯误差。2.1 电位器式传感器21maxmax)21(UnUj%10021n2.1 电位器式传感器22232.1 电位器式传感器2.1 电位器式传感器242xxLLxLxLxxLxLxL)(RRRRRRURRRRRRRRRRRUU2.1 电位器式传感器252.1 电位器式传感器26maxxRRr LmaxRRm 2xxLLxLxLxxLxLxL)(RRRRRRURRRRRRRRRRRUU2.1 电位器式传感器27UUYL)1 (1rmrrY2xxLLxLxLxxLxLxL)(RRRRRRURRRRRRRRRRRUUmaxxRRr LmaxRRm (2-19)(2-20)2.1 电位器式

12、传感器28)1 (1rmrrY(2-19)(2-20)%100)1 (111 %10000rmrUUULL2.1 电位器式传感器292.1 电位器式传感器30减少方法：尽量减小负载系减少方法：尽量减小负载系数，通常希望数，通常希望m0.1，为此可，为此可采用高输入阻抗放大器；采用高输入阻抗放大器；%100)1 (111 %10000rmrUUULL2.1 电位器式传感器312.1 电位器式传感器特点322.1 电位器式传感器应用33电位器式传感器常用来测量位移、压力、加速度等参量。电位器式传感器常用来测量位移、压力、加速度等参量。1.下图是电位器式位移传感器的结构图。下图是电位器式位移传感器的

13、结构图。 2.1 电位器式传感器应用342022-3-20352.1 电位器式传感器应用2022-3-20362.1 电位器式传感器应用2022-3-20372.1 电位器式传感器应用图2.16 电位器式压力传感器 流体压力作用膜盒硬中心推动连杆上移曲柄带动电刷在电位器绕组上滑动输出一个与被测压力成比例的电压信号2.1 电位器式传感器应用382022-3-20392.1 电位器式传感器应用 惯性质量块在被测 加速度的作用下使片状弹簧产生正比于加速度的位移电刷在电位器上滑动输出一与加速度成比例的电压信号 要求设计一只电位器式液位传感器，液面上限比下限高要求设计一只电位器式液位传感器，液面上限比下

14、限高100mm，当达到液位上限时，一只继电器吸合，发出电，当达到液位上限时，一只继电器吸合，发出电流控制信号，而在其余液面高度均要有电压输出。继电流控制信号，而在其余液面高度均要有电压输出。继电器的线圈电阻为器的线圈电阻为1250，吸合电流，吸合电流5mA，若要求该液位传，若要求该液位传感器的非线性误差感器的非线性误差max0.8%，输出电压灵敏度，输出电压灵敏度Usc/l60mv/mm，试求该电位器的总电阻，试求该电位器的总电阻Rmax，总长度，总长度L和电源和电源激励电压激励电压Usr。解：要利用已知的非线性误差、电压灵敏度设计电位器解：要利用已知的非线性误差、电压灵敏度设计电位器总长度及

15、选择符合条件的电压。总长度及选择符合条件的电压。 电位器式传感器接入负载后存在非线性误差，负载误电位器式传感器接入负载后存在非线性误差，负载误差推导过程如下：差推导过程如下：fRRmmaxmaxmaxxxRRXx则负载时输出电压为： )1 (1maxXmXXUUL空载输出电压为： U0=XUmax非线性误差为：当X=1/2时,负载非线性误差最大：0000max8 . 01004mm%100)1 (111 %10000XmXUUULLm=0.032; 又又 RL=1250;Rmax=mRL=0.0321250=40Usr=I RL=510-31250V=6.25V;L=6250/60mm=104

16、mm 所以根据设计要求应选择总阻值为所以根据设计要求应选择总阻值为40 ，总长度为，总长度为104 mm电位器电位器,电源激励电压电源激励电压Usr为为6.25V，这样便可构成满，这样便可构成满足上述要求的电位器式位移测量系统。足上述要求的电位器式位移测量系统。例题n1、试分析电位器式传感器的负载特性？什么是负载误差？如何减小负载误差？ Rx Rf X Ux Rmax Xmax Umax 解：接入负载时：RRRRRRRRRRUUfxxfxfxxfxfmaxmax2maxmaxmaxRRRRRRRUUxxffxxfxRRxXxmaxmaxRRfmmaxXmXXUUxf11max负载特性偏离理想空

17、载特性的偏差称为电位器的负载误差。对于线性电位器负载误差即是非线性误差。未接入负载时，电位器的输出电压为：UUXxmax接入负载后的负载误差为：%1001111%100 xmxUUUxxfxf由上式知，无论m为何值时，X为0或1时（即起始或最终位置），误差为零，在X=1/2时，负载误差最大。若要减少误差，一般可限制电位器工作区间；或将电位器的空载特性设计成某种上凸的曲线，即设计出非线性电位器也可减小非线性误差，使非线性电位器的空载特性与线性电位器的负载特性的误差抵消。45第第2章章 应变式传感器应变式传感器单击此处编辑母版标题样式休休 息息 一一 下下46p 经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量p Study Constantly, And You Will Know Everything. The More You Know, The More Powerful You Will Be写在最后Thank You在别人的演说中思考，在自己的故事里成长Thinking In Other PeopleS Speeches，Growing Up In Your Own Story讲师：XXXXXX XX年XX月XX日