电位器式传感器

1、第3章 电位器式传感器 第第3章章 电位器式传感器电位器式传感器 电位器式传感器知识结构框图 第3章 电位器式传感器 概述 电位器是一种机电转换元件，可将位移(直线位移或 线位移)转换成电阻或电压输出。 优点：结构简单，尺寸小，重量轻，价格便宜，输 出信号大，受环境影响小。 缺点：由于有摩擦，要求输出信号大，可靠性和寿 命差，动态特性不好，干扰大，一般用于静态或缓变量 的检测。 电位器分类电位器分类:线性电位器和非线性电位器线性电位器和非线性电位器 第3章 电位器式传感器 3.1 线性电位器线性电位器 组成:绕于骨架上的电阻丝线圈、沿电位器滑动的滑臂、电刷。 线性电位器：骨架截面处处相等，材料

2、和截面均匀的电阻丝 等节距绕制。 电位器接负载，此时的输出特性为负载特性，不接负载或负 载无穷大，输出特性称空载特性。 第3章 电位器式传感器 3.1.1 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。图9.1所示为电位器式位移传感器原理图。 如果把它作为变阻器使用,假定全长为xmax的电位器 电阻为Rmax,电阻沿长度的分布是均匀的,则当滑臂由A 向B移动x后,A点到电刷间的阻值为 max max x x RR x 若把它作为分压器使用,且假定加在电位器A、B之间的 电压为Umax,则输出电压为 max max x x UU x (9.2) (9.1) 第3章 电位器式传感器

3、 图3.1 直线位移式电位器传感器原理图 3.2 电位器式角度传感器原理图 是德国 ALTMANN专业 制造商提供的 导电塑料角度 传感器。 第3章 电位器式传感器 图3.2所示为电位器式角度传感器。 作变阻器使用,则电阻与角度的关系为 max max a a RR a (3.3) 作为分压器使用,则有 max max a x UU x (3.4) 结论：线性线绕电位器理想的输出、输入关系遵循上述四个公 式。 第3章 电位器式传感器 若线性电位器式传感器截面长、宽为b、 h，导线横截面积A，绕线 节距为t，则 max max 2()Rbh n A xnt 其灵敏度应为： max max max

4、 max 2() 2() R U Rbh S xAt Ubh SI xAt (9.6) 骨架宽、高 (9.5) 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。 第3章 电位器式传感器 3.1.2 阶梯特性、阶梯误差和分辨率 图3.1所示,电刷在电位器的线圈上移动时,线圈一圈一 圈的变化,因此,电位器阻值随电刷移动不是连续地改变,导 线与一匝接触的过程中,虽有微小位移,但电阻值并无变化, 因而输出电压也不改变,在输出特性曲线上对应地出现平 直段;当电刷离开

5、这一匝而与下一匝接触时,电阻突然增加 一匝阻值,因此特性曲线相应出现阶跃段。这样,电刷每移 过一匝,输出电压便阶跃一次,共产生n个电压阶梯,其阶跃 值亦即名义分辨率为 max U U n (9.7) 第3章 电位器式传感器 图9.4 局部剖面和阶梯特性 线圈一圈一圈的变化 电位器阻值随电刷移动非连续地改变 电刷离开这一匝而与下一匝接触，电 阻突然增加一匝阻值，特性曲线相应 出现阶跃段。输出电压便跃变一次。 阶跃值亦即名义分辨率： m ax U U n 电刷从j匝移到(j+1)匝的过程中,必定会使这两 匝短路，总匝数从n匝减小到（n-1）匝,使得 在每个电压阶跃中还产生一个小阶跃。 小电压阶跃亦

6、即次要分辨脉冲： ? j j+1 第3章 电位器式传感器 大阶跃脉冲为主脉冲，视在分辨脉冲： mn UUU 工程上常把图3.4那种实际阶梯曲线简化成如图3.5所示 理想阶梯曲线 。 (9.11) 第3章 电位器式传感器 从图9.5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 是理论特性曲线,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。 max max 1 () 1 2 100% 2 j U n Un (3.10) 阶梯误差 理想阶梯特性曲线对理论特 性曲线的最大偏差与最大输 出电压的百分数 3.5 理想阶梯曲线 第3章 电位器式传感

7、器 3.2 非线性电位器非线性电位器 空载时输出电压(电阻)与电刷行程之间具有非线性关系。 研究意义：现实中有些对象是指数函数、对数函数、三角函 数及其他任意函数。要满足控制系统特殊要求,必须想办法 找到与线性控制系统的关系,用线性输出特性解决非线性输 出。常见非线性特性有变骨架、变节距、分路电阻或电位 给定四种。 3.2.1 变骨架式非线性电位器 变骨架式电位器是利用改变骨架高度或宽度的方法来实 现非线性函数特性。图36所示为一种变骨架高度式非线性 电位器。 第3章 电位器式传感器 图3.6 变骨架高度式非线性电位器 1.骨架变化的规律 结构参数、A、t不变, 只改变骨架宽度b或高度h 曲线

8、上任取一小段,可视为直线，用图中折线逼近曲线 电刷位移为x,对应的电阻变化就是R 线性电位器灵敏度公式仍然成立： 第3章 电位器式传感器 当x0时,则有 2() 2() dRbh dxAt dUbh I dxAt (3.13) (3.14) 由上述两个公式可求出骨架高度的变化规律为： 2 1 2 At dR hb dx At dR hb Idx (3.15) (3.16) 只要骨架高度满足左边式 子，即可实现线性灵敏度 要求。 第3章 电位器式传感器 2.行程分辨率与阶梯误差 变骨架高度式电位器的绕线节距是不变的,因此其行 程分辨率与线性电位器计算式相同,则有 max maxmax 1 100

9、% by x t n e xxn 但由于骨架高度是变化的,因而阶梯特性的阶梯也 是变化的,最大阶梯值发生在特性曲线斜率最大处,故阶 梯误差为 max max () 1 100% 2 j dU t dx U (9.17) 第3章 电位器式传感器 3.结构特点 变骨架式非线性电位器理论上可以实现所要求的许多种 函数特性,但结构必须满足： （1）为保证强度,骨架的最小高度hmin34mm,不能太小。 （2）骨架型面坡度应小于2030，否则绕制时容易产 生倾斜和打滑, 产生误差,如图9.7(a)所示。 减小误差方法： （1）减小坡度，可采用对称骨架,如图3.7(b)所示。 （2）减小具有连续变化特性的

10、骨架的制造和绕制困难, 将 骨架设计成阶梯形的,如图9.8所示,实际是对特性曲线采用折 线逼近。 第3章 电位器式传感器 图3.7 对称骨架式 （a)骨架坡度太高;（b)对称骨架减少坡度 第3章 电位器式传感器 图3.8 阶梯骨架式非线性电位器 实际是对特 性曲线采用 折线逼近. 第3章 电位器式传感器 3.2.2 变节距式非线性线绕电位器 变节距式非线性线绕电位器也称为分段绕制的非线性 线绕电位器。 1.节距变化规律 变节距式电位器是在保持、A、b、h不变的条件下,用 改变节距t的方法来实现所要求的非线性特性,如图9.9所示。 由（3.13）、（3.14）式,可导出节距的基本表达式为 2 (

11、)2(bhIbh t dRdU AA dxdx (3.18) 第3章 电位器式传感器 图3.9 变节距式非线性电位器 第3章 电位器式传感器 2. 阶梯误差和分辨率 由图3.9可见,变节距式电位器的骨架截面积不变,因而 可近似地认为每匝电阻值相等,即可以认为阶跃值相等。 故阶梯误差计算公式和线性线绕电位器阶梯误差的计 算公式完全相同,见(3.12)式。 行程分辨率：由于该分辨率取决于节距, 其最大绕距tmax发 生在特性斜率最低处,故行程分辨率公式应为 ： max max 100% by t e x max max 1 () 1 2 100% 2 j U n Un 第3章 电位器式传感器 3.

12、 结构与特点 骨架制造比较容易,（绕制较困难，但近年来数字程 控绕制机减小了绕制困难），只能适用于特性曲线斜率 变化不大的情况,一般 max max min min () 3 () dU t dx dU t dx 其中可取 min (0.03 0.04)tdmm 第3章 电位器式传感器 3.2.3 分路（并联）电阻式非线性电位器 1实现原理 如果有一个线性电位器和若干阻值不同的电阻，要 实现图3.11（a）中3所示的非线性特性，如何实现? 第3章 电位器式传感器 图3.10分路电阻式非线性电位器 （a）分路电阻式非线性电位器;（b）输出特性 要实现曲线3所要求的特性: 线性电位器全行程分若干段

13、,引出一些抽头, 对每一段并联适当 阻值,使得各段的斜率达到2所需的大小(每一段内,电压输出是线 性的),而电阻输出是非线性的,如曲线1.若能求出各段并联电阻 的大小,即可实现输出特性3所要求的函数关系。 第3章 电位器式传感器 各段并联电阻的大小,可由下式求出: 111 222 333 / / / rRR rRR rRR (3.20) 两种方法求r1、r2、r3： 1、知各段电压变化U1、U2和U3, 根据允许通过的电流确 定R1、R2和R3； 2、让最大斜率段电阻为R3（无并联电阻时）压降为U3,则 3 3 U I R 求出I后,则 2 2 1 1 U R I U R I 根据3.20求出

14、并 联电阻r1、r2、r3 第3章 电位器式传感器 2. 误差分析 分路电阻式非线性电位器的行程分辨率与线性线 绕电位器的相同。其阶梯误差和电压分辨率均发生在 特性曲线最大斜率段上 (3.21) (3.22) x U t 第3章 电位器式传感器 3.结构与特点 分路电阻式非线性电位器原理上存在折线近似曲 线所带来的误差,但加工、绕制方便,对特性曲线没有很 多限制,使用灵活,通过改变并联电阻,可以得到各种特性 曲线。 第3章 电位器式传感器 例题例题 设计一只具有分流电阻的环行线绕电位器。已知先行电位器的总 电阻R0=4.8k，环形电位器的骨架R内=20mm，电源电压U=27V （d.c），采用

15、康铜丝作电阻丝（=0.5 .mm2/m），电阻丝中最 大电流密度j=5A/mm2，现要求该电位器能实现下表所列函数关 系U=f（），试求线性电位器的分流电阻值。 转角03468102136170204238272306340 输出 电压 2720.315.210.88.15.84.32.81.70.80 两端 电位 差 6.75.14.4 2.72.31.5 1.10.9 0.8 1.5 第3章 电位器式传感器 解：1、由于第一段斜率最大，此处阶梯误差最大. 则 mA R U I14 480 7 . 6 1 求出根据先行电位器的特性Ri RRi Ui U RiR ri R U Ui Riri

16、1 1 1 1 / 1 r2=1.53K ； r3=918.3 ； r4=324； r5=250.9 ； r6=138.5 ； r7=138.5 ； r8=94.3 ； r9=7405； r10=65.1； 第3章 电位器式传感器 3.3 负载特性与负载误差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或为无 穷大时的情况,而一般情况下,电位器接有负载,接入负载 时,由于负载电阻和电位器的比值为有限值,此时所得的 特性为负载特性,负载特性偏离理想空载特性的偏差称 为电位器的负载误差,对于线性电位器负载误差即是其 非线性误差。带负载的电位器的电路如图9.11所示。电 位器的负载电阻为

17、Rf,则此电位器的输出电压为 第3章 电位器式传感器 3.12 带负载的电位器电路 第3章 电位器式传感器 电阻相对变化: (3.24) （很复杂） 电位器的负载系数为: max f R m R (3.25) max R R r x 2 maxmax max xxf fx xf RRRRR RR UU 第3章 电位器式传感器 在未接入负载时,电位器的输出电压Ux为 (3.27) 则接入负载Rf后的简化的输出电压Uxf表达式为: (3.26) (3.28) )1 (1 max rmr r UU xf Ux=rUmax 0 0 100 x xfx f U UU 比较（3.26）和（3.27）两式可

18、知，Rf不是无穷大，负载与 空载输出之间产生偏差，则负载误差为： 第3章 电位器式传感器 将(3.26)、(3.27)两式带入上式,则得 (3.29) 0 0 100 )1 (1 1 1 rmr f 由图可见,无论m为何值, 电刷在起始和最终位置时, 负载误差都为零;当X=1/2 时,可求导,负载误差最大, 且增大负载系数时,负载 误差也随之增加。减少方 法：尽量减小负载系数， 通常希望m0.1，为此可 采用高输入阻抗放大器； 将电位器工作区间限制在 负载误差曲线范围内；将 电位器空载特性设计成某 种上凸特性，负载特性必 然下降，正好是所要求的 特性。 第3章 电位器式传感器 图9.13 非线

19、性电位器的空载特性 (3)设计出非线性电位 器(将电位器的空载 特性设计为某种上凸 的曲线2),此非线性电 位器的空载特性曲线 2与线性电位器的负 载特性曲线1,两者是 以特性直线3互为镜 像的,也可消除负载误 差,如图9.13所示。 第3章 电位器式传感器 3.4、结构与材料、结构与材料 1线绕式电位器 通常由电阻丝、电刷及骨架构成。 1）电阻丝 要求电阻丝具有电阻率高，电阻温度系数小，耐磨耐腐蚀等特点。 常用的材料有铜锰合金类、铜镍合金类、铂铱合金类、 2非线绕式电位器 上述线饶式电位器的特性也适合非线绕式电位器，下面主要介 绍非线绕式电位器特点及基本结构。 非线绕式电位器具有精度高，性能

20、稳定，易于实现各种变化等 特点。但分辨率较低，耐磨性差，寿命较短。因而人们研制了一 些性能优良的非线绕式电位器。 第3章 电位器式传感器 1、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。这种电位器特点是分辨率高、耐磨性较好、 工艺简单、成本较低、线性较好，但接触电阻及噪声较大等。 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、铂铑锰等。 该电位器温度系数小，可在高温下工作，但存在难磨性差、 功率小、阻值较

21、小（1K-2 K）等缺陷。 2、导电塑料电位器 这种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。 第3章 电位器式传感器 3、光电电位器、光电电位器 光电电位器是一种非接触式电位器，用光束代替电刷， 克服上述接触式电位器耐磨性差，寿命较短的共同缺点。 1-光电导层；2-基体；3- 薄膜电阻带；4-电刷窄光 束；5-光电级 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

22、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。 优点:光电电位器具有耐磨性好，精度、分 辨率高，寿命长（可达亿万次循环）、可靠 性好，阻值范围宽（500-15M）等优点； 第3章 电位器式传感器 3.5 电位器式传感器电位器式传感器 9.4.1 电位器式位移传感器 电位器式位移传感器常用于测量几毫米到几十米 的位移和几度到360的角度。图9.14所示推杆式位移 传感器可测量5200mm的位移. 第3章 电位器式传感器 图3.15所示替换杆式位移传感器可用于量程为 10mm到量程为320mm的多种测量范围,巧妙之处在于采 用替换杆(每种量程

23、有一种杆)。替换杆的工作段上开有 螺旋槽,当位移超过测量范围时,替换杆则很容易与传感 器脱开。需测大位移时可再换上其它杆。电位器2和以 一定螺距开螺旋槽的多种长度的替换杆5是传感器的主 要元件,滑动件3上装有销子4,用以将位移转换成滑动件 的旋转。替换杆在外壳1的轴承中自由运动,并通过其本 身的螺旋槽作用于销子4上,使滑动件3上的电刷沿电位器 绕组滑动,此时电位器的输出电阻与杆的位移成比例。 第3章 电位器式传感器 图9.15 替换杆式位移传感器 第3章 电位器式传感器 3.5.2 电位器式压力传感器 电位器式压力传感器如图3.16所示,弹性敏感元件膜 盒的内腔,通入被测流体,在流体压力作用下

24、, 膜盒硬中 心,推动连杆上移,使曲柄轴带动电位器的电刷在电位器 绕组上滑动,因而输出一个与被测压力成比例的电压信 号。该电压信号可远距离传送,故可作为远程压力表。 第3章 电位器式传感器 图3.16 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 第3章 电位器式传感器 3.5.3 电位器式加速度传感器 图3.17所示为电位器式加速度传感器,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被测加 速度的位移,从而引起电刷在电位器的电阻元件上滑动, 输出一与加速度成比例的电压信号。 总结:电位器传感器结构简

25、单,价格低廉,性能稳定, 能承受恶劣环境条件,输出功率大,一般不需要对输出信 号放大就可以直接驱动伺服元件和显示仪表;其缺点是 精度不高,动态响应较差,不适于测量快速变化量。 第3章 电位器式传感器 图9.18 电位器式加速度传感器 惯性质量块在被测 加速度的作用下 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 惯 性 质 量 块 活塞阻力器 第3章 电位器式传感器 3.6 电位器式传感器应用设计电位器式传感器应用设计 3.6.1、电位器式液位传感器设计、电位器式液位传感器设计 要求设计一只电位器式液位传感器，液面上限比下限高100mm， 当达到液位上

26、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。继电器的线圈电阻为1250，吸 合电流5mA，若要求该液位传感器的非线性误差max0.8%，输 出电压灵敏度Usc/l60mv/mm，试求该电位器的总电阻Rmax， 总长度L和电源激励电压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，负载误差推导过程 如下： 第3章 电位器式传感器 f R R m max maxmax x x R R X x 则负载时输出电压为： )1 (1 max XmX X UUxf 空载输出电压为： UX=XUma

27、x 非线性误差为： 当X=1/2时,负载非线性误差最大： 0 0 0 0 max 8 . 0100 4 m m 第3章 电位器式传感器 m=0.032; 又 Rf=1250; Rmax=mRf=0.0321250=40 Usr=IRf=510-31250V=6.25V; L=6250/60mm=104mm 所以根据设计要求应选择总阻值为40，总长度为104 mm电位器,电源激励电压Usr为6.25V，这样便可构成满足 上述要求的电位器式位移测量系统。 第3章 电位器式传感器 3.6.2、电位器式角度指示仪设计、电位器式角度指示仪设计 设计原理：用一个470旋钮电位器模拟电位器式传感 器，其电压

28、变化一般为（05）v，这样不需要电桥测 量电路和仪表放大器就可以对电压信号进行采集。选 用51单片机（如89C52）作为系统的CPU、ADC0809模 数转换器、三位LED显示旋转的角度，转角范围为0 360，其原理框图如图3-18。 图3-18 角度指示仪原理框图 第3章 电位器式传感器 3.6.3、汽车前轮转向角的简易测量系统设计、汽车前轮转向角的简易测量系统设计 3.6.3.1、设计任务设计任务 利用电位器式式角度传感器传感器（模拟汽车前轮转向角的检 测信号）、单片机、电子技术等相关知识设计简易汽 车前轮转向角测量系统。 3.6.3.2、设计要求、设计要求 转角仪测量范围是左转角050，

29、右转角050度，汽 车前轮转向角最小分辨率为0.5，小数点后只显示5或0， 最大的示值误差为1。 第3章 电位器式传感器 图3-20 汽车前轮转向角检测仪 3.6.3.4、设计提示与分析、设计提示与分析 根据设计指标，用八位AD（0255）芯片就可达到要求。制 动过程信号采集通过人员旋动电位器来模拟，假定传感器电压 的中间值为固定的0度（实际角度测量系统不这样，设计了自 动归零处理），朝左旋转为正向角，符号位用0显示，朝右旋 转为负向角，符号位用1显示。程序中角度计算可以通过查表， 也可以用一个线性化公式来计算。左右转角的显示时间大于1 秒。如果没有电位器式角度传感器，可用一个普通旋钮电位器

30、代替。 第3章 电位器式传感器 3.6.3.5、设计内容如下、设计内容如下 1、了解电位器式角度传感器的工作原理，工作特性等。 2、当给电位器标准电压时，对转角与输出的电压进行测量， 为程序设计的校正做准备。 3、设计合理的信号调理电路。 4、用单片机和AD芯片对信号进行处理，要有Protel画硬件 接线原理图、利用C语言在单片机开发软件中编写相关程序, 并对单片机的程序作详细解释。 5、列出制作该装置的元器件，制作实验板，并调试运行成 功。 第3章 电位器式传感器 3.6.3.7、单片机采样显示硬件原理图、单片机采样显示硬件原理图 第3章 电位器式传感器 3.6.4、电位器性能测试系统的设计

31、、电位器性能测试系统的设计 电位器性能测试一般包括电气性能测试与机械性能测试，目前国内有旋转寿命测试 台，线性度、平滑性等测试台。2009-2010年武汉工程大学给中国空空导弹研究所 研制了一套电位器性能测试系统。该系统是评估舵机（舵机是航模，飞行器，导 弹上的旋转的角度传感器等等）用电位器各种性能指标的。电气性能测试项目有： 1、有效电气行程、理论电气行程的测试； 2、独立线性度测试； 3、输出平滑性测试； 4、接触电阻测试； 5、接触电阻变化测试； 6、后冲； 7、正弦响应、阶跃响应； 8、旋转寿命测试。 第3章 电位器式传感器 其中前7项电气性能测试的硬件系统框图如图3-23所示。硬件

32、系统采用研华IPC工控机作为控制器，内部装有数据采集卡和 数字IO卡（DIO卡）；通过LAN口与PMAC的clipper运动控制 卡通讯；clipper运动控制卡采用脉冲+方向控制方式与伺服驱 动器接线；伺服驱动器用两条电缆6芯编码线与4芯动力线与伺 服电机连接；伺服电机安装在夹具座上，夹具配有多种电位器 安装小夹具；小夹具上安装配套测量的电位器；电位器的三根 信号线给信号调理箱；信号调理箱内有很多继电器与恒流源等 电路，通过DIO卡的控制来自动进行各项功能的测试。 第3章 电位器式传感器 第3章 电位器式传感器 该装置进行独立线性度测试原理是： 用伺服电机带动电位器以一固定的角度一步一步的前

33、进， 每前进一步就停下来，用数据采集卡采集输出的电压信 号，这样得出很多角度值与电压值的标定点，通过数据 处理来计算各种行程与独立线性度。工控机界面用 LabVIEW软件开发，图3-24是该系统有效行程与独立线 性度的测试界面。 第3章 电位器式传感器 第3章 电位器式传感器 该装置进行平滑性的测试原理是：该装置进行平滑性的测试原理是： 伺服电机以以固定的速度匀速运行，电位器的输出信号 通过滤波器后，用数据采集卡采集滤波后的信号，通过 计算分析后可相应数据。下图3-25是输出平滑性的测试 曲线。 第3章 电位器式传感器 例题例题 1、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

34、载误差？ Rx Rf X Ux Rmax Xmax Umax 解：接入负载时： RR RR RR RR RR UU fx xf x fx xf xf max max 2 maxmax max RRRRR RR UU xxf fx xf xR R x X x maxmax R R f m max XmX X UU xf 11 max 第3章 电位器式传感器 负载特性偏离理想空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： UU X xmax 接入负载后的负载误差为： %100 11 1 1 %100 xmx U UU x xfx f

35、 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。如上图。 第3章 电位器式传感器 2、电位器式传感器线圈电阻为10K，电刷最大行程4mm。 若允许最大消耗功率40mW，传感器所用激励电压为允许 的最大激励电压，试求当输入位移量为1.2mm时，输出电 压是多少？ 解：若该位移传感器工作在空载状态， 则：R=10*103 ，L=4mm，P=40mW P=V2

36、/R，V=20V 当L=1.2mm时， Vo=V*1.2/4=6V 3、在上题位移传感器后接一电压表，表的内阻为电位器电 阻的两倍，试计算电刷位移量为电刷最大行程50%时电位器 的负载误差？ 第3章 电位器式传感器 Rx Rf X Ux Rmax Xmax Umax 解：电位器在空载时电刷位移量为 电刷最大行程50%时的输出电压为 U U U sr sr sc 5 . 0 2 有负载时的输出电压为： U RRRRR RR UU xxf fx xf max 2 maxmax max 9 4 RRxmax 2 1 RRfmax 2 ； %12 %100 5.0 5.044.0 %100 U UU x xfx f 负载误差带负号，表示读数值比空载小。 第3章 电位器式传感器 4、一测量线位移的电位器式传感器，测量范围为0-10mm， 分辨率0.05mm，电阻丝材料为漆包的铂依合金，丝直径 0.05mm，电阻率为=3.25*10-4 .mm，绕在直径为50mm的 骨架上，开路时电压灵敏度为2.7v/mm，求：当负载 RL=10K 时，负载最大的电压灵敏度，最大非线性误差？ 解：空载时有： U X U X xmax max 由电压灵敏度有： V dx U