传感器应用技术 课件 知识点：2.2非线性电位器

传感器应用技术项目二

电阻式传感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。1.非线性电位器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。如图所示为一种变骨架高度式非线性电位器。2.变骨架式非线性电位器2.变骨架式非线性电位器变骨架高度式非线性电位器当Δx→0时,则有由上述两个公式可求出骨架高度的变化规律为：2.变骨架式非线性电位器只要骨架高度满足左边式子，即可实现线性灵敏度要求。

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3.行程分辨率与阶梯误差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hmin>3～4mm,不能太小。（2）骨架型面坡度α应小于20°～30°，否则绕制时容易产生倾斜和打滑,产生误差,如图3.7(a)所示。4.非线性电位器结构特征减小误差方法：（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骨架的制造和绕制困难,将骨架设计成阶梯形的,如图3.8所示,实际是对特性曲线采用折线逼近。4.非线性电位器结构特征

图3.7对称骨架式（a)骨架坡度太高;（b)对称骨架减少坡度4.非线性电位器结构特征4.非线性电位器结构特征

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.电位器具有精度高、性能稳定、易于实现线性变化等优点，但也存在很多不足：如分辨率低、耐磨性差、寿命较短等。因此，人们研制了一些优良的非绕线式电位器。5.非绕线式电位器

碳膜电位器：在绝缘骨架表面上喷涂一层均匀的电阻液，经烘干聚合后而制成电阻。（电阻液由石墨、碳墨、树脂材料配制而成。）

优点：

分辨率高、耐磨性较好、工艺简单、成本较低、线性度较好。

缺点：

接触电阻大、噪声大。金属膜电位器：在玻璃或胶木基体上，用高温蒸镀或电镀方法，涂覆一层金属膜而制成。（制作金属膜的合金：锗铑、铂铜、铂铑、铂铑锰等。）

优点：温度系数小，可在高温环境下工作。

缺点：耐磨性差、功率小、阻值不高(1kΩ～2kΩ)。（1）薄膜电位器（2）导电塑料电位器这种电位器由塑料粉及导电材料粉(合金、石墨、炭黑等)压制而成，它又称为实心电位器。

优点：耐磨性较好、寿命较长、电刷允许的接触压力较大，适用于振动、冲击等恶劣条件下工作，且阻值范围大，能承受较大的功率。

缺点：温度影响较大、接触电阻大、精度不高。

（3）光电电位器上述几种电位器均为接触式电位器，其共同的缺点是耐磨性较差、寿命较短。光电电位器是一种非接触式电位器，它以光束代替了常规的电刷，有效地克服了上述几种电位器的缺点。光电电位器原理图1-光电导层；2-基体；3-薄膜电阻带；4-电刷窄光束；5-导电电极

（3）光电电位器结构原理：在基体（常用材料为氧化铝）上沉积一层硫化镉或硒化镉光电导层，然后在它的上面沉积一条金属导电条作为导电电极，在它的下面沉积一条薄膜电阻带，在电阻带和导电电极之间形成一很窄的间隙，再无光束照射时，因光电导材料的暗电阻极大，可视为电阻带与导电电极之间为断路，而当电刷的窄光束照射在此窄间隙上时，就相当于把电阻带和导电电极接通，这样在外电源的作用下，负载电阻上便有电压输出，且随着光束位置的移动而变化，如同电刷移动一样。光电电位器原理图1-光电导层；2-基体；3-薄膜电阻带；4-电刷窄光束；5-导电电极

（3）光电电位器

优点：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(500～1