電位器式傳感器

1、關(guān)于電位器式傳感器第一張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月電阻式傳感器 電阻式傳感器的種類繁多，應(yīng)用廣泛，其基本原理是將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路而最后顯示被測(cè)量值的變化。 電阻式傳感器與相應(yīng)的測(cè)量電路組成的測(cè)力、測(cè)壓、稱重、測(cè)位移、測(cè)加速度、測(cè)扭矩、測(cè)溫度等測(cè)試系統(tǒng)。目前已成為生產(chǎn)過程檢測(cè)以及實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化不可缺少的手段之一。 第二張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2電阻式傳感器分類1電位器式傳感器2應(yīng)變片式傳感器第三張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月33.4 電位器式傳感器電位器是一種常用的機(jī)電元件，廣泛應(yīng)用于各種電器和電子設(shè)備中。它主要是

2、一種把機(jī)械的線位移或角位移輸入量轉(zhuǎn)換為與它成一定函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出的傳感元件來使用。它們主要用于測(cè)量壓力、高度、加速度、航面角等各種參數(shù)。 電位器式傳感器具有一系列優(yōu)點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、重量輕、精度高、輸出信號(hào)大、性能穩(wěn)定并容易實(shí)現(xiàn)任意函數(shù)。其缺點(diǎn)是要求輸入能量大，電刷與電阻元件之間容易磨損。電位器的種類很多，按其結(jié)構(gòu)形式不同，可分為線繞式、薄膜式、光電式等；按特性不同，可分為線性電位器和非線性電位器。目前常用的以單圈線繞電位器居多。第四張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4一、線性電位器的空載特性 線性電位器的理想空載特性曲線應(yīng)具有嚴(yán)格的線性關(guān)系。圖3-36所示為電位器式位移

3、傳感器原理圖。如果把它作為變阻器使用,假定全長(zhǎng)為xmax的電位器其總電阻為Rmax,電阻沿長(zhǎng)度的分布是均勻的,則當(dāng)滑臂由A向B移動(dòng)x后,A點(diǎn)到電刷間的阻值為 (3-27) 2.1.1 線性電位器第五張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月5圖3-36 電位器式位移傳感器原理圖第六張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月6 若把它作為分壓器使用,且假定加在電位器A、B之間的電壓為Umax,則輸出電壓為(3-28) 圖3-37所示為電位器式角度傳感器。作變阻器使用,則電阻與角度的關(guān)系為 (3-29) 作為分壓器使用,則有 (3-30) 第七張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月7圖3-37

4、 電位器式角度傳感器第八張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月8 線性線繞電位器理想的輸出、輸入關(guān)系遵循上述四個(gè)公式。因此對(duì)如圖3-38 所示的位移傳感器來說,因?yàn)槠潇`敏度應(yīng)為 (3-32) (3-31) 第九張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月9 圖3-38 線性線繞電位器示意圖第十張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月10 式中,kR、ku分別為電阻靈敏度、電壓靈敏度;為導(dǎo)線電阻率;A為導(dǎo)線橫截面積;n為線繞電位器繞線總匝數(shù)。 由式可以看出,線性線繞電位器的電阻靈敏度和電壓靈敏度除與電阻率有關(guān)外,還與骨架尺寸h和b、導(dǎo)線橫截面積A(導(dǎo)線直徑d）、繞線節(jié)距t等結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān);電壓

5、靈敏度還與通過電位器的電流I的大小有關(guān)。 第十一張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月11二、 階梯特性 圖2-4所示為繞n匝電阻絲的線性電位器的局部剖面和階梯特性曲線圖。電刷在電位器的線圈上移動(dòng)時(shí),線圈一圈一圈的變化,因此,電位器阻值隨電刷移動(dòng)不是連續(xù)地改變,導(dǎo)線與一匝接觸的過程中,雖有微小位移,但電阻值并無變化,因而輸出電壓也不改變,在輸出特性曲線上對(duì)應(yīng)地出現(xiàn)平直段;當(dāng)電刷離開這一匝而與下一匝接觸時(shí),電阻突然增加一匝阻值,因此特性曲線相應(yīng)出現(xiàn)階躍段。這樣,電刷每移過一匝,輸出電壓便階躍一次,共產(chǎn)生n個(gè)電壓階梯,其階躍值亦即名義分辨率為(2-7) 第十二張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于202

6、2年6月12圖2-5 理想階梯特性曲線第十三張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月13非線性電位器非線性電位器是指在空載時(shí)其輸出電壓(或電阻)與 電刷行程之間具有非線性函數(shù)關(guān)系的一種電位器，也稱函數(shù)電位器。常用的非線性線繞電位器有變骨架式、變節(jié)距式、分路電阻式及電位給定式四種。第十四張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月14變骨架式非線性電位器 變骨架式電位器是利用改變骨架高度或?qū)挾鹊姆椒▉韺?shí)現(xiàn)非線性函數(shù)特性。 圖2-6所示為一種變骨架高度式非線性電位器。 第十五張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月15圖2-6 變骨架式電位器第十六張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月16電

7、位器的結(jié)構(gòu)與材料 由于測(cè)量領(lǐng)域的不同，電位器結(jié)構(gòu)及材料選擇有所不同。但是其基本結(jié)構(gòu)是相近的。電位器通常都是由骨架、電阻元件及活動(dòng)電刷組成。常用的線繞式電位器的電阻元件由金屬電阻絲繞成。 1、電阻絲： 電阻系數(shù)、溫度系數(shù)、強(qiáng)度、電勢(shì)及加工 2、電刷：某些電刷結(jié)構(gòu)如圖2-11 電刷觸頭、電刷臂、導(dǎo)向及軸承裝置 3、骨架。 膨脹系數(shù)、絕緣性能、強(qiáng)度及加工 第十七張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月17圖2-11 某些電刷結(jié)構(gòu)第十八張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月18電位器式傳感器應(yīng)用舉例電位器式壓力傳感器 電位器式壓力傳感器是利用彈性元件（如彈簧管、膜片或膜盒）把被測(cè)的壓力變換為彈性

8、元件的位移，并使此位移變?yōu)殡娝⒂|點(diǎn)的移動(dòng)，從而引起輸出電壓或電流的相應(yīng)變化。 如圖2-12 為YCD-150型遠(yuǎn)程壓力表原理圖。 彈簧管內(nèi)通入被測(cè)流體,在流體壓力作用下,彈簧管產(chǎn)生彈性位移, 使曲柄軸帶動(dòng)電位器的電刷在電位器繞組上滑動(dòng),因而輸出一個(gè)與被測(cè)壓力成比例的電壓信號(hào)。該電壓信號(hào)可遠(yuǎn)距離傳送,故可作為遠(yuǎn)程壓力表。 第十九張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月19圖2-12 YCO-l50型壓力傳感器原理圖第二十張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月20電位器式壓力傳感器 電位器式壓力傳感器如圖2-13 彈性敏感元件膜盒的內(nèi)腔,通入被測(cè)流體,在流體壓力作用下,膜盒硬中心產(chǎn)生彈性位移

9、,推動(dòng)連桿上移,使曲柄軸帶動(dòng)電位器的電刷在電位器繞組上滑動(dòng),同樣輸出一個(gè)與被測(cè)壓力成比例的電壓信號(hào)。第二十一張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月21圖2-13 膜盒電位器式壓力傳感器原理圖第二十二張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月22電位器式位移傳感器 電位器式位移傳感器常用于測(cè)量幾毫米到幾十米的位移和幾度到360的角度。圖2-14電位器式位移傳感器： 其中3為輸入軸，電阻線1以均勻的間隔繞在用絕緣材料制成的骨架上，觸點(diǎn)2沿著電阻絲的裸露部分滑動(dòng)，并由導(dǎo)電片4輸出。 圖2-15電位器式位移傳感器 在測(cè)量比較小的位移時(shí)，可將線位移變換成角位移。第二十三張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月23圖2-14 電位器式位移傳感器示意圖第二十四張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月24圖2-15 測(cè)小位移傳感器示意圖第二十五張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月25電位器式加速度傳感器 圖2-16所示為電位器式加速度傳感器,慣性質(zhì)量塊在被測(cè)加速度的作用下,使片狀彈簧產(chǎn)生正比于被測(cè)加速度的位移,從而引起電刷在電位器的電阻元件上滑動(dòng),輸出一與加速度成比例的電壓信號(hào)。 電位器傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,性能穩(wěn)定,能承受惡劣環(huán)境條件,輸出功率大,一般不需要對(duì)