传感器及应用第4章

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1、07传感器及应用第4章电位器、电感及电容式传感器本章介绍的传感器是利用:被测量改变时引起传感器的电阻量、电容量或磁路的磁阻等的变化，实现对非电量的检测。统称变阻抗式传感器。大都属于结构型传感器。7/20/2021107传感器及应用第4章讲稿4.1.1电位器式传感器工作原理1.电位器的结构电位器是一种可变电阻，有两个固定端，和一个滑动端（电刷）电刷在电阻体表面滑动引起电阻改变将非电量的变化转变成电量（电压或电流）的变化7/20/2021207传感器及应用第4章讲稿线性电位器的电阻变化值R或电压降U与滑臂的移动距离x或转动角度成

2、正比对于位移若是转动角度，则7/20/2021307传感器及应用第4章讲稿2.电位器传感器的特性（1）灵敏度对于如下结构的电位器计算其灵敏度：7/20/2021407传感器及应用第4章讲稿电位器的输入量是电刷的位移x，输出量是电阻R，其灵敏度S为在x处，电位器骨架的宽度和高度分别为b(x)和h(x)，匝与匝间距离为t(x)，绕线的截面积为A，绕线的电阻率为。7/20/2021507传感器及应用第4章讲稿在x微段上，有x/t(x)匝导线，导线的长度为2[b(x)+h(x)]x/t(x)，所对应的电阻为7/20/20216

3、07传感器及应用第4章讲稿线性线电位器的电阻灵敏度与电压灵敏度分别表示为7/20/2021707传感器及应用第4章讲稿（2）阶梯特性对于线绕电位器即使电刷在传感器上滑动是连续的，但它与导线的接触仍是以一匝一匝为单位移动的，而不是连续的电位器的输出特性不是一条光滑的曲线，而是一条如阶梯状的拆线电刷每移动一个节距，输出电压就有一个微小的跳跃7/20/2021807传感器及应用第4章讲稿当电位器有W匝时，就有W次跳跃。这就是电位器传感器的阶跃特性。线绕式传感器阶跃特性会带来测量误差，称阶梯误差。7/20/2021907传感器及应用第

4、4章讲稿（3）分辨力分辨力是传感器检测微小变化的能力对电位器传感器来说，电位器所能反映的输入量最小变化（线径d）就是分辨力线径越细，分辨率就越好要提高传感器的精度（d/Xmax），就要减少绕线的直径7/20/20211007传感器及应用第4章讲稿3.非线性电位器指在空载时其输出电压（电阻）与电行程间是特定函数关系（如指数、对数、三角函数或其它）这是为满足特定的测控系统要求而设计的4.结构与材料电位器传感器的灵敏度、稳定性和寿命等与传感器的结构、选用材料和工艺是密不可分的不同需要会采用不用材料。常用的线绕电位器由电阻率温度系数很

5、小的、稳定性好的电阻丝绕成7/20/20211107传感器及应用第4章讲稿5.非线绕式电位器传感器大多数电位器式传感器大都采用线绕式，优点是比较稳定、易于实现所要求的变换特性；缺点是存在阶梯误差和分辨率低、耐磨性差，寿命短和功耗大非线绕电位器有合成膜、金属膜、导电塑料和导电玻璃釉电位器，具有分辨率高，耐磨、寿命长、校准容易的优点；缺点是受温度、湿度变化影响大，较难实现高精度7/20/20211207传感器及应用第4章讲稿4.1.2电位器式传感器的应用主要测量位移，通过其它敏感元件（膜片、膜盒、弹簧管等）转换也可测量压力、加速度

6、等1.电位器式位移传感器利用位移（转角）与电压间的关系，将非电信息转换成电压，就可能测量距离或转角电位器式传感器可以测量几米到几十米的位移或几乎到360º角度7/20/20211307传感器及应用第4章讲稿图4.4是推杆式位移传感器，电位器的阻值1500，可测量5~299mm位移，使用温度为50º，湿度98%RH和频率300Hz以内，300m/s2的振动加速度条件下，精度为2%7/20/20211407传感器及应用第4章讲稿2.电位移式压力传感器图4.5是一个电位移式压力传感器敏感元件是膜盒，通入被测流体后在流体作用下中心

7、产生弹性位移，推动连杆上行，使曲柄带动电位器的电刷，在绕组上滑动，输出与压力相关的电信号7/20/20211507传感器及应用第4章讲稿3.电位器式加速度传感器图4.6为电位器式加速度传感器惯性块在加速度的作用下，使片状弹簧产生正比于加速度的位移，引起电刷在电阻体上滑动，输出一个与加速度成比例的电压信号7/20/20211607传感器及应用第4章讲稿电位器式加速度传感器优点：结构简单，价格低廉性能稳定，能承受恶劣环境条件输出信号大因此目前在火箭上仍被采用缺点是：精度不高动态响应较差不适于测量快速变化量7/20/20211707

8、传感器及应用第4章讲稿4.2电感式传感器将被测量变化转换成线圈自感或互感的变化来测量非电量的一种装置4.2.1自感式传感器1.工作原理图4.7为自感式传感器7/20/20211807传感器及应用第4章讲稿铁心与衔铁的初始距为，线圈的匝数为N由电感定义可得L=N/IN为匝数