电位器式传感器 (讲 稿) 李江全 石河子大学机电学院电气工程教研室
目 录 一、含义 二、组成 三、工作原理 四、类型 五、优缺点 六、应用 补充问题 1、电位器在电子电路中的作用是什么？ 2、电位器传感器有哪几种噪声？ 3、电位器的空载和负载特性的含义是什么？ 4、什么是非线性电位器？ 5、电位器的非线性误差与哪些参量有关？为什么？
一、含义 1）被测量的变化导致电位器阻值变化的敏感元件称为电位器传感器。 又称电位差计或变阻器式传感器。 2）电位器是一种将机械位移（线位移或角位移）转换的为与其成一定函数 关系的电阻或电压的机电传感元件。 3）电位器式传感器是一种可以将线位移或角位移转换为与它成一定函数关 系的电阻或电压输出，用以测量位移、角度、压力和加速度等非电量的传感器。 二、组成 电位器电刷（活动触点机构）和电阻器两部分组成。 电阻器是由电阻非常高的极细绝缘导线，按照一定的规律紧密整齐地绕在 一个绝缘骨架上制成的。 电刷通常由具有弹性的金属薄片或金属丝制成。 电刷与电阻器之间有一定的接触压力，以使两者在相对滑动过程中保持可 靠的接触和导电。 电刷与电阻器间的接触面，是将电阻元件上的绝缘导线的绝缘层磨掉并抛 光，形成一个电刷可在其上均匀滑动的光滑接触道。 每匝电阻丝能随时与电刷导电，又能保证匝间彼此绝缘。 又细分为： 电位器传感器实际上由电阻丝、骨架（二者组成电阻器）、电刷三部分组 成。 三、工作原理 在机械位移作用下，使电刷在变阻器上移动，将被测位移量转换为电阻值 的变化，当变阻器中通过一定电流时，则在电刷所在位置处即可得到与被测量 成一定函数关系的电压输出。 由 A l R = ，知：当 l 变化时， R 变化。 如图示，电刷位移为 x x l R Rx = U R x L I
x l IR IRx = x kv x l U U = = 0 工作原理：通过改变电路中电阻值的大小，实现将位移转换为电阻的变化。 四、类型 1、按结构形式可分为线绕式、非线绕式。 线绕式电位器适合于对较大位移（数 mm 到几十 mm）的测量，测量直线 位移采用平板型骨架，测量角位移则多采用圆形骨架。 线绕单圈线电位器工作特性稳定，制造精度易于保证目前应用居多。 非线绕式有：金属膜电位器、合成膜电位器、导电塑料电位器和光电电位 器、半导体电位器、分段电阻式等。 2、按工作特性可分为线性和非线性（出数）两种。 3、按测量位移种类可分为直线位移型、角位移型。 4、按触点不同分为滑动触点式、液体触点式等。 五、优缺点 1、优点： 1）结构简单，小而轻，价格便宜，有一定可靠性； 2）输出特性精度高，而且性能稳定； 3）理论上可以实现线性的及任意函数的特性曲线； 4）受温度、湿度、电磁场干扰，放射性等环境因素影响较小； 5）输出信号较大（输出功率大）一般不需放大，可用指示仪表直接接收 信号，简化了测量曲路，故在农机试验中应用较多，例如：测量拖拉机踏板和 方向盘的线位移和角位移，农机具的牵引阻力等。 2、缺点： 1）存在磨擦，动态响应差，这就要求有较大的输入能量； 2）滑动部分产生摩损，影响电位器的寿命及可靠性，也使其工作速度受
到限制，适合于测量变化较缓慢的量； 3）滑动接触点的接触电阻不稳定，易于产生误差，尤其当变换器在振动 条件下工作时，则更为不利； 4）对于电阻值是有级变化的电位器，分辨率较低（因为受到电阻丝直径 的限制），测量精确度受到影响； 5）存在着较大噪声。 由于电位器具有特殊的优点，因此，它不仅广泛地用于电量和非电量的测 量技术中，而且在电子工程中的应用也十分广泛。 六、应用 主要用于线位移、角位移的测量，还可用于角度（转角）、压力、加速度、 液位、高度等物理量的测量。 例如：测量汽车踏板的线位移和方向盘的转动角度，农机具的 牵引阻力等