第3章___电位器式传感器技巧.ppt

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。 ;3.1 线性电位器 ;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。;图3.1 直线位移式电位器传感器原理图 ; ;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 ; 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;图9.4 局部剖面和阶梯特性 ;大阶跃脉冲为主脉冲，视在分辨脉冲：;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。;3.2 非线性电位器 ;;当Δx→0时,则有 ; 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 ; 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hmin3～4mm,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骨架的制??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。; 图3.7 对称骨架式 （a)骨架坡度太高;（b)对称骨架减少坡度; 图3.8 阶梯骨架式非线性电位器; 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ρ、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 ;图3.9 变节距式非线性电位器 ; 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 ：; 3. 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 ; 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?; 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 ; 各段并联电阻的大小,可由下式求出: ; 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.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