北航传感器原理13.pptx

传感器技术及应用——几种典型的模拟式传感器(二)李成2013.05.07 课程回顾：思考题(第4讲：几种典型的模拟式传感器)1.变电阻式传感器的主要类型?回答要点：电位器式、应变式、压阻式传感器课程回顾：思考题(第4讲：几种典型的模拟式传感器)2.电位器式、应变式、压阻式传感器的主要区别?回答要点：传感转换元件 物理量变化电阻变化电位器式传感器大电阻变化型，R：0—R传敏感元件转换元件变形（应力、应变）物理量变化电阻变化应变式传感器微电阻变化型，R：0—20%R传转换元件敏感元件压阻式传感器 电阻率电阻变化物理量变化微电阻变化型，灵敏度比应变式高50~70倍课程回顾：思考题(第4讲：几种典型的模拟式传感器)3.简述电位器式传感器的应用特点?（10分）回答要点：（1）位移式变换原理（2分）（2）可以直接输出较大信号（4分）（3）磨损，有较大的负载效应和负载误差（4分）Q：电位器传感器在使用中还需考虑那些特性？课程回顾：线绕式电位器的特性阶梯特性和阶梯误差工程上常把实际阶梯曲线简化成理想阶梯曲线。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。课程回顾：思考题(第4讲：几种典型的模拟式传感器)4.如何改善阶梯误差和分辨率?回答要点：在实际设计中,为改善阶梯误差和分辨率：（1）需增加匝数,即减小导线直径（小型电位器通常选0.5mm或更细的导线）；（2）增加骨架长度（如采用多圈螺旋电位器)。课程回顾：线绕式电位器的特性灵敏度 线性线绕电位器的电阻灵敏度和电压灵敏度除与电阻率ρ有关外，还与骨架尺寸h和b、导线横截面积q、绕线节距t等结构参数有关。电压灵敏度还与通过电位器的电流I的大小有关。课程回顾：思考题(第4讲：几种典型的模拟式传感器)5.为什么使用非线性电位器?回答要点： 需要非线性输出(指数函数、对数函数、三角函数)； 修正、补偿非线性； 改善负载误差。4.2 电位器式传感器4.2.1 概 述4.2.2 线绕式电位器的特性4.2.3 非线性电位器4.2.4 电位器的负载特性及负载误差4.2.5 电位器的结构与材料4.2.6 非线绕式电位器4.2.7 典型的电位器式传感器课程回顾：思考题(第4讲：几种典型的模拟式传感器)5.骨架为如下图形所示的电位器的电阻变化?回答要点：4.2.4 电位器的负载特性及负载误差电位器的负载特性一般情况下,电位器接有负载, 由于负载电阻和电位器的比值为有限值,此时所得的特性为负载特性。负载特性相对于空载特性的偏差称为电位器的负载误差。对于线性电位器负载误差即是其非线性误差。或4.2.4 电位器的负载特性及负载误差电位器的负载特性电压的相对输出Y：或或4.2.4 电位器的负载特性及负载误差电位器的负载特性适用于线性电位器注意：负载系数Kf的定义本教材对负载系数Kf的定义其他教材对负载系数m的定义4.2.4 电位器的负载特性及负载误差电位器的负载误差(相对负载误差)减小负载误差的措施提高负载系数限制电位器的工作范围重新设计电位器的空载特性4.2.4 电位器的负载特性及负载误差-补充注意：电位器的负载误差(相对负载误差)Q1：分母？本教材Q2：分母？其他教材负载误差4.2.4 电位器的负载特性及负载误差-补充δf与m、X的关系曲线 注意：电位器的负载误差(相对负载误差)Q：由右图可得出什么结论？无论m为何值，X=0和X=1时,即电刷在起始位置和最终位置时,负载误差都为零;当X=1/2时,负载误差最大，且增大负载系数时,负载误差也随之增加。对线性电位器,当电刷处于行程中间位置时,其非线性误差最大。4.2.4 电位器的负载特性及负载误差-补充注意：电位器的负载误差(相对负载误差)若要求负载误差在整个行程都保持在3%以内,由于当X=1/2时,负载误差最大,即则必须使Rf10Rmax。但是有时负载满足不了这个条件,一般可以采取限制电位器工作区间的办法减小负载误差;或将电位器的空载特性设计为某种上凸的曲线,即设计出非线性电位器也可以消除负载误差。 4.2.4 电位器的负载特性及负载误差减小负载误差的措施限制电位器的工作范围4.2.4 电位器的负载特性及负载误差减小负载误差的措施重新设计电位器的空载特性设计非线性电位器(将电位器的空载特性设计为某种上凸的曲线3),此非线性电位器的空载特性曲线3与线性电位器的负载特性曲线3,以特性直线1互为镜像,以消除负载误差。4.2.4 电位器的负载特性及负载误差基于运放的负载特性的补偿措施最大负载电流由15mA提升至100mA4.2 电位器式传感器4.2.1 概 述4.2.2 线绕式电位器的特性4.2.3 非线性电位器4.2.4 电位器的负载特性及负载误差4.2.5 电位器的结构与材料4.