电位器式传感器-.pptVIP

2.2.3 分路（并联）电阻式非线性电位器 1．工作原理 对于图2.8所示的阶梯骨架式电位器通过折线逼近法实现的函数关系,采用分路电阻非线性电位器也可以实现,如图2.10所示。这种方法是在同样长度的线性电位器全行程上分若干段,引出一些抽头,通过对每一段并联适当阻值的电阻,使得各段的斜率达到所需的大小。在每一段内,电压输出是线性的,而电阻输出是非线性的。 图2.10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 图2.10(b)中，曲线1为电阻输出特性，曲线2为电压输出特性，曲线3为要求的特性。 各段并联电阻的大小,可由下式求出: (2.19) 若仅知要求的各段电压变化ΔU1、ΔU2和ΔU3,那么根据允许通过的电流确定ΔR1、ΔR2和ΔR3,或让最大斜率段电阻为ΔR3（无并联电阻时）压降为ΔU3,则 求出I后,则 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 (2.20) (2.21) 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、绕制方便,对特性曲线没有很多限制,使用灵活,通过改变并联电阻,可以得到各种特性曲线。 2.3 负载特性与负载误差 上面讨论的电位器空载特性相当于负载开路或为无穷大时的情况,而一般情况下,电位器接有负载,接入负载时,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,负载特性偏离理想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。带负载的电位器的电路如图2.11所示。电位器的负载电阻为Rf,则此电位器的输出电压为 图2.11 带负载的电位器电路 相对输出电压为 (2.22) 电阻相对变化 (2.23) 对于线性电位器电阻相对变化就是电阻相对行程，即 电位器的负载系数为 (2.24) 在未接入负载时,电位器的输出电压Ux为 (2.25) 接入负载Rf后的输出电压Uxf为 电位器在接入负载电阻Rf后的负载误差为 (2.27) (2.28) 图2.12所示为δf与m、X的曲线关系。由图可见,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。 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 将(2.25)、(2.26)两式带入上式,则得 (2.28) 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,此非线性电位器的空载特性曲线2与线性电位器的负载特性曲线1,两者是以特性直线3互为镜像的,如图2.13所示。 图2.12 δf与m、X的关系曲线 图2.13 非线性电位器的空载特性 2.4 电位器式传感器 2.4.1 电位器式位移传感器 电位器式位移传感器常用于测量几毫米到几十米的位移和几度到360°的角度。图2.14所示推杆式位移传感器可测量5～200mm的位移,可在温度为±50°C,相对湿度为98％(t＝20°C),频率为300Hz以内及加速度为300m/s2的振动条件下工作,精度为2％,电位器的总电阻为1500Ω。 图2.14 推杆式位移传感器 图2.15所示替换杆式位移传感器可用于量程为10mm到量程为320mm的多种测量范围,巧妙之处在于采用替换杆(每种量程有一种杆)。替换杆的工作段上开有螺旋槽,当位移超过测量范围时,替换杆则很容易与传感器脱开。需测大位移时可再换上其它杆。电位器2和以一定螺距开螺旋槽的多种长度的替换杆5是传感器的主要元件,滑动件3上装有销子4,用以将位移转换成滑动件的旋转。替换杆在外壳1的轴承中自由运动,并通过其本身的螺旋槽作用于销子4上,使滑动件3上的电刷沿电位器绕组滑动,此时电位器的输出电阻与杆的位移成比例。 图2.15 替换杆式位移传感器 图2.16 拉线式大位移传感器 2.4.2 电位器式压力传感器 图