巴電子工靠出及社 ING HOUSE C 第3章电阻式传感器原理及应用 将被测的非电量转变成电阻值的变化。分 为电位器式的、应变式的、压阻式的和热电阻 式的传感器。可以测量多种非电量参数。 返回
第3章 电阻式传感器原理及应用 返 回 将被测的非电量转变成电阻值的变化。分 为电位器式的、应变式的、压阻式的和热电阻 式的传感器。可以测量多种非电量参数
传感元件 电阻式：物理量变化 电阻变化 (电位计) 属于大电阻变化型，R:0一R传 应变式：物理量变化 敏感元件 变形 传感元件 电阻变化 (应力、应变) 属于微电阻变化型，R:0一20%R传
电阻式： (电位计) 应变式： 物理量变化 电阻变化 传感元件 属于大电阻变化型，R：0—R传 属于微电阻变化型，R：0—20%R传 物理量变化 变形 （应力、应变） 敏感元件 传感元件电阻变化
3.1电位器式传感器 1.原理： 直线位移型 变阻式传感器 角位移型 变阻式传感器 按空载时输出电压与触点唯 的关系分线性和非线性。 优点： 结构简单、尺寸小、重量轻、精度高(0.1%~0.05% 性能稳定、受环境因素影响小，可实现输出输入任 意函数关系，输出信号较大，一般不用放大。 缺点： 存在滑动触头与线圈等之间的摩擦，输入能量要求 较大，且磨损降低寿命和可靠性，也会降低测量精度
优点： 结构简单、尺寸小、重量轻、精度高(0.1%0.05%) 、性能稳定、受环境因素影响小，可实现输出-输入任 意函数关系，输出信号较大，一般不用放大。 缺点： 存在滑动触头与线圈等之间的摩擦，输入能量要求 较大，且磨损降低寿命和可靠性，也会降低测量精度。 3.1 电位器式传感器 1. 原理： 按空载时输出电压与触点唯 一的关系分线性和非线性
2.电位器函数转换器： R 利用绕线式电位 器可以方便地得到函 数转换器R=f(x)。 (c) 欲实现图3-2（a )中所示之变换要求 ,先将R=f(x)曲线 在允许误差范围内进 (b) (d) 行直线逼近。 (a)R=f(x)曲线(b)曲线骨架式(c)阶梯骨架式(d)等截面骨架式 实现电位器函数转换的方案有三个，如图3-3(b~d)所示
2. 电位器函数转换器： R1 R2 R3 R4 R x1 x2 x3 x4 x 1 2 3 4 h1 h2 h3 h4 h b b b r1 （a） （c） （b） （a） R=f（x）曲线 （b） 曲线骨架式 （c） 阶梯骨架式 （d） 等截面骨架式 r2 r3 r4 （d） 利用绕线式电位 器可以方便地得到函 数转换器R=f（x）。 欲实现图3-2（a ）中所示之变换要求 ，先将R=f（x）曲线 在允许误差范围内进 行直线逼近。 实现电位器函数转换的方案有三个，如图3-3（b～d）所示
R.U. : AU3 AR3 AR2 △U1△R, 0 △x △X2 △x3 △R AR2 △R3 0o 阶梯骨架式非线性电位器
R个 4 e 7 R 3 R r3 4 线性电位器全行程成分若干段，引出一些抽头，对 每一段并联适当阻值，使得各段的斜率符合曲线要 求。每一段内，电压输出是线性的，而电阻输出是 非线性的。若求出各段并联电阻的大小，即可实现 所要求的函数关系
线性电位器全行程成分若干段，引出一些抽头，对 每一段并联适当阻值，使得各段的斜率符合曲线要 求。每一段内，电压输出是线性的，而电阻输出是 非线性的。若求出各段并联电阻的大小，即可实现 所要求的函数关系
△R' △R'△R3 △R4 r2 △R △R2 △R3 △R4 Umax 在骨架宽度b一定的情况下，骨架高度h可按下式计算 knd?R-Rs b 8p Xa-X3 式中d为电阻丝直径；k为长度填充系数的倒数；p为电 阻系数；R3、R为3、4点所对应之电阻值；X3、X为3 、4点所对应之位移；b为骨架宽度
ΔR1’ ΔR2’ ΔR3’ ΔR4’ r1 r2 r3 r4 ΔR1 ΔR2 ΔR3 ΔR4 Umax 在骨架宽度b一定的情况下，骨架高度h可按下式计算 b X X k d R R h − − − = 4 3 4 3 2 8 式中d为电阻丝直径；k为长度填充系数的倒数；ρ为电 阻系数；R3、R4为3、4点所对应之电阻值；X3、X4为3 、4点所对应之位移；b为骨架宽度
各段所示并联的电阻值，可按一般的公式计算： △R'△R △R'-△R 式中，为在点(-1)及对应位置所并联的电阻值；△R 为等截面支架上长度为x,x的电阻值；△R为与点i、i-1所 对应的电阻值。 等截面骨架电位器函数转换器虽易实现，但是，它只 保证了在x1,x2,等点处的电阻值符合曲线，而当电刷 (活动触点)处在各段中间位置时，由于分流作用将引起 一定的装置误差。 电位器函数转换器可以实现多种函数的转换，但是， 它是属于专用的，由于构造简单，价格便宜，故多用于要 求精度不高的场合
各段所示并联的电阻值ri，可按一般的公式计算： = − i i i i R R r R R 等截面骨架电位器函数转换器虽易实现，但是，它只 保证了在x1，x2，.等点处的电阻值符合曲线，而当电刷 （活动触点）处在各段中间位置时，由于分流作用将引起 一定的装置误差。 电位器函数转换器可以实现多种函数的转换，但是， 它是属于专用的，由于构造简单，价格便宜，故多用于要 求精度不高的场合
3.结构和噪声分析： 电阻丝：电阻系数大，温度系数小，对铜的热电势应 尽可能小。常用的有铜镍合金类、铜锰合金类、镍铬 丝、铂铱合金类等。 骨架：不易变形，表面绝缘电阻高，散热好。常用的 有陶瓷、酚醛树脂、工程塑料等。 电刷：与电阻丝接触电势小，并有一定的接触力。 噪声：分为两类。一类是噪声来自电位器上自由电子 的随机运动，这种噪声电子流叠加在电阻的工作电流 上；另一类是电刷沿电位器移动时因接触电阻变化引 起的接触噪声
3. 结构和噪声分析： 电阻丝：电阻系数大，温度系数小，对铜的热电势应 尽可能小。常用的有铜镍合金类、铜锰合金类、镍铬 丝、铂铱合金类等。 骨架：不易变形，表面绝缘电阻高，散热好。常用的 有陶瓷、酚醛树脂、工程塑料等。 电刷：与电阻丝接触电势小，并有一定的接触力。 噪声：分为两类。一类是噪声来自电位器上自由电子 的随机运动，这种噪声电子流叠加在电阻的工作电流 上；另一类是电刷沿电位器移动时因接触电阻变化引 起的接触噪声
导电环 4. 应用： 传感器的转轴跟待测 电 钙轴 角度的转轴相连，当待测 物体转过一个角度时，电 电位莽 刷在电位器上转过一个相 应的角位移，于是在输出 绕线电位器式角位移传感 端有一个跟转角成比例的 优点：结构简单、体积小，动态 范围宽，输出信号大，抗干扰性 输出电压U。 强和精度较高等特点，故广泛用 性能如下： 于检测各种回转体的回转角度和 动态范围： ±10~±165° 角位移。 线性度： ±0.5~±3% 缺点：环形电位器各段曲率不一 电位器全电阻：102~1032 致会产生“曲率误差”；转速较高 工作温度： -50150℃ 时，转轴与衬套间的摩擦会导致 工作寿命： 104次 “卡死”现象
4. 应用： 传感器的转轴跟待测 角度的转轴相连，当待测 物体转过一个角度时，电 刷在电位器上转过一个相 应的角位移，于是在输出 端有一个跟转角成比例的 输出电压Uo 性能如下： 动态范围： ±10～±165° 线性度： ±0.5～±3％ 电位器全电阻：102 ~ 103Ω 工作温度： -50～150℃ 工作寿命： 104 次 优点：结构简单、体积小，动态 范围宽，输出信号大，抗干扰性 强和精度较高等特点，故广泛用 于检测各种回转体的回转角度和 角位移。 缺点：环形电位器各段曲率不一 致会产生“曲率误差”；转速较高 时，转轴与衬套间的摩擦会导致 “卡死”现象