第4章电位器式传感器 基本题： 4.1电位器的主要用途是什么？ 4.2电位器的特点是什么？ 43什么是电位器的阶梯特性？在实际使用时，它会给电位器带来什么问题？ 4.4研究非线性电位器的出发点是什么？如何实现非线性电位器？ 4.5什么是电位器的负载特性和负载误差？如何减小电位器的负载误差？ 4.6证明图4.4.5指出的“所设计的非线性特性3为原线性电位器负载特性2关于线性 特性1的镜像”。 4.7一骨架截面为圆形的电位器，半径为a。现用直径为d、电阻率为p的导线绕制， 共紧密地绕了W匝。试导出该线绕式电位器的灵敏度表达式（注意：导线直径d不可忽 略) 4.8试设计一电位器的电阻特性。它能在带负载情况下给出Y=X的线性特性，如图 4.1所示。给定电位器的总电阻R,=1002,负载电阻R分别为502和5002。计算时 取X的间距为0.1。X和Y分别为相对输入和相对输出。 图4.1带负载的电位器 4.9试设计一分流电阻式非线性电位器的电路及其参数。要求特性如图4.2所示，所用 线性电位器的总电阻为1000Ω，输出为空载。 8 6 4 020406080100 a(°)
1 第 4 章 电位器式传感器 基本题： 4.1 电位器的主要用途是什么？ 4.2 电位器的特点是什么？ 4.3 什么是电位器的阶梯特性？在实际使用时，它会给电位器带来什么问题？ 4.4 研究非线性电位器的出发点是什么？如何实现非线性电位器？ 4.5 什么是电位器的负载特性和负载误差？如何减小电位器的负载误差？ 4.6 证明图 4.4.5 指出的“所设计的非线性特性 3 为原线性电位器负载特性 2 关于线性 特性 1 的镜像”。 4.7 一骨架截面为圆形的电位器，半径为a 。现用直径为d 、电阻率为 的导线绕制， 共紧密地绕了W 匝。试导出该线绕式电位器的灵敏度表达式(注意：导线直径d 不可忽 略)。 4.8 试设计一电位器的电阻特性。它能在带负载情况下给出Y X 的线性特性，如图 4.1 所示。给定电位器的总电阻 R0 100 ，负载电阻 Rf 分别为50 和500 。计算时 取 X 的间距为 0.1。 X 和Y 分别为相对输入和相对输出。 图 4.1 带负载的电位器 4.9 试设计一分流电阻式非线性电位器的电路及其参数。要求特性如图 4.2 所示，所用 线性电位器的总电阻为 1 000 ，输出为空载
图4.2非线性电位器的输出特性 4.10图4.3为一带负载的线性电位器。试用解析和数值方法（可把整个行程分成10 段)，求(a),(b)两种电路情况下的端基线性度。 1.sU. .5 15k0 0.75n 3k0 (b) 图4.3带负载的电位器 4.11有一非线性电位器R(x),x为行程，其范围为L≥x≥0，且x=L时阻值为R。 当负载电阻为R时，其电压的输出特性为行程x的线性函数。试设计R(x)。若R(x) 是骨架截面积为圆形的线绕式电位器，试讨论其实现的可能方式，并用简图示意出最 佳方案。 4.12图4.4给出了某位移传感器的检测电路。Um=12V,R-10k9,AB为线性电位 器，总长度为150mm,总电阻为30k2,C点为电刷位置。问 (1)输出电压Ut=0V时，位移X=? (2)当位移x的变化范围为10~140mm时，输出电压U。的范围为多少？ ↑xmm 150 图4.4电位器式位移传感器检测电路 4.13某线绕式电位器的骨架直径D,=10mm,总长L。=100mm,导线直径d=0.1 mm,电阻率p=0.6×10-62·m,总匝数W=1000。试计算该电位器的空载电阻灵敏度 dR/dx。 4.14某线绕式非线性电位器的骨架宽度b=8mm,高度h(x)=10+0.02xmm,x为 电位器的工作位移，导线的截面积S=0.03mm2,电阻率p=0.72×1062m,绕线节 距t=0.1mm,当该电位器工作位移范围为0~100mm时，试计算出其电阻灵敏度的 范围。 415给出一种电位器式压力传感器的结构原理图，并说明其工作过程与特点
2 图 4.2 非线性电位器的输出特性 4.10 图 4.3 为一带负载的线性电位器。试用解析和数值方法(可把整个行程分成 10 段)，求(a),(b)两种电路情况下的端基线性度。 图 4.3 带负载的电位器 4.11 有一非线性电位器 R(x) ， x 为行程，其范围为 L x 0 ，且 x L 时阻值为 R0 。 当负载电阻为 Rf 时，其电压的输出特性为行程 x 的线性函数。试设计 R(x) 。若 R(x) 是骨架截面积为圆形的线绕式电位器，试讨论其实现的可能方式，并用简图示意出最 佳方案。 4.12 图4.4给出了某位移传感器的检测电路。Uin =12 V ， R0 10kΩ，AB为线性电位 器，总长度为150 mm，总电阻为30 kΩ，C点为电刷位置。问 (1) 输出电压Uout =0 V 时，位移 x =? (2) 当位移 x 的变化范围为 10～140 mm 时，输出电压Uout 的范围为多少？ 图 4.4 电位器式位移传感器检测电路 4.13 某线绕式电位器的骨架直径 D0 =10 mm，总长 L0 =100 mm，导线直径 d =0.1 mm，电阻率 6 0.6 10 m，总匝数 W=1 000。试计算该电位器的空载电阻灵敏度 dR dx 。 4.14 某线绕式非线性电位器的骨架宽度 b ＝8 mm，高度h(x) 10 0.02 x mm， x 为 电位器的工作位移，导线的截面积S=0.03 2 mm ，电阻率 0.72 10 m 6 ，绕线节 距t 0.1 mm，当该电位器工作位移范围为0～100 mm时，试计算出其电阻灵敏度的 范围。 4.15 给出一种电位器式压力传感器的结构原理图，并说明其工作过程与特点
提高题： 4.16针对图4.7.1所示的电位器式加速度传感器的结构示意图，试建立描述其动态测量 过程的输入/输出关系（可用传递函数描述）。 4.17基于电位器的工作机理，设计一角位移传感器的基本原理结构，并讨论其可能的 测量误差以及改善措施。 4.18某位移测量装置采用了两个相同的线性电位器。电位器的总电阻为R。，总工作行 程为L。。当被测位移变化时，带动这两个电位器一起滑动（如图4.5所示，虚线表示电 刷的机械臂)。如果采用电桥检测方式，电桥的激励电压为U。。 (1)设计电桥的连接方式： (2)被测位移的测量范围为0~L,时，电桥的输出电压范围是多少？ /mm 10 图4.5电位器式位移传感器结构图 注：题中的图形和公式见教材《传感器技术及应用》（樊尚春编著，北京航空航天大 学出版社，2004)
3 提高题： 4.16 针对图4.7.1所示的电位器式加速度传感器的结构示意图，试建立描述其动态测量 过程的输入/输出关系(可用传递函数描述)。 4.17 基于电位器的工作机理，设计一角位移传感器的基本原理结构，并讨论其可能的 测量误差以及改善措施。 4.18 某位移测量装置采用了两个相同的线性电位器。电位器的总电阻为 R0 ，总工作行 程为 L0 。当被测位移变化时，带动这两个电位器一起滑动(如图4.5所示，虚线表示电 刷的机械臂)。如果采用电桥检测方式，电桥的激励电压为Uin 。 (1) 设计电桥的连接方式； (2) 被测位移的测量范围为 0～ L0 时，电桥的输出电压范围是多少？ 图 4.5 电位器式位移传感器结构图 注：题中的图形和公式见教材《传感器技术及应用》（樊尚春编著，北京航空航天大 学出版社，2004）