变阻式传感器的结构原理图

变阻式传感器的结构原理图

1. 变阻式传感器的结构及分类

    变阻式传感器又称为电位器式传感器。它们是由电阻元件及电刷(活动触点)两个基本部分组成。电刷相对于电阻元件的运动可以是直线运动、转动和螺旋运动，因而可以将直线位移或角位移转换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。

    利用电位器作为传感元件可制成各种电位器式传感器，除可以测量线位移或角位移外，还可以测量一切可以转换为位移的其它物理量参数，如压力、加速度等。

   变阻式传感器的优点

变阻式传感器的优点

结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉且性能稳定；

受环境因素(如温度、湿度、电磁场干扰等)影响小；

可以实现输出—输入间任意函数关系；

输出信号大，一般不需放大。它的缺点是：因为存在电刷与线圈或电阻膜之间摩擦，因此需要较大的输入能量；由于磨损不仅影响使用寿命和降低可靠性，而且会降低测量精度，分辨力较低；动态响应较差，适合于测量变化较缓慢的量。

    按其结构形式不同，可分为线绕式、薄膜式、光电式等，在线绕电位器中又有单圈式和多圈式两种；按其特性曲线不同，则可分为线性电位器和非线性(函数)电位器。

2. 变阻式传感器的原理与特性

    由式(4.1)可知，如果电阻丝直径与材质一定时，则电阻R随导线长度L而变化。变阻式传感器就是根据这种原理制成的。

变阻式传感器的结构原理图
=常数                    推导过程 =常数 推导过程 当被测位移变化时，触点C沿电位器移动。如果移至x，则C点与A点之间的电阻为 (9.12） 式中 —单位长度的电阻，当导线材质分布均匀时是一常数。这种传感器的输出(电阻)与 输入(位移)成线性关系。 传感器的灵敏度为： =常数 （9.13）	推导过程       推导过程 回转型变阻器式传感器，其电阻值随转角而变化，故为角位移型。传感器的灵敏度为： （9.14） 式中   —单位弧度对应的电阻值，当导线材质分布均匀时， =常数；     —转角（ rad）。

线性电阻器的电阻分压电路
	当 时，电压输出Uo为： 推导过程 　 推导过程 负载电阻为 ，电位器长度为l，总电阻为Ｒ，电刷位移为x，相应的电阻为 ，电源电压为U，输出电压为U0为: (9.15) 当 时，电压输出Uo为： (9.16) 式中 —电位器的电压灵敏度。

    由式可以看到：当电位器输出端接有输出电阻时，输出电压与电刷位移并不是完全的线性关系。只有

时，

为常数，输出电压与电刷位移成直线关系，线性电位器的理想空载特性曲线是一条严格的直线。 

非线性电位器 非线性电位器     又称函数电位器。是其输出电阻(或电压)与电刷位移(包括线位移或角位移)之间具有非线性函数关系的一种电位器，即 ，它可以实现指数函数、三角函数、对数函数等各种特定函数，也可以是其它任意函数。非线性电位器可以应用于测量控制系统、解算装置以及对某些传感器某些环节非线性进行补偿等。例如，若输入量为 ，则为了得到输出的电阻值 与输入量 成线性关系，电位计的骨架应采用三角形；若输入量为 ，则电位计的骨架应采用抛物线型。
	输出电阻(或电压)与电刷位移(包括线位移或角位移)之间具有非线性函数关系的一种电位器