第3章___电位器式传感器汇编.ppt

4、一测量线位移的电位器式传感器，测量范围为0-10mm，分辨率0.05mm，电阻丝材料为漆包的铂依合金，丝直径0.05mm，电阻率为ρ=3.25*10-4 Ω.mm，绕在直径为50mm的骨架上，开路时电压灵敏度为2.7v/mm，求：当负载RL=10K Ω时，负载最大的电压灵敏度，最大非线性误差？ 解：空载时有： 由电压灵敏度有： 负载时设： 由于X的取值范围是（0，1） 负载最大电压灵敏度为： 负载时的非线性误差为： =52 Ω =0.052 最大非线性误差为： 对上式求导，得X=1/2时非线性误差最大， 习题 1、绕线电位器的阶梯误差(P223)和负载误差(P227)如何产生？如何减小这两种误差？ 增加匝数（即减小导线直径，增加骨架长度）可减小阶梯误差。 限制电位器工作区间或设计非线性电位器可减小负载误差。 2、要求设计一只电位器式液位传感器，液面上限比下限高100mm，当达到液位上限时，一只继电器吸合，发出电流控制信号，而在其余液面高度均要有电压输出。继电器的线圈电阻为1250Ω，吸合电流5mA，若要求该液位传感器的非线性误差efmax〈0.8%，输出电压灵敏度Usc/l〉60mv/mm，试求该电位器的总电阻R0，总长度l0和电源激励电压Usr。 2、解：传感器的非线性误差为： 当X=1/2时负载非线性误差最大： m=0.032；Rf=1250Ω ；Rmax=40 Ω Umax=I* RL=5*1250*10-3=6.25V 本章小节 1、线性电位器特征：骨架截面处处相等、电阻丝特性一致、等节距绕制。 2、电位器的特性；空载、负载特性。 3、电位器的空载特性：变阻器： 变压器： 4、阶梯特性、阶梯误差和分辨率。 5、非线性电位器特征： 6、变骨架、变节距非线性电位器必须满足相应的变化规律才能用折线逼近曲线的方法解决非线性问题。 7、分路电阻式非线性电位器工作原理。 电阻相对变化: (3.24) （很复杂） 电位器的负载系数为: (3.25) 在未接入负载时,电位器的输出电压Ux为 (3.27) 则接入负载Rf后的简化的输出电压Uxf表达式为: (3.26) (3.28) Ux=rUmax 比较（3.26）和（3.27）两式可知，Rf不是无穷大，负载与空载输出之间产生偏差，则负载误差为： 将(3.26)、(3.27)两式带入上式,则得 (3.29) 由图可见,无论m为何值, 电刷在起始和最终位置时,负载误差都为零;当X=1/2时,可求导,负载误差最大,且增大负载系数时,负载误差也随之增加。减少方法：尽量减小负载系数，通常希望m0.1，为此可采用高输入阻抗放大器；将电位器工作区间限制在负载误差曲线范围内；将电位器空载特性设计成某种上凸特性，负载特性必然下降，正好是所要求的特性。 图9.13 非线性电位器的空载特性 (3)设计出非线性电位器(将电位器的空载特性设计为某种上凸的曲线2),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,也可消除负载误差,如图9.13所示。 3.4、结构与材料 1．线绕式电位器 通常由电阻丝、电刷及骨架构成。 1）电阻丝 要求电阻丝具有电阻率高，电阻温度系数小，耐磨耐腐蚀等特点。常用的材料有铜锰合金类、铜镍合金类、铂铱合金类、 2．非线绕式电位器 上述线饶式电位器的特性也适合非线绕式电位器，下面主要介绍非线绕式电位器特点及基本结构。 非线绕式电位器具有精度高，性能稳定，易于实现各种变化等特点。但分辨率较低，耐磨性差，寿命较短。因而人们研制了一些性能优良的非线绕式电位器。 1、薄膜电位器 薄膜电位器通常有两种：一种是碳膜电位器，另一种是金属膜电位器。碳膜电位器是在绝缘骨架表面喷涂一层均匀的电阻液，经烘干聚合制成电阻。电阻液由石墨、碳膜、树脂材料配合而成。这种电位器特点是分辨率高、耐磨性较好、工艺简单、成本较低、线性较好，但接触电阻及噪声较大等。 金属膜电位器是在绝缘基体上用高温蒸镀或电镀方法，涂上一层金属膜而制成。金属膜为合金锗铑、铂铜、铂铑锰等。该电位器温度系数小，可在高温下工作，但存在难磨性差、功率小、阻值较小（1K?-2 K?）等缺陷。 2、导电塑料电位器 这种电位器由塑料粉和导电材料（合金、石墨、碳黑等）压制而成，它又称为实心电位器。该电位器耐磨性较好、寿命长、电刷容许的接触压力较大，适用于振动、冲击等恶劣工作环境，能承受较大功率。但温度影响较大，接触电阻大，精度不高。 3、光电电位器 光电电位器是一种非接触式电位器，用光束代替电刷，克服上述接触式电位器耐磨性差，寿命较短的共同缺点。 1-光电导层；2-基体