1、第四章 位置傳感器第一節(jié) 模擬式位移傳感器一、電位器式位移傳感器電位器式傳感器是將機(jī)械位移通過電位器轉(zhuǎn)換為與之成一定函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出的傳感元件。電位器按結(jié)構(gòu)形式不同，可分為繞線式和非繞線式兩大類。繞線電位器式傳感器是目前最常用的一種。一、電位器式位移傳感器1.電位器基本結(jié)構(gòu)及工作原理如圖所示為儀表與傳感器上使用的某繞線式電位器的結(jié)構(gòu)原理圖。它們是由電阻元件1及電刷2（活動(dòng)觸點(diǎn)）兩個(gè)基本部分組成。 a）直線型；b）圓弧形1-電阻元件；2-電刷電位器的結(jié)構(gòu)一、電位器式位移傳感器根據(jù)輸出量要求的不同，電位器既可作變阻器用，也可作為分壓器用，其電路圖如圖所示。a）分壓器；b）變阻器電位器在不同

2、使用方式下的電路圖一、電位器式位移傳感器利用電位器作為傳感元件可以制成各種電位器式傳感器，用以測(cè)定線位移或角位移。電位器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、質(zhì)量輕，輸出特性精度高，可達(dá)到0.1%或更高，而且穩(wěn)定性好，可以實(shí)現(xiàn)線性及任意函數(shù)特性。因其受環(huán)境因素影響小，輸出信號(hào)較大，一般不需要放大。但它也存在一定的缺點(diǎn)，主要存在摩擦和磨損，由于有摩擦，因而要求敏感元件有較大的輸出功率，否則會(huì)降低傳感器的精度，又由于有滑動(dòng)觸點(diǎn)及磨損，從而使電位器的可靠性和壽命受到影響。一、電位器式位移傳感器2.電位器式位移傳感器的主要技術(shù)參數(shù)（1）符合度（2）分辨力（3）滑動(dòng)噪聲（4）電位器的機(jī)械壽命一、電位器式位移傳感器3

3、.電位器的材料（1）繞線式電位器常用的材料有銅錳合金類、銅鎳合金類、鉑銥合金類。（2）非繞線式電位器非繞線式電位器又分為薄膜式、光電式等。1）薄膜電位器 薄膜電位器通常有兩種，一種是碳膜電位器，另一種是金屬膜電位器。碳膜電位器的特點(diǎn)是分辨率高、耐磨性好、工業(yè)簡(jiǎn)單、成本較低、線性較好，但接觸電阻及噪聲較大等。金屬膜電位器溫度系數(shù)小，可在高溫下工作，但存在難磨性差、功率小、阻值較小（12K）等缺陷。一、電位器式位移傳感器2）光電電位器 光電電位器是一種非接觸式電位器，用光束代替電刷，克服接觸式電位器耐磨性差、壽命較短的缺點(diǎn)。光電電位器如圖所示。 1-光電導(dǎo)層；2-基體；3-薄膜電阻帶；4-電刷窄光

4、束；5-光電極 光電電位器二、電容式位移傳感器電容式傳感器是通過把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電容量的變化來工作的一種傳感器。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好、適應(yīng)性強(qiáng)、抗過載能力大及價(jià)格便宜等特點(diǎn)，可以用來測(cè)量位移、液位、振動(dòng)、壓力、力等參數(shù)。但電容式傳感器的泄露電阻和非線性等缺點(diǎn)也給它的應(yīng)用帶來一定的局限。二、電容式位移傳感器1.電容式傳感器的基本原理及分類電容式傳感器的基本工作原理可以用下圖所示的平板電容器來說明。平板電容二、電容式位移傳感器電容式傳感器可以分為三種類型：改變極板板面積的變面積式、改變極板距離的變間隙式和改變介電常數(shù)的變介電常數(shù)式。變間隙式電容傳感器一般用來測(cè)量微小的線位移（零點(diǎn)

5、一微米至零點(diǎn)幾毫米）或由于力、壓力、振動(dòng)等引起的極距變化；變面積式電容傳感器一般用來測(cè)量角位移（一角秒至幾十度）或較大的線位移；變介電常數(shù)式電容傳感器用來測(cè)量物位或液位以及各種介質(zhì)的濕度、密度的測(cè)定。二、電容式位移傳感器（1）變面積式電容傳感器如圖所示，是一直線位移型電容式傳感器的示意圖。直線位移型電容式傳感器示意圖二、電容式位移傳感器a）角位移型；b）齒形極板型；c）圓筒形；d）差動(dòng)型變面積式電容傳感器的派生型二、電容式位移傳感器（2）變間隙式電容傳感器如圖所示為變間隙式電容傳感器的原理圖。1-固定極板；2-活動(dòng)極板變間隙式電容傳感器原理圖二、電容式位移傳感器（3）變介電常數(shù)式電容傳感器如圖

6、所示為變介質(zhì)面積式電容傳感器。 變介質(zhì)面積式電容傳感器二、電容式位移傳感器2.電容式傳感器的測(cè)量電路（1）普通交流電橋普通交流電橋測(cè)量系統(tǒng)二、電容式位移傳感器（2）調(diào)頻電路 調(diào)頻-鑒頻電路原理（3）脈沖調(diào)制電路差動(dòng)脈沖寬度調(diào)整電路三、差動(dòng)變壓器式位移傳感器差動(dòng)變壓器的工作原理類似于變壓器。主要包括銜鐵、一次繞組和二次繞組等。一、二次繞組間的耦合能隨銜鐵的移動(dòng)而變化，即繞組間的互感隨被測(cè)位移的改變而變化。由于在使用時(shí)采用兩個(gè)二次繞組反向串接，以差動(dòng)的方式輸出，所以將這種傳感器稱為差動(dòng)變壓器式傳感器，通常稱為差動(dòng)變壓器。差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)形式較多，有變隙式、變面積式和螺線管式等，但其工作原理基本一樣。三、差動(dòng)變壓器式位移傳感器螺線管式差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)如圖所示。 1-活動(dòng)銜鐵；2-導(dǎo)磁外殼；3-骨架；4-匝數(shù)為W1的一次繞組；5-匝數(shù)為W2a的一次繞組；6-匝數(shù)為W2b的二次繞組 螺線管式差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)三、差動(dòng)變壓器式位移傳感器螺線管式差動(dòng)變壓器按繞組排列方式的不同，可分為一節(jié)式、二節(jié)式、