6微位移测量详解

电位器式传感器的转换原理 根据电工知识，我们很容易理解电位器的电压转换原理。
设电阻体的长度为l，电阻值为R，两端所加（输入）电压为Ui，
则滑动端输出电压为
Ui Uo x l
式中，x为位移量。
电位器式传感器的结构与类型 电位器由电阻元件、 电刷、 骨架等组成。 其形式有直滑
式和旋转式， 旋转式有单圈和多圈两种。 电刷由触头、 臂、
应变效应与应变灵敏度
1. 金属导体的电阻应变灵敏度 金属导体的电阻与材料、长度、截面积和温度有关。在温 度一定时， 其电阻定律为
l R S
式中，R为导体的电阻值；l为导体的长度；S为导体的截面积； ρ 为导体的电阻率。
当沿金属丝长度方向施加力时，其几何尺寸和电阻率都会 变化，从而导致电阻值的变化。经证明可得

线位移是指

角位移是指

在机械工程中经常要精确测量零部件的位移或位置， 并且力、压力、扭矩、速度、加速度、温度、流量 等参数也可经转换为位移进行测量。
位移传感器的分类
电阻式位移传感器
电位器式传感器 电位器式传感器
线绕式电阻传感器 线绕式
非线绕式电阻传感器 非线绕式
薄膜电位器
导电塑料电位器
R K R
式中，K为应变灵敏度系数。
2. 半导体的压阻效应与压阻系数
对于半导体材料， 在某一晶向施加一定应力σ时， 其电阻 率将产生较大的变化， 而几何尺寸变化很小，这种现象称为压 阻效应。 相应的， 半导体应变电阻也常称为压阻元件。 半导体 材料压阻灵敏度为
K 1E
式中，E为半导体材料的弹性模量；π l为半导体材料的压阻系 数。 半导体应变片的K约为几十甚至几百， 远大于金属电阻的 应变灵敏度。 但其温度稳定性远不如金属电阻应变片。
导向及轴承等装置组成； 触头常用银、 铂铱、 铂铑等金属； 电刷臂用磷青铜等弹性较好的材料； 骨架常用陶瓷、 酚醛树脂
及工程塑料等绝缘材料。 电阻元件有线绕电阻、 薄膜电阻、
导电塑料电阻、 导电玻璃釉电阻等。
电位器式传感器的应用
1、航空飞行高度传感器
2、液面高度测试仪
应变式传感器
应变式传感器是根据应变原理， 通过应变片和弹性元件将 机械构件的应变或应力转换为电阻的微小变化再进行电量测量 的装置。 其基本构成如图所示。
点是灵敏度高， 允许通过大的电流。
图3-4 金属电阻应变片
2） 半导体应变片 半导体应变片有体型、 薄膜型和扩散型等形式。 图3-5是
体型半导体应变片结构示意图， 它由基片1、 条状半导体2、
几何量电子传感测量
测量工程研究所 叶晓明
微位移测量


概述 电阻式位移传感器 电阻应变式位移传感器 电容式位移传感器 电感式位移传感器 容栅式位移传感器 感应同步器 磁栅式位移传感器
概述


前边所介绍的多半用于大尺度的几何量测量， 而在工程领域常常需要对一些相对微小的位 移尺度进行测量，这通常由位移传感器来实 现。 位移传感器包括：
应变式传感器原理框图
应变式传感器具有以下优点： （1） 测量范围宽、精度高，如测量力可达 10-1 ～106N 、 0.05% F.S，测量压力可达10～1011Pa、0.1% F.S，测量应变可
达με～kμε级；
（2） 动态响应好，一般电阻应变片响应时间为10-7s， 半 导体式应变片响应时间达10-11s； (3) 结构简单使用方便，体积小，重量轻；品种多，价 格低， 耐恶劣环境， 易于集成化和智能化。
箔式电阻应变片是用光刻技术将康铜或镍铬合金箔腐蚀成 栅状而成。 其丝栅形状可与应力分布相适应， 制成各种专用应
变片。它的电阻值分散度小， 可做成任意形状， 易于大量生产，
成本低， 散热性好， 允许通过大的电流， 灵敏度高， 耐蠕变 和耐漂移能力强。 薄膜应变片是采用真空镀膜技术在很薄的绝
缘基底上蒸镀金属电阻材料薄膜， 再加上保护层形成的。 其优
1. 电阻应变片的类型与结构
1） 金属电阻应变片 金属电阻应变片的类型和结构如图所示， 它有丝式、 箔式 和薄膜式。 其中，图（a）为其结构示意图， 敏感栅粘贴在基 底上， 上面覆盖保护层。 基底有纸基和胶基两种。 应变片的 纵向尺寸为工作长度， 反映被测应变， 其横向应变将造成测量 误差。 圆角丝栅横向应变灵敏度高， 误差较大， 但耐疲劳性 好， 一般用于动态测量。 直角丝栅横向应变灵敏度小， 因而 精度高， 但耐疲劳性差， 适用于静态测量。

线位移传感器 角位移传感器

而倾斜传感器则是以重力线为参照基准的角 位移传感器
位移传感器

按形式分：

线位移 角位移 电阻式、 电容式、 涡流式、 压电式、 感应同步式、 磁栅式、 光电式等等

按物理原理分：






位移是指

物体的某个表面或某点相对于参考表面或参考点位置的变 化。 物体沿着某一条直线移动的距离； 物体绕着某一定点旋转的角度。
光电电位器
电位器式传感器


电位器是常用的一种电子元件， 它可以将机械位移或其他能变换 成位移的非电量变换为电阻值的 变化， 并容易转换成电压的变化。 电位器式传感器的优点：

结构简单， 价格低廉， 性能稳定， 对环境条件要求不高， 输出信号大， 易于转换， 便于维修。 存在摩擦， 分辨力有限， 精度不够 高， 动态响应较差，

其缺点：


仅适于测量变化较缓慢的量， 常 用作位置信号发生器。
结构和工作原理
线圈绕于绝缘骨架上，滑动触点(电刷)在移动过程中, 从一匝滑到另一匝时，电阻值随位移发生变化。
b x
R
a
b
c
l R A




电阻体是由电阻系数很高的极细均匀导线，按照一 定的规律整齐地绕在一个绝缘的骨架上制成的。 在它与电刷相接触的部分，将导线表面的绝缘去掉， 然后加以抛光，形成一个电刷可在其上滑动的接触 道。 电刷通常是由具有弹性的金属薄片或金属丝制成， 其末端弯曲成弧形，利用电刷与电阻本身的弹性变 形产生的弹性力，使电刷与电阻元件有一定的接触 压力，以使两者在相对滑动过程中保持可靠的接触 和导电。 电位器常用的电阻丝材料为铜镍合金（铜60％、镍 40％），电刷为磷青铜，骨架为陶瓷酚醛树脂等。