第2-1章 电位器式传感器
传感器题库及答案
第一章 检测技术的基本概念一、填空题：1、传感器有 、 、 组成2、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出 与输入 的比值。
3、从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度 。
4、下面公式是计算传感器的 。
9)-(1 %100minmax max L L ⨯-=y y Δγ 5、某位移传感器的输入变化量为5mm ，输出变化量为800mv ，其灵敏度为 。
二、 选择题：1、标准表的指示值100KPa ，甲乙两表的读书各为101.0 KPa 和99.5 KPa 。
它们的绝对误差为 。
A 1.0KPa 和-0.5KPaB 1.2、以下哪种误差不属于按误差数值表示 。
A 绝对误差B 相对误差C 随机误差D 引用误差3、 有一台测量仪表，其标尺范围0—500 KPa ，已知绝对误差最大值∆P max=4 KPa ，则该仪表的精度等级 。
A4、选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。
应选购的仪表量程为测量值的 倍。
A5、电工实验中，常用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于 测量，而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于 测量。
A 偏位式B 零位式C 微差式6、因精神不集中写错数据属于 。
系统误差 B 随机误差 C 粗大误差7、有一台精度2.5级，测量范围0—100 KPa ，则仪表的最小分 格。
A45 B40 C30 D 208、重要场合使用的元件或仪表，购入后进行高、低温循环老化试验，目的是为了 。
A 提高精度B 加速其衰老C 测试其各项性能指标D 提高可靠性9、传感器能感知的输入量越小，说明 越高。
A 线性度好B 迟滞小C 重复性好D 分辨率高三、 判断题1、回差在数值上等于不灵敏度 ( )2、灵敏度越大，仪表越灵敏 〔 〕3、同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同 〔 〕4、灵敏度其实就是放大倍数 〔 〕5、测量值小数点后位数越多，说明数据越准确 〔 〕6、测量数据中所有的非零数字都是有效数字 〔 〕7、测量结果中小数点后最末位的零数字为无效数字〔〕四、问答题1、什么是传感器的静态特性，有哪些指标。
电位式传感器的原理和应用
电位式传感器的原理和应用1. 电位式传感器的原理电位式传感器是一种常见的测量和检测物理量的传感器，它基于电压的变化来感应被测量的物理量。
以下是电位式传感器的原理：1.电阻分压原理：电位式传感器通常由一个可变电阻和一个参考电阻组成。
可变电阻的阻值会随着被测量物理量的变化而发生变化，从而改变电位器的输出电压。
根据电阻的分压规律，通过测量电位器的输出电压变化，可以间接测量物理量的变化。
2.电容变化原理：某些电位式传感器采用电容作为敏感元件。
当被测量物理量导致电容发生变化时，电位器的电荷量也会相应变化，从而改变电位器的输出电压。
通过测量电位器输出电压的变化，可以获得物理量的变化信息。
3.霍尔效应原理：还有一些电位式传感器基于霍尔效应原理进行工作。
霍尔效应是当通过具有磁场的材料时，会产生横向电势差。
电位式传感器利用霍尔元件感应磁场产生的电势差，进而测量磁场强度或位置相关的物理量。
2. 电位式传感器的应用电位式传感器广泛应用于各种领域，下面列举了几个常见的应用领域：2.1 汽车工业•节气门位置传感器：用于监测发动机的加速踏板位置，以调整发动机的进气量。
•转向角度传感器：用于测量车轮的转向角度，以提供车辆稳定性控制和方向盘辅助。
2.2 工业自动化•位置传感器：用于测量机械臂、运输系统等设备的位置，以实现精确控制和定位。
•压力传感器：用于测量压力变化，监控工业设备的状态，如液体水位、气体流量等。
2.3 医疗健康•血压传感器：用于测量患者的血压，提供医生对患者心血管状况的信息。
•呼吸监测传感器：用于监测患者的呼吸频率和深度，辅助医生判断患者的呼吸系统健康状况。
2.4 环境监测•温度传感器：用于测量环境温度，供暖、通风和空调系统进行自动控制。
•湿度传感器：用于测量环境湿度，可应用于农业控制、仓储和气象观测等领域。
2.5 其他领域•机器人技术：电位式传感器用于机器人的位置检测、姿态控制和环境感知。
•游戏设备：电位式传感器用于游戏手柄的位置和动作检测，提供沉浸感和交互性。
电位器式传感器原理
电位器式传感器原理
电位器式传感器是一种常见的传感器技术，其原理基于电位器的工作原理。
电位器是由一个可调节的电阻器组成的，通过调节电位器的移动部分，可以改变电阻器的阻值。
当外部引入变量作用于电位器上时，移动部分的位置将发生改变，从而改变电阻器的阻值。
在电位器式传感器中，外部引入的变量可以是温度、压力、光强等物理量。
以温度传感器为例，传感器中的电阻器受到温度的影响，电阻值随着温度的变化而发生变化。
为了测量电位器的阻值变化，通常会将一个电压加到电位器的两端，并使用一个电压分压电路来测量电位器上的电压。
电压分压电路可以将电位器上的电压转换为与电位器阻值成比例的电压输出。
通过测量电位器上的电压输出，可以推导出外部引入变量的数值。
例如，在温度传感器中，通过校准和电阻值-温度曲线的
关系，可以得出温度的数值。
总结来说，电位器式传感器的原理是基于电位器的电阻值随外部引入变量的改变而变化，通过测量电位器上的电压输出来推导出外部变量的数值。
这种传感器原理广泛应用于测量和控制领域。
1.2 常用传感器工作原理及测量电路
三 电感式传感器工作原理
1 自感式传感器
线圈自感 L N 2 / li / i Si 2 / 0S
l i ——各段导磁体的长度； U i——各段导磁体的磁导率；
S i ——各段导磁体的截面积；δ ——空气隙的厚度；
U0 ——真空磁导率;
S ——空气隙截面积
L f ,S
L f1 变气隙型传感器
差动式电感传感器
• 为了改善线性在实际中大都采用差动式， 采
用两个相同的传感线圈共用一个衔铁。
• 要求两个导磁体的几何尺寸及材料完全相同，两个线圈的电
气参数和几何尺寸完全相同。
差动式优点：
1、线性好；
2、灵敏度提高一倍，即衔铁位移相同时， 输出信号大一倍；
3、温度变化、电源波动、外界干扰等对 传感器的影响，由于能够相互抵消而减小；
2C
交流电桥的输出电压与传感器的电容相对变化量成正比。
变压器电桥电路
➢电感式传感器和电容式传感器的转换电路还常采用变压器电 桥 ➢它的平衡臂为变压器的两个二次侧绕组，差动传感器的两差 动电容或差动电感分别接在另两个臂
设其阻抗分别为Z1和Z2， (由于被测量使传感器的阻抗发生变化)
Z1 Z Z
Z2 Z Z
压电传感器在受外力作用时，在两个电极表面 聚集电荷，电荷量相等，极性相反，相当于一个以 压电材料为电介质的电容器。可测量能变换为力的 各种物理量。
常用的压电材料
• 石英晶体 • 水溶性压电材料（酒石酸钾钠、硫酸锂、
磷酸二氢钾等）
• 铌酸锂晶体 • 压电陶瓷（钛酸钡压电陶瓷、锆钛酸铅
系压电陶瓷、铌酸盐系压电陶瓷）
4、电磁吸力对测力变化的影响也由于能 够相互抵消而减小。
2 差动变压器传感器（互感）
第二章电桥基本原理优秀课件
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电桥原理
1、电桥电路的分类
按照电源分类：直流电桥、交流电桥 按照输出分类：电流输出、电压输出 电流输出：当电桥的输出信号较大，输出端又接 入电阻值较小的负载时，电桥以电流形式输出。 电压输出：当电桥输出端接放大器时，由于放大 器输入阻抗很高，认为电桥的负载电阻无穷大， 这时电桥以电压形式输出。
出电压为 ：
uo
ui
R1 R
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图中，R1、R3为相同应变测量片，有应变 时，两片同时受拉或同时受压。R2、R4为补偿 片。可以计算输出电压为 ：
uo
u2i
R1 R
kui
结论：双臂电桥输出灵敏度是单臂电桥的两倍，全桥输出是双 臂电桥的两倍。并且采用双臂和全桥测量，可以补偿由于温度 变化引起的测量误差。
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第二章电桥基本原理
几种典型的模拟式传感器
一、 概 述 1、 电位器式传感器 2、 应变式传感器 3、 压阻式传感器 4、 热电式传感器 5、 电容式传感器 6、 变磁路传感器 7、 压电式传感器
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几种典型的模拟式传感器
概述
1、 电位器式传感器
2、 应变式传感器 3、 压阻式传感器
变电阻式传感器
R1+ΔR1和R2-ΔR2
输出电压为：
可得
uo
u2i
R1 R
1 2kui
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四臂全桥
全桥的四个桥臂都为应变片，如 果设法使试件受力后，应变片R1 ~ R4产生的电阻增量（或感受到
的应变1~4）正负号相间，就
可以使输出电压Uo成倍地增大。 上述三种工作方式中，全桥四臂 工作方式的灵敏度最高，双臂半 桥次之，单臂半桥灵敏度最低。 采用全桥（或双臂半桥）还能实 现温度自补偿。
第二章、应变式传感器1
（1）应变片的敏感栅具有一定温度系数； （2）应变片材料与测试材料的线膨胀系数不同。
3.4 电阻应变片的测量电路
单臂应变电桥
工作臂 双臂应变电桥 全臂应变电桥
应
变
电源
直流电桥：
电
交流电桥:
桥
电源端对称
桥臂关系 半等臂电桥 输出端对称
全等臂电桥
3.4.1 直流电桥
平衡条件 R1R4=R2R3
n=R2/R1=R4/R3
常用金属薄膜应变片
金属应变片的基本结构
转换元件 F
敏感元件
二、半导体应变片结构 体型、薄膜型和扩散型
1、体型半导体应变片 半导体材料硅或锗晶体按一定方向切割成片状小
条，经腐蚀压焊粘贴在基片上制成。
体型半导体应变片的结构
2、薄膜型半导体应变片
通过薄膜制备技术，在带有绝缘层的试件上沉积 半导体材料薄膜而制成。
对电阻丝材料应有如下要求：
① 灵敏系数大，且在相当大的应变范围内保持常数； ②ρ值大； ③ 电阻温度系数小，以免环境温度变化改变其阻值； ④ 与铜线的焊接性能好，与其它金属的接触电势小； ⑤ 机械强度高， 具有优良的机械加工性能。
表3-1 常用金属电阻丝材料的性能
康铜是目前应用最广泛的应变丝材料，这是由于 它有很多优点：灵敏系数稳定性好，不但在弹性变形 范围内能保持为常数， 进入塑性变形范围内也基本上 能保持为常数；康铜的电阻温度系数较小且稳定，当 采用合适的热处理工艺时，可使电阻温度系数在 ±50×10-6/℃的范围内；康铜的加工性能好，易于焊 接， 因而国内外多以康铜作为应变丝材料。
Κ κ 卡帕 Kappa 介质常数 Λ λ 兰姆达 Lambda 波长（小写）；体积 Μ μ 缪 Mu 磁导系数；微 ;放大因数（小写） Ν ν 纽 Nu 磁阻系数 Ξ ξ 克西 Xi Ο ο 奥米克戎 Omicron Π π 派 Pi 圆周率=圆周÷直径=3.1416 Ρ ρ 柔 Rho 电阻系数（小写） Σ σ 西格玛 总和（大写），表面密度；跨导（小写） Τ τ 陶 Tau 时间常数 Υ υ 宇普西隆 Upsilon 位移 Φ φ 斐(佛爱) Phi 磁通； 角 Χ x 西 Chi Ψ ψ 普西 Psi 角速；介质电通量（静电力线）；角 Ω ω 欧米伽 Omega 欧姆（大写）；角速（小写）；
电位器式传感器标准版文档
转式有单圈旋转式(图2-3-
2b)和多圈旋转式(2-3-2c)
两种。电刷由触头、臂、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
图2-3-2 电位器原理图 1—骨架 2—电刷 3—电阻丝 4—转
轴 5—接线端子
料。
河 南
第三讲 电位器式传感器
工
业
职
业
一、电位器式传感器的转换原理
技 术
二、电位器的结构与类型
学
三、电位器式传感器的应用
院
电
气
工
程
系
第三讲 电位器式传感器
一、电位器式传感器的转换原理
电位器的电压转换原理如图2-3-1所示。设直滑电位器
电阻体的长度为 l，电阻值为R，两端加（输入）电压为Ui，
电位器变组成分压比电路,则输出量是与压力成一定关系 的电压Uo为:
2、类型：
（1）线绕电位器 线绕电位器电阻元件由康铜丝、铂铱合金及卡玛丝等电阻丝
绕制，其额定功率范围一般为0.25～50W，阻值范围为 100Ω～100kΩ之间。当接触电刷从这一匝移到另一匝时，阻 值的变化呈阶梯式。
（2）非线绕电位器 1）合成膜电位器 其优点是分辨率较高，阻值范围很宽
（100Ω～4.7MΩ），耐磨性较好，工艺简单，成本低，线性 度好等；主要缺点是接触电阻大，功率不够大，容易吸潮，噪 声较大等。
2）金属膜电位器 金属膜电位器具有无限分辨力，接触电阻 很小，耐热性好，满负荷达70℃。与线绕电位器相比，它的分 布电容和分布电感很小，特别适合在高频条件下使用。它的噪 声仅高于线绕电位器。金属电位器的缺点是耐磨性较差，阻值 范围窄，一般在10～100Ω之间。由于这些缺点，限制了它的 使用范围。
传感器论文
第2章电阻式传感器电阻式传感器的基本原理是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路和装置显示或记录被测量值的变化。
按其工作原理可分为电位器式、应变式和固态压阻式传感器三种。
2.1电位器式传感器电位器是一种人们熟知的机电元件，广泛用于各种电气和电子设备中。
在仪表与传感器中，它主要是作为一种把机械位移输入转换为与它成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件来使用的。
利用电位器作为传感元件可制成各种电位器式传感器，用以测定线位移或角位移，以及一切可能转换为位移的其他被测物理量参数，如压力、加速度等。
此外，在伺服式仪表中，它还可用作反馈元件及解算元件，制成各种伺服式仪表。
电位器的优点是结构简单、尺寸小、重量轻、输出特性精度高(可达0.1%或更高)且稳定性好，可以实现线性及任意函数特性；受环境因素(温度、湿度、电磁干涉、放射性)影响较小；输出信号较大，一般不需放大。
因此，它是最早获得工业应用的传感器之一。
伹它也存在一些缺点，主要是存在摩擦和磨损。
由于有摩擦，因而要求敏感元件有较大的输出功率，否则会降低传感器的精度，又由于有滑动触点及磨损，则使电位器的可靠性和寿命受到影响。
另外线绕电位器分辨力较低也是一个主要缺点。
目前电位器围绕着减小或消除摩擦、提高使用寿命和可靠性、提高精度和分辨力等而不断得到发展。
目前电位器虽然在不少应用场合已被更可靠的无接触式的传感元件所代替，但其某些独特的性能仍然不能被完全取代，在同类传感元件中仍然占有一定的地位。
电位器的种类极其繁多。
按其结构形式不同，可分为绕线式、薄膜式、光电式、磁敏式等。
在绕线电位器中，又可分为单圈式和多圈式两种。
按其特性曲线不同，还可分为线性电位器和非线性(函数)电位器两种。
如图2-1所示为常用电位器式传感器。
图2-1 电位器传感器2.1.1线性电位器1. 电位器的理想特性、灵敏度图 2-2所示为电位器式位移传感器原理图。
如果把它作为变阻器使用，且假定全长为max x 的电位器其总电阻为max R ，电阻沿长度的分布是均匀的，则当滑臂由A 向B 移动x 后，A 到滑臂间的阻值为max max x xR R x =若把它作为分压器使用，且假定加在电位器A 、B 之间的电压为max U ，则输出电压为max max x xU U x =图2-3所示为电位器式角度传感器。
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电位器是一种常用的机电元件，广泛应用于各种电器 和电子设备中。它是一种把机械的线位移和角位移输入 量转换为与它呈一定函数关系的电阻或电压输出的传感 元件，主要用于测量压力、高度和加速度等各种参数。
一、电位器式传感器的转换原理 二、电位器的结构与类型 三、电位器式传感器的应用
一、电位器式传感器的转换原理
U0
Ui l
x
图2-3-1 电位器的电压转换原理
对圆盘式电位器来说，Uo
与滑动臂的旋转角度成正比：
UO 360Ui
右图所示的360度圆 盘形电位器的中间焊片 为滑动片，右边焊片接 地，左边焊片接电源。
接地
二、电位器的结构与类型
1、结构：
电位器由电阻元件、电刷、骨
架等组成。
形式：直滑式(图2-3-2a)和旋
转式，旋转式有单圈旋转式(图
2-3-2b) 和 多 圈 旋 转 式 (2-3-2c)
两种。电刷由触头、臂、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
图2-3-2 电位器原理图
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
1—骨架 2—电刷 3—电阻丝 4—转 轴 5—接线端子
图2-3-4 摩托车汽油油位传感器
缘材料。
2、类型：
（1）线绕电位器 线绕电位器电阻元件由康铜丝、铂铱合金及卡玛丝
等电阻丝绕制，其额定功率范围一般为0.25～50W， 阻值范围为100Ω～100kΩ之间。当接触电刷从这一匝 移到另一匝时，阻值的变化呈阶梯式。 （2）非线绕电位器
1）合成膜电位器 其优点是分辨率较高，阻值范围 很宽（100Ω～4.7MΩ），耐磨性较好，工艺简单，成 本低，线性度好等；主要缺点是接触电阻大，功率不够 大，容易吸潮，噪声较大等。
在弹性元件的自由端处 安装滑线电位器，滑线电位 器的滑动触点与自由端连接 并随之移动，自由端的位移 就转换为电位器的电信号输 出。
图2-3-3 电位器式弹性压力计
当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，
从而带动电位器的电刷产生角位移。2、摩托车汽油油位传 感器
如图2-3-4所示为 摩托车汽油油位传感 器，它由随液位升降 的浮球经过曲杆带动 电刷位移，将液位变 成电阻变化。
2）金属膜电位器 金属膜电位器具有无限分辨力，接触 电阻很小，耐热性好，特别适合在高频条件下使用。它的 噪声仅高于线绕电位器。金属电位器的缺点是耐磨性较差， 阻值范围窄，一般在10～100Ω之间。由于这些缺点，限 制了它的使用范围。 （3）导电塑料电位器 导电塑料电位器又称实心电位器， 耐磨性很好，使用寿命较长，允许电刷的接触压力很大， 在振动、冲击等恶劣环境下仍能可靠地工作。此外，它的 分辨率较高，线性度较好，阻值范围大，能承受较大的功 率。导电塑料电位器的缺点是阻值易受湿度影响，故精度 不易做得很高。导电塑料电位器的标准阻值有1kΩ、2kΩ、 5kΩ和10kΩ，线性度为0.1％和0.2％。
（4）导电玻璃釉电位器 导电玻璃釉电位器又称金属 陶瓷电位器，它的耐高温性和耐磨性好，有较宽的阻 值范围，电阻湿度系数小且抗湿性强。导电玻璃釉电 位器的缺点是接触电阻变化大，噪声大，不易保证测 量的高精度。
三、电位器式传感器的应用
1、弹性压力计
弹性压力计信号多采 用电远传方式，即把弹性 元件的变形或位移转换为 电信号输出。