电位器式传感器(行业精制)
工业机器人内部传感器
根据码盘上透光区域与不透光区域分布的不同，光电编码器又可分为 相对式（增量式）和绝对式两种类型。
1）相对式光电编码器
测量旋转运动最常见的传感器是相对式光电编码器，其圆形码盘（见图4-9）上的 透光区与不透光区相互间隔，均匀分布在码盘边缘，分布密度决定测量的解析度。在 码盘两边分别装有光源及光敏元件。
1.2 速度传感器
1．测速发电机
测速发电机是一种模拟式速度传感器，它实际上是一台小型永磁式直流发电机，其 结构原理如图4-13所示。
图4-13 直流输出测速发电机结构原理图
当通过线圈的磁通量恒定时，位于磁场中的线圈旋转使线圈两端产生的电压 u（感应电动势） 与线圈（转子）的转速 成正比，即
u A
1）模拟方式
在模拟方式下，必须有一个频率/电压（F/V）变换器，用来将编码器测得的脉冲 频率转换成与速度成正比的模拟电压，其原理如图4-14所示。F/V变换器必须有良好 的零输入、零输出特性和较小的温度漂移才能满足测试要求。
图4-14 模拟方式的相对式光电编码器测速
2）数ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ方式
数字方式测速是利用数学方式通过计算软件计算出速度。角速度是转角对时间的一阶导数，
工业机器人基础
工业机器人内部传感器
1.1 位移传感器
1．电位器式位移传感器
电位器式位移传感器一般用于测量工业机器人的关节线位移和角位移，是 位置反馈控制中必不可少的元件，它可将机械的直线位移或角位移输入量转 换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。
电位器式位移传感器主要由电阻元件、骨架及电刷等组成。根据滑动 触头·运动方式的不同，电位器式位移传感器分为直线型和旋转型两种。
式中，A 为常数。
关于美国MTS位移传感器工作原理及产品的6特点
关于美国MTS位移传感器工作原理及产品的6特点美国MTS位移传感器又称为线性传感器，把位移转换为电量的传感器。
位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。
美国MTS位移传感器工作原理1、电位器式位移传感器原理电位器式位移传感器，它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。
普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。
但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。
电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。
物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。
阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。
通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出。
线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化，其输出特性亦呈阶梯形。
如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反馈元件，则过大的阶跃电压会引起系统振荡。
因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。
电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损。
它的优点是：结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉。
2、磁致伸缩位移传感器原理它主要是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。
由于在之前的文章中，皮卡中国小编已经为大家介绍了磁致伸缩位移传感器原理，在这里就不做赘述了。
常见MTS位移传感器特点1、绕位移传感器它是将康铜丝或镍铬合金丝作为电阻体，并把它绕在绝缘骨架上制成。
绕线电位器特点是接触电阻小，精度高，温度系数小，其缺点是分辨力差，阻值偏低，高频特性差。
主要用作分压器、变阻器、仪器中调零和工作点等。
2、导电塑料位移传感器用特殊工艺将DAP（邻苯二甲酸二稀丙脂）电阻浆料覆在绝缘机体上，加热聚合成电阻膜，或将DAP电阻粉热塑压在绝缘基体的凹槽内形成的实心体作为电阻体。
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。
(完整word版)传感器技术期末考试试卷
传感器技术期末考试试卷(A)一、名词解释（每题4分，共20分）1. 传感器：（传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的另一种量的测量装置）（能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成）2. 电位器式传感器：（是一种将机械位移转换成电信号的机电转换元件，，又可做分压器用的测量装置）3. 电容式传感器：（将被测量（如压力、尺寸等）的变化转换成电容量变化的一种传感器）4. 霍尔传感器：（是利用霍尔元件的霍尔效应制作的半导体磁敏传感器）5. 测量：（是将被测量与同性质的标准量通过专门的技术和设备进行比较，获得被测量对比该标准量的倍数，从而在量值上给出被测量的大小和符号）二、填空题（每空1分，共20分）1. 电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现信号测量的装置。
2.压电式传感器元件是力敏元件，它能测量最终能变换为力的那些物理量是：应力、压力、加速度等。
3.压电陶瓷是人工制造的多晶体，由无数细微的电畴组成。
4.测定温度传感器通常是用热电偶、热电阻及热敏电阻三种。
5. 电涡流式传感器是根据电涡流效应制成的。
6.在光线作用下，半导体的电导率增加的现象称为光电效应。
7.功能型光纤传感器分为：相位调制型传感器、光强调制型传感器和偏振态调制型传感器三种类型。
8.直接测量的方法通常有三种方法，即：偏差法、零位法和微差法。
9. 电位器式传感器是一种将机械位移转换成电信号的机电转换元件，又可做分压器用的测量装置三、简答题（每题10分，共30分）1. 按传感器的工作原理分类有哪些？（1）电学式传感器；（2）磁学式传感器；（3）光电式传感器；（4）电势型传感器；（5）电荷式传感器；（6）半导体传感器；（7）谐振式传感器；（8）电化学式传感器等。
2. 应变片有哪几部分组成？其核心部分是什么？电阻应变片的构造一般由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成。
电位器式传感器
x后，A点到电刷间的阻值为：
x Rx xmax Rmax
(2-1)
若把它当作分压器使用，假定加在电位器A、B之间的电压为
Umax，则空载输出电压为：
x U x xmax U max
(2-2)
图2.2所示为电位器式角度传感器。其中 1为电阻丝；2为滑臂；3为骨架。作变阻 器使用时，电阻Rα与角度α的关系为：
2(b h)
At
KU
U max xmax
I
2(b h)
At
(2.5) (2.6)
式中，KR、KU分别为电阻灵敏度、电压灵敏度；ρ为导线 电阻率；A为导线横截面积；n为线绕电位器绕线总匝数。
由此看出：线性线绕电位器的电阻灵敏度和电压灵敏 度除与电阻率ρ有关外，还与骨架尺寸h和b、导线横截面 积A（导线直径d）、绕线节距t等结构参数有关；电压灵 敏度还与通过电位器的电流I的大小有关。
总阻值的变化就使得在每个电压阶跃中还产生一小阶跃。
这个小电压阶跃亦即次要分辨脉冲为
11
Un
Umax
(
n
1
) n
j
(2-8)
式中：U max
n
j 为电刷短接第
1
j
和
j+1
匝时的输出电压；
U max
j n
为电刷仅接触第 j 匝时的输出电压。
因此，在大的阶跃中还有小的阶跃。这种小的阶跃应
有(n-2)次，这是因为在绕线始端和终端的两次短路中，将
传感器技术及应用
电位器式传感器
电位器作为传感器，可将机械位移或其他能转换为位 移的非电量转换为与其有一定函数关系的电阻值的变化。 常用来测量位移、压力、加速度等物理量。由于结构简单、 尺寸小、重量轻、价格便宜、精度较高、性能稳定、输出 信号大、受环境（如温度、湿度、电磁场干扰等）影响较 小，且可实现线性的或任意函数的变换，因而在自动检测 和自动控制中有着广泛的用途。
电位计式传感器
可靠性
电位计式传感器结构简单，工作可靠，使用寿命长。
传感器采用电刷接触方式，具有较低的摩擦和磨损，能够保证长期稳定的性能表 现。
04 应用领域
CHAPTER
工业自动化
工业自动化是电位计式传感器的主要应用领域之一。在生 产线上的位置控制、角度测量、速度检测等环节，电位计 式传感器发挥着重要作用。
测量轴
连接电刷和被测对象，将电位计的 电阻值变化转换为测量轴的位移。
测量电路
01
02
03
电源
为电位计式传感器提供工 作电压。
信号处理电路
将电位计电阻的变化转换 为可测量的电压或电流信 号，并进行必要的信号处 理。
放大器
对信号处理电路输出的信 号进行放大，提高信号的 信噪比。
输出接口
模拟输出
将传感器输出的模拟信号 传输到后续处理设备或控 制系统。
分辨率与精度
电位计式传感器的分辨率是指能够检 测到的最小输入量变化，精度则是指 测量结果的准确性。
高分辨率和精度的电位计式传感器能 够提供更精确的测量结果。
温度稳定性
电位计式传感器的输出受温度影响较小，具有良好的温度稳 定性。
在不同温度环境下，传感器能够保持稳定的性能表现，确保 测量结果的可靠性。
电位计式传感器易受到电磁干 扰的影响，在强磁场环境下工
作可能会影响测量精度。
06 发展趋势与未来展望
CHAPTER
技术创新与改进
微型化
随着微电子和纳米技术的发展， 电位计式传感器正朝着更小尺寸、 更高精度的方向发展，以满足现 代设备对紧凑型传感器的需求。
智能化
集成化与智能化是电位计式传感 器的重要发展方向，通过与微处 理器、人工智能等技术的结合， 实现传感器自适应、自校准、自
电位器式角度传感器在装载机工作装置电控系统中的应用
角度传感器输入的信 号判断动臂是否将运动到限位 点 ，当动臂将到限位点时 ，控制器控制输 出使动臂 以较小速度缓慢接近限位点实现动臂缓冲。在铲斗
自动复 位功 能 中 ，操 作者 在铲 斗处 于铲 掘位 置后 按 下 设定 开关 ，触 发控 制 器 记忆 当前 动臂 和 铲 斗２ 个 位 置 角度 传感 器 输 人信 号 。控制 器 根 据这 ２ 个位 置 角度 传感 器 的信号 通过 查表 或 曲线 拟合 的方法 找 出
在动臂自动定位功能中操术控制工作按下设定通过加装角度传感器连续检测动臂的位置和铲斗的开关触发控制器来记忆当前动臂位置角度传感器输角度可在驾驶室内设置任意位置动臂自动定位和入的信号当需要动臂回到预先设定位置时通过铲斗自动复位同时还可以实现动臂限位缓冲铲操纵杆发出指令动臂即可自动运动到位
人 控 工在 动臂 或铲 斗上 手 动调整 接 近开关 的位置 以改
－ 带 ＝ ＝ ＝ ’
变 定 位 点 ，既 麻 烦 又 不 安 全 。随 着 电控 技 术 的发
技 展 ，越来 越 多 的国外 知名 装载 机厂 家采 用 电控方 式
术 控制工作装置，在实现传统装载机功能的基础上 ，
ＬＵＯ Ｂｉ ｎ ｇ， ＸＩ ＡＯ Ｂｏ， ＣＡＩ Ｄｅ ｎ ｇ —ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ， ＺＨＯＮＧ Ｒｏ ｎ ｇ — ｋ ａ ｎ ｇ
０
Ｔ Ｎ ，
Ｒ
０
Ｌ
Ｔ
Ｅ
传统装载机采 用软轴或液压先导 的方式 手动
命长等 ，适合在装载机上应用。
控制工作装置 ，全凭操作者的经验判断动臂的位置
测 。电位器式角度传感器是通过 电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关 系的电阻或电压 信 号输出 ，以确定动臂和铲斗的位置 ，具有结构简单 、成本低 、输 出信号强 、能适应各恶劣环境 、使用
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名义分辨率为 U Umax
(2-7)
n
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12
图2-5 理想阶梯特性曲线
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13
非线性电位器
非线性电位器是指在空载时其输出电压(或电阻)与 电刷行程之间具有非线性函数关系的一种电位器， 也称函数电位器。常用的非线性线绕电位器有变骨 架式、变节距式、分路电阻式及电位给定式四种。
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14
器的电阻灵敏度和电压灵敏度除与电阻
率ρ有关外,还与骨架尺寸h和b、导线横
截面积A(导线直径d）、绕线节距t等结
构参数有关;电压灵敏度还与通过电位器
的电流I的大小有关。
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11
• 二、 阶梯特性
•
图2-4所示为绕n匝电阻丝的线性电位
器的局部剖面和阶梯特性曲线图。电刷在电位器
的线圈上移动时,线圈一圈一圈的变化,因此,电
的位移，并使此位移变为电刷触点的移动，从而引起
输出电压或电流的相应变化。
如图2-12 为YCD-150型远程压力表原理图。
弹簧管内通入被测流体,在流体压力作用下,弹簧管产 生弹性位移, 使曲柄轴带动电位器的电刷在电位器绕 组上滑动,因而输出一个与被测压力成比例的电压信号。
该电压信号可远距离传送,故可作为远程压力表。
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21
图2-13 膜盒电位器式压力传感器原理图
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22
• 电位器式位移传感器
电位器式位移传感器常用于测量几毫米到几 十米的位移和几度到360°的角度。
图2-14电位器式位移传感器：
其中3为输入轴，电阻线1以均匀的间隔绕在用绝 缘材料制成的骨架上，触点2沿着电阻丝的裸露部分滑 动，并由导电片4输出。
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2
电阻式传感器分类
1电位器式传感器 2应变片式传感器
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3
3.4 电位器式传感器
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。它主要是一种把机械的线位移或角位移输入量 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。它们主要用于测量压力、高度、加速度、航面角 等各种参数。
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4
2.1.1 线性电位器
一、线性电位器的空载特性
•
线性电位器的理想空载特性曲线应具
有严格的线性关系。图3-36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,
假定全长为xmax的电位器其总电阻为Rmax,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点到电刷间的阻值为
Rx
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1
电阻式传感器
电阻式传感器的种类繁多，应用广泛，其基本 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而最后显示被测量值的变化。
电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、 测压、称重、测位移、测加速度、测扭矩、测温度 等测试系统。目前已成为生产过程检测以及实现生 产自动化不可缺少的手段之一。
2(b h)
At
ku
U m ax xm a x
I
•
2(b h)
At
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(3-31) (3-32)
9
图3-38 线性线绕电位器示意图
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10
•
式 中 ,kR 、 ku 分 别 为 电 阻 灵 敏 度 、
电压灵敏度;ρ为导线电阻率;A为导线横
截面积;n为线绕电位器绕线总匝数。
•
由式可以看出,线性线绕电位
作为分压器使用,则有
Ua
x xmax
U max
(3-29) (3-30)
角度传感器
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8
•
线性线绕电位器理想的输出、输入关系遵
循上述四个公式。因此对如图3-38 所示的位移
传感器来说,因为
Rmax
2(b
A
h)n
xmax nt
其灵敏度应为
kR
Rm a x xm a x
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19
图2-12 YCO-l50型压力传感器原理图
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20
• 电位器式压力传感器
电位器式压力传感器如图2-13
• 弹性敏感元件膜盒的内腔,通入被测流体,在流 体压力作用下,膜盒硬中心产生弹性位移,推动 连杆上移,使曲柄轴带动电位器的电刷在电位 器绕组上滑动,同样输出一个与被测压力成比
例的电压信号。
x xmax
Rmax
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(3-27)
5
图3-36 电位器式位移传感器原理图
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6
•
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Umax,则输出电压为
Ux
x xmax
U max
(3-28)
图3-37所示为电位器式角度传感器。作变阻器使用,
则电阻与角度的关系为
Ra
a amax
Rmax
• 变骨架式非线性电位器
•
变骨架式电位器是利用改变骨架高
度或宽度的方法来实现非线性函数特性。
图2-6所示为一种变骨架高度式非线 性电位器。
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15
图2-6 变骨架式电位器
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16
电位器的结构与材料
由于测量领域的不同，电位器结构及材料选择有所不同。 但是其基本结构是相近的。电位器通常都是由骨架、电阻元件 及活动电刷组成。常用的线绕式电位器的电阻元件由金属电阻 丝绕成。
电位器式传感器具有一系列优点，如结构简单、尺寸小、 重量轻、精度高、输出信号大、性能稳定并容易实现任意 函数。其缺点是要求输入能量大，电刷与电阻元件之间容 易磨损。
电位器的种类很多，按其结构形式不同，可分为线绕式、 薄膜式、光电式等；按特性不同，可分为线性电位器和非 线性电位器。目前常用的以单圈线绕电位器居多。
图2-15电位器式位移传感器 在测量比较小的位移时，可将线位移变换成角位移。
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23
图2-14 电位器式位移传感器示意图
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24
图2-15 测小位移传感器示意图
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25
• 电位器式加速度传感器
•
图2-16所示为电位器式加速度传感
位器阻值随电刷移动不是连续地改变,导线与一
匝接触的过程中,虽有微小位移,但电阻值并无变
化,因而输出电压也不改变,在输出特性曲线上对
应地出现平直段;当电刷离开这一匝而与下一匝
接触时,电阻突然增加一匝阻值,因此特性曲线相
应出现阶跃段。这样,电刷每移过一匝,输出电压
便阶跃一次,共产生n个电压阶梯,其阶跃值亦即
1、电阻丝： 电阻系数、温度系数、强度、电势及加工
2、电刷：某些电刷结构如图2-11 电刷触头、电刷臂、导向及轴承装置
3、骨架。 膨胀系数、绝缘性能、强度及加工
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17
图2-11 某些电刷结构
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18
电位器式传感器应用举例
• 电位器式压力传感器
•
电位器式压力传感器是利用弹性元件（如
弹簧管、膜片或膜盒）把被测的压力变换为弹性元件