傳感器應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目二

電阻式傳感器非線性電位器空載時(shí)輸出電壓(電阻)與電刷行程之間具有非線性關(guān)系。研究意義：現(xiàn)實(shí)中有些對(duì)象是指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、三角函數(shù)及其他任意函數(shù)。要滿足控制系統(tǒng)特殊要求,必須想辦法找到與線性控制系統(tǒng)的關(guān)系,用線性輸出特性解決非線性輸出。常見非線性特性有變骨架、變節(jié)距、分路電阻或電位給定四種。1.非線性電位器變骨架式非線性電位器變骨架式電位器是利用改變骨架高度或?qū)挾鹊姆椒▉韺?shí)現(xiàn)非線性函數(shù)特性。如圖所示為一種變骨架高度式非線性電位器。2.變骨架式非線性電位器2.變骨架式非線性電位器變骨架高度式非線性電位器當(dāng)Δx→0時(shí),則有由上述兩個(gè)公式可求出骨架高度的變化規(guī)律為：2.變骨架式非線性電位器只要骨架高度滿足左邊式子，即可實(shí)現(xiàn)線性靈敏度要求。

變骨架高度式電位器的繞線節(jié)距是不變的,因此其行程分辨率與線性電位器計(jì)算式相同,則有但由于骨架高度是變化的,因而階梯特性的階梯也是變化的,最大階梯值發(fā)生在特性曲線斜率最大處,故階梯誤差為3.行程分辨率與階梯誤差變骨架式非線性電位器理論上可以實(shí)現(xiàn)所要求的許多種函數(shù)特性,但結(jié)構(gòu)必須滿足：（1）為保證強(qiáng)度,骨架的最小高度hmin>3～4mm,不能太小。（2）骨架型面坡度α應(yīng)小于20°～30°，否則繞制時(shí)容易產(chǎn)生傾斜和打滑,產(chǎn)生誤差,如圖3.7(a)所示。4.非線性電位器結(jié)構(gòu)特征減小誤差方法：（1）減小坡度，可采用對(duì)稱骨架,如圖3.7(b)所示。（2）減小具有連續(xù)變化特性的骨架的制造和繞制困難,將骨架設(shè)計(jì)成階梯形的,如圖3.8所示,實(shí)際是對(duì)特性曲線采用折線逼近。4.非線性電位器結(jié)構(gòu)特征

圖3.7對(duì)稱骨架式（a)骨架坡度太高;（b)對(duì)稱骨架減少坡度4.非線性電位器結(jié)構(gòu)特征4.非線性電位器結(jié)構(gòu)特征

圖3.8階梯骨架式非線性電位器實(shí)際是對(duì)特性曲線采用折線逼近.電位器具有精度高、性能穩(wěn)定、易于實(shí)現(xiàn)線性變化等優(yōu)點(diǎn)，但也存在很多不足：如分辨率低、耐磨性差、壽命較短等。因此，人們研制了一些優(yōu)良的非繞線式電位器。5.非繞線式電位器

碳膜電位器：在絕緣骨架表面上噴涂一層均勻的電阻液，經(jīng)烘干聚合后而制成電阻。（電阻液由石墨、碳墨、樹脂材料配制而成。）

優(yōu)點(diǎn)：

分辨率高、耐磨性較好、工藝簡(jiǎn)單、成本較低、線性度較好。

缺點(diǎn)：

接觸電阻大、噪聲大。金屬膜電位器：在玻璃或膠木基體上，用高溫蒸鍍或電鍍方法，涂覆一層金屬膜而制成。（制作金屬膜的合金：鍺銠、鉑銅、鉑銠、鉑銠錳等。）

優(yōu)點(diǎn)：溫度系數(shù)小，可在高溫環(huán)境下工作。

缺點(diǎn)：耐磨性差、功率小、阻值不高(1kΩ～2kΩ)。（1）薄膜電位器（2）導(dǎo)電塑料電位器這種電位器由塑料粉及導(dǎo)電材料粉(合金、石墨、炭黑等)壓制而成，它又稱為實(shí)心電位器。

優(yōu)點(diǎn)：耐磨性較好、壽命較長(zhǎng)、電刷允許的接觸壓力較大，適用于振動(dòng)、沖擊等惡劣條件下工作，且阻值范圍大，能承受較大的功率。

缺點(diǎn)：溫度影響較大、接觸電阻大、精度不高。

（3）光電電位器上述幾種電位器均為接觸式電位器，其共同的缺點(diǎn)是耐磨性較差、壽命較短。光電電位器是一種非接觸式電位器，它以光束代替了常規(guī)的電刷，有效地克服了上述幾種電位器的缺點(diǎn)。光電電位器原理圖1-光電導(dǎo)層；2-基體；3-薄膜電阻帶；4-電刷窄光束；5-導(dǎo)電電極

（3）光電電位器結(jié)構(gòu)原理：在基體（常用材料為氧化鋁）上沉積一層硫化鎘或硒化鎘光電導(dǎo)層，然后在它的上面沉積一條金屬導(dǎo)電條作為導(dǎo)電電極，在它的下面沉積一條薄膜電阻帶，在電阻帶和導(dǎo)電電極之間形成一很窄的間隙，再無光束照射時(shí)，因光電導(dǎo)材料的暗電阻極大，可視為電阻帶與導(dǎo)電電極之間為斷路，而當(dāng)電刷的窄光束照射在此窄間隙上時(shí)，就相當(dāng)于把電阻帶和導(dǎo)電電極接通，這樣在外電源的作用下，負(fù)載電阻上便有電壓輸出，且隨著光束位置的移動(dòng)而變化，如同電刷移動(dòng)一樣。光電電位器原理圖1-光電導(dǎo)層；2-基體；3-薄膜電阻帶；4-電刷窄光束；5-導(dǎo)電電極

（3）光電電位器

優(yōu)點(diǎn)：耐磨性好，精度、分辨率高，壽命長(zhǎng)(可達(dá)億萬次循環(huán))、可靠性好，阻值范圍寬(500～1