电阻式传感器是一种应用较早的电参数传感器，它的种类繁多，应用十分广泛，其基
   
    本原理是将被测物理量的变化转换成与之有对应关系的电阻值的变化，再经过相应的测量
   
    电路后，反映出被测量的变化。
   
    电阻式传感器结构简单、线性和稳定性较好，与相应的测量电路可组成测力、测压、
   
    称重、测位移、测加速度、测扭矩、测温度等检测系统，已成为生产过程检测及实现生产
   
    自动化不可缺少的手段之一。
   
    本章主要介绍电位器式和应变片式电阻式和压阻式传感器，分别从工作原理、特性特
   
    点、测量电路和实际应用几个方面加以介绍。
   
    电位器是一种常用的机电元件，广泛应用于各类电器和电子设备中。电位器式电阻传
   
    感器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。
   
    它除了用于线位移和角位移测量外，还广泛应用于测量压力、加速度、液位等物理量。
   
    电位器式传感器结构简单，体积小，质量轻，价格低廉，性能稳定，对环境条件要求
   
    不高，输出信号较大，一般不需放大，并易实现函数关系的转换。但电阻元件与电刷间由
   
    于存在摩擦(磨损)及分辨率有限，故其精度一般不高，动态响应较差，主要适合于测量变
   
    化较缓慢的量。
   
    电位器式传感器种类较多，根据输入—输出特性的不同，电位器式电阻传感器可分为
   
    线性电位器和非线性电位器两种；根据结构形式的不同，又可分为绕线式、薄膜式、光电
   
    式等。
   
    电位器式电阻传感器一般由电阻元件、骨架及电刷(滑动触点)等组成，电刷相对于电
   
    阻元件的运动可以是直线运动、转动或螺旋运动。当被测量发生变化时，通过电刷触点在
   
    电阻元件上产生移动，该触点与电阻元件间的电阻值就会发生变化，即可实现位移(被测量)
   
    与电阻之间的线性转换，这就是电位器传感器的工作原理。
   
    常用的线性直线位移式电位器传感器的原理图，其电阻元件由金属电
   
    阻丝绕成，电阻丝截面积相等，电阻值沿长度变化均匀。设该电位器全长为x ，总电阻 max x
   
    为R，则当电刷由 A到 B 移动后，A到电刷间的电阻值为 max
   
    则电位器作变阻器用，其电阻值为位移x 的函数。
   
    若作分压器用，设加在电位器A 、B 之间的电压为U ，则输出电压为
   
    max 线性角位移式电位器传感器的原理图，若作为变阻器使用，则电阻值与
   
    角度的关系
   
    在自动控制系统中，有时为了满足控制过程的特殊要求，需要输入量位移和输出电压
   
   
   
    之间呈现某种函数规律的非线性变化，此时便需要非线性电位器，它可以实现指数函数、
   
   
   
    对数函数、三角函数及其他任意函数，常用的非线性电位器有变骨架式、变节距式、分路
   
   
   
    电阻式和电位给定式等四种。 变骨架式非线性电位器是在保持电位器结构参数 不变时，只改变骨架宽度
   
    或高度 来实现非线性函数关系。下面以改变 的变骨架高度式非线性线绕电位器为例来
   
    对骨架变化规律进行分析。为变骨架式非线性电位器，在曲线上任取一小段，
   
    则可为直线，电刷位移为dx ，对应电阻变化为dR ，因此前述的线性电位器灵敏度公式
   
    仍然成立，即
   
    dRx 2ρ (b + h)
   
    = (2-10)
   
    dx At
   
    At ? dRx ?
   
    求得 h = ? ? - b (2-11)
   
    2ρ ? dx ?
   
    与线性电位器不同，非线性电位器输出电阻(或电压)与电刷行程之间是非线性函数关
   
    系，故其灵敏度与电刷位置有关，是变量。电阻灵敏度为
   
    dR
   
    kR = x (2-12)
   
    dx
   
    电压灵敏度为
   
    dU
   
    ku = x (2-13)
   
    dx
   
    为绕n 匝电阻丝的线性电位器的阶梯特性曲线图。由绕线电位器的结构可
   
    知，当电刷在多匝导线上移动时，电位器的阻值和输出电压不是连续变化，而是阶跃式地
   
    变化。电刷每移动过一匝线圈，电阻就突然增加一匝阻值，输出电压就产生一次阶跃，移
   
    动n 匝，输出电压就产生n 次阶跃。其阶跃值为
   
    U
   
    ΔU = max (2-14)
   
    n
   
    当电刷从m - 1匝移至 m 匝时，电刷瞬间使相邻两匝线圈短接，于是电位器的总匝数从
   
    n 匝减少到n - 1匝，即在每一次电压阶跃中又产生一次小阶跃，这个小阶跃的电压设为
   
    ΔU ，则
   
    n
   
   
   
    U U m
   
    ΔUn = max m- max m = Umax (2-15)
   
    n - 1 n n (n - 1)
   
    ΔU = ΔUn + ΔUm
   
    工程上常将实际阶梯特性曲线简化为如图2.6 所示的理想阶梯特性曲线，这样给实际
   
    应用带来很大的方便。
   
    在理想情况下，特性曲线各个阶梯的大小完全相同，则穿过每个阶梯中点的直线即是
   
    理论直线，阶梯曲线围绕它上下波动，从而产生一定的偏差，这种偏差就是阶梯误差。
   
    电位器的阶梯误差e 通常用理想阶梯特性曲线对理论直线最大偏差值与最大输出电压 值之比的百分数表示，即
   
    ? 1 Umax ?
   
    ± ? × ?
   
    ? 2 n ? 1
   
    e = × 100% = ± × 100% (2-17)
   
    i
   
    U 2n
   
    max
   
   
   
    2) 负载特性
   
   
   
    一般情况下，电位器输出端是接有负载的，当接入负载时，由于负载电阻和电位器的
   
   
   
    比值为有限值，此时所得的特性为负载特性。负载特性偏离理想空载特性的偏差称为电位
   
   
   
    器的负载误差。带负载的电位器的电路，电位器的负载电阻为RL ，可理解为
   
    测量仪表的内阻或放大器的输入电阻，则此电位器的输出电压 此为电位器传感器负载特性的一般形式。可见，当m ≠ 0 ，即RL 不是无穷大时，Y 与r 为非线性关系只有当RL → ∞ 时，m = 0 ，Y = r ，此为电位器传感器的理想空载特性，Y 与r 为线性 关系。给出了电位器的负载特性曲线。，负载特性曲线( m ≠ 0 )均为下垂曲 线，说明负载输出电压比空载输出电压低，这种偏差即为负载 。无论 m 为何值，电 刷在起始位置和最大位置时，负载误差都为零。随着电刷位置的变化，负载误差亦随着变化，
   
    当电刷处于行程中心位置时，负载误差最大，且增大负载系数时，负载误差也随之增加。为
   
    减小负载误差，应尽量减小负载系数，通常希望 m ＜0.1。
   
    电位器式传感器的种类较多，由于应用场合不同，其结构形式与制作材料也不尽相同。
   
    常用的绕线式电位器通常由电阻丝、电刷及骨架构成。
   
    1) 电阻丝
   
    电位器传感器要求电阻丝的电阻系数高，电阻温度系数小，强度高，延展性好，对铜
   
    的热电势尽可能小，耐磨耐腐蚀，焊接性好。常用的材料有：铜镍合金类、铜锰合金类、
   
    铂铱合金类、镍铬丝、卡玛丝及银钯丝等。
   
    裸丝绕制时，线间必须存在间隔，而涂漆或经氧化处理的电阻丝可以接触绕制，但电
   
    刷的轨道上需清除漆皮或氧化层。
   
    2) 电刷
   
    电刷通常由具有弹性的金属薄片或金属丝制成，其末端弯曲形成弧形。电刷质量的好
   
    坏往往能反映出电位器的噪声电平。电刷材料要与电阻丝材料配合选择，通常是使电刷材
   
    料的硬度与电阻丝材料的硬度相近或稍高些，而且要保证 电刷触点具有良好的抗氧化能
   
    力、接触电势要小。否则，电刷可能会成为引起振动的噪声源。采用高固有频率的电刷结
   
    构，效果较好。此外，利用电刷本身的弹性变形所产生的弹性力，使电刷与电阻丝之间保
   
    持一定的压力(约 50mN～100mN)，可使两者在相对滑动过程中保持可靠地接触和导电，提
   
    高电位器工作的可靠性，减小噪声并延长工作寿命。
   
    常用的电刷触头材料有银、铂铱、铂铑等金属。
   
    3) 骨架
   
    对骨架材料的要求是：形状稳定(与电阻丝材料具有相近的膨胀系数)，电气绝缘好，
   
    有足够的强度和刚度，散热性好，耐潮湿，易加工。常用材料有陶瓷、酚醛树脂及工程塑
   
    料等绝缘材料。目前还广泛采用经绝缘处理的金属骨架，其导热性好，可提高电位器的允
   
    许电流，而且强度大，加工尺寸精度高，适用于大功率电位器。
   
    骨架的形状很多，有矩形、环形、柱形、棒形及其他形状的骨架。常用的骨架截面多
   
    为矩形，其厚度b 应大于导线直径 d 的4 倍，圆角半径 R 不应小于2d 。
   
    电位器绕制完成后要用电木漆或其他绝缘漆浸渍，以提高机械强度。与电刷接触的工
   
    作面的绝缘漆要刮掉，并进行机械抛光！电阻传感器在电子衡器当中占有极其重大的比例，
   
    它的适用范围也是极其的广泛，更多更详细的资料尽在现代豪方—称重传感器销售基地。