2.3 电位器式传感器

电位器是人们所熟知的电子元件。在传感器中，它是一种可以把线位移或角位移转换成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件，因此，可用来制作位移、压力、加速度、油量、高度等用途的传感器。它的特点是结构简单、精度较高（可达0.1%或更高）、性能稳定、输出信号强、受环境影响较小、可实现线性或任意函数的变换且成本低，因此得到广泛的应用。

2.3.1 电位器式传感器的工作原理

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、薄膜式和光电式等。

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。

图2-24所示为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，电阻丝截面面积相等，电阻值沿长度变化均匀。设该电位器全长为x_max，总电阻为R_max，则当电刷由A到B方向移动x后，A到电刷间的电阻值为

则电位器作为变阻器使用，其电阻值为位移x的函数。

图2-24 直线位移式电位器传感器原理图

1—电阻丝 2—骨架 3—滑动臂

若作为分压器使用，设加在电位器A、B之间的电压为U_max，则输出电压为

即输出电压和线位移x成比例。

图2-25所示为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为

相应的输出电压为

即输出电压与角位移α成比例。

图2-25 角位移式电位器传感器原理图

1—电阻丝 2—滑动臂 3—骨架

2.3.2 电位器式传感器的应用

1.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相应的变化。

图2-26为YCD-150型远程压力表原理图。它是由一个弹簧管和电位器组成的压力传感器。电位器固定在壳体上，而电刷与弹簧管的传动机构相连接。当被测压力变化时，弹簧管的自由端发生位移，通过传动机构，一边带动压力表指针转动，一边带动电刷在线绕电位器上滑动，从而将被测压力值转换为电阻变化，输出与被测压力成正比的电压信号。

图2-27所示为另一种电位器式压力传感器的工作原理图。将被测流体通入弹性敏感元件膜盒的内腔，在此流体压力作用下，膜盒重心产生位移，推动连杆上移，使曲柄轴带动电刷在电位器电阻丝上滑动，同样输出与被测压力成正比的电压信号。

图2-26 YCD-150型远程压力表原理图

图2-27 膜盒电位器式压力传感器原理图

2.电位器式位移传感器

图2-28所示为YHD型滑线电阻式位移传感器的结构。被测位移使测量轴沿导轨轴向移动时，带动电刷在滑线电阻上产生相同的位移，从而改变电位器的输出电阻。精密电阻与电位器电阻组成电桥的两个桥臂，通过电桥测量电路把被测位移量转换成相应的电压量。

图2-28 YHD型滑线电阻式位移传感器的结构

1—测量轴 2—滑线电阻 3—触头 4—弹簧 5—滑块 6—导轨 7—外壳 8—无感电阻

在测量比较小的位移时，往往利用齿轮-齿条机构把线位移变换成角位移来测量，如图2-29所示。

3.电位器式加速度传感器

图2-30所示为电位器式加速度传感器结构示意图。惯性质量块在被测加速度的作用下，使片状弹簧产生正比于被测加速度的位移，从而引起电刷在电位器的电阻元件上滑动，因此输出一个与加速度成比例的电信号。

图2-29 测小位移传感器

图2-30 电位器式加速度传感器结构

1—惯性质量块 2—片弹簧 3—电位器 4—电刷 5—阻尼器 6—壳体