如果电阻丝直径（S)和材质(ρ)一定时，则电阻 值随导线长度L而变化。根据这一原理制成电位 计
6
电位计结构：
电位计是一种常用的机电元件。通常由骨架、电阻元件 （线圈）及电刷（滑动触点）等零件组成。其形式有直滑式 和旋转式。旋转式有单圈和多圈两种。
（a） 直滑式； (b) 单圈旋转式； (c) 多用位移的测量方法：机械法、光测法、电测法。本 章主要介绍电测法
——电测法：利用各种传感器将位移量变换为电量或 电参数，再经后接测量仪器进一步变换完成对位移检 测的一种方法。
——电测法测量位移常用的传感器有电阻式、电容式、 涡流式、压电式、感应同步式、磁栅式、光电式等
位移测试传感系统由传感器、变换电路、显示装置或 记录仪器三部分组成。
7
电位计结构：
（1）电阻元件通常由极细的绝缘导线按照一定规律整齐地绕 在一个绝缘骨架上形成。在它与电刷接触的部分，去掉绝缘 导线表面的绝缘层并抛光，形成一个电刷可在其上滑动的光 滑而平整的接触道。电阻元件除了由极细的绝缘导线绕制外， 还可以采用具有较高电阻率的薄膜制成。
——电位计的电阻元件通常有线绕电阻、薄膜电阻、导电塑料 （即有机实心电位计）等。
➢ 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，因而可以将直线位移、转角
等机械量转换成电阻变化。
13
电位计工作原理：
根据电工知识，电位计的位移 →电压转换原理如图所示。 设电阻 体的长度为l，电阻值为R，两端所 加（输入）电压为Ui，则滑动端输 出电压为
Uo
Ui l
x
式中，x为位移量。
9
电位计结构： 线绕电位器
b x
R a bc
10
电位计类型：
——按电位计的结构形式可分为：直线位移型、角位移型和 非线形型。 ——按电位计的输入/输出特性可分为：线性电位器、非线 性电位器
图2-1 电位计的结构类型
（a）直线位移型；（b）角位移型；（3）非线性型
11
12
电位计工作原理：
➢ 电位计是通过滑动触点把位移转换为电阻 丝的长度变化，从而改变电阻值大小，进 而再将这种变化值转换成电压或电流的变 化值。
15
（1）线性电位计的空载特性
线性电位计：其单位长度（或转角）的电阻值是 常数。
（以直线电位计为例），如下图 ——电位计电阻长度为L，总电阻为R,电刷位移X,相应的电
阻为Rx,电源电压Ui,输出电压U0
16
（1）线性电位计的空载特性
若电位器为空载（RL=∞）时 ,即空载特性为:
R Rx L x KR x
——因此绕线电位计的电阻和电压输出空载特性并不是一条理 想直线，而是阶梯状，称为阶梯特性。如图所示
19
局部剖面和阶梯特性 20
线绕电位计的阶梯误差和分辨率 ——从右图中可见,在理想情
况下,特性曲线每个阶梯的 大小完全相同,则通过每个 阶梯中点的直线即是理论 特性曲线,阶梯曲线围绕它 上下跳动,从而带来一定误 差,这就是阶梯误差。通过 阶梯中点的直线是理论特 性线，阶梯特性在其上下 波动，这种输出误差称为 阶梯误差，该误差是一种 原理误差。它限制了线绕 电位计的精度和分辨力。 （如图所示）
第二章 位移检测传感器
位移是指物体的某个表面或某点相对于参 考表面或参考点位置的变化。位移有线位移和角 位移两种。
线位移是指物体沿着某一条直线移动的距离； 角位移是指物体绕着某一定点旋转的角度。
在机械工程中经常要精确测量零部件的位移 或位置，并且力、压力、扭矩、速度、加速度、 温度、流量等参数也可经转换为位移进行测量。
KR 电位计的电阻灵敏度（ / m）
——电位计输出空载电压为:
Uo
Ui R
Rx
Ui L
x
Kux
Ku——电位计的电压灵敏度(V/m)，当电位计结构及电源电 压确定后， Ku和KR为常数，线性电位计输出与电刷位移 （或）转角呈线性关系。
17
线绕电位计
线绕电位计电阻元件由康铜 丝、铂铱合金及卡玛丝等电阻丝 绕制， 因而能承受较高的温度， 常被制成功率型电位计， 其额 定功率范围一般为0.25～50 W， 阻值范围为100 Ω～100 kΩ。 对于线绕电位计，
8
电位计结构：
（2）电刷通常由具有一定弹性的耐磨金属薄片或金属丝制成， 接触端处弯曲成弧形。利用电刷与电阻本身的弹性变形产生 的弹性力，使电刷与电阻元件有一定的接触压力，以使两者 在相对滑动过程中保持可靠的接触和导电。 线圈绕于骨架上，电刷可在绕线上滑动，从一匝滑到另 一匝，当滑动电刷在绕线上的位置改变时，改变了绕线的长 度，从而改变了电阻。
14
电位计优缺点：
优点：电位计结构简单；价格低廉；对环境条件要求不高；输 出信号大，易于转换（一般不需要放大就可以直接作为输 出）；性能稳定，并容易实现任意函数关系。
缺点：要求输入能量大（触点始终存在摩擦和损耗。由于有摩 擦，就要求电位计有比较大的输入功率，否则就会降低电位 计的性能）；由于电刷与电阻元件之间有摩擦，容易磨损， 产生噪声干扰，因此可靠性不太好，灵敏度较低，分辨力有 限， 精度不够高， 动态响应较差，仅适于测量变化较缓慢 的量。
18
线绕电位计的阶梯特性 ——对于线绕电位计，电阻丝是一匝一匝地绕在骨架上的， 即使电刷在电阻元件上是连续滑动的，它与导线的接触仍是 以一匝一匝为单位移动的，而不是连续实现的，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,因此电阻 是呈阶梯变化的，这样导致输出电压随着电刷的移动而出现 阶跃变化，电刷每移过一匝,输出电压便阶跃一次,当电位计 有W匝时，就会产生W个电压阶梯,。
2
第一节：参量型位移传感器
参量位移传感器的工作原理是将被测物理量转化为电参数， 即电阻、电容或电感等。
被测物理量
传感器
电参数（电阻、 电容、电感
3
第一节：参量型位移传感器
一、电阻式位移传感器
电阻：实际的金属导体的电阻与导体的尺寸及材料的导电性能有关 。
R l
S
式中ρ称为电阻率，是表示材料对电流起阻碍作用的物理量。l 是导体的 长度， S 为导体的截面积。
4
一、电阻式位移传感器
从上式可见，若导体的三个参数(电阻率、长度 L或截面积S)中的一个或数个发生变化，则电阻值 随着变化，因此可利用此原理来构成传感器。电位 计和应变片就是根据这一原理制成的。 例如， ——若改变长度L，则可制成电位计； ——改变L、S则可制成电阻应变式
5
一、电阻式位移传感器
（一）电位计