不足：输入功率较大，触点有摩擦 和损耗，影响电位器可靠性和寿命 ，降低电位器动态性能
电位器基本结构示意图
(第4章 电位器式传感器)
4.2 线绕式电位器的特性
4.2.1 灵敏度 4.2.2 阶梯特性和阶梯误差 4.2.3 分辨率
(第4章 电位器式传感器)
4.2 线绕式电位器的特性
4.2.1 灵敏度
相对偏差越大；增大膜片厚度，相对偏差减小
(第4章 电位器式传感器)
4.6 电位器式传感器的典型实例
4.6.1 电位器式压力传感器 4.6.2 电位器式加速度传感器
(第4章 电位器式传感器)
4.6.2 电位器式加速度传感器
结构原理
图示该传感器原理结构
质量块感受加速度形成惯性力
-ma，敏感结构产生位移 x；弹 簧片产生恢复力 kx 平衡惯性力
【简单算例2】
带负载的电位器
→ 负载系数越大，r/X 值越接近于 1 → 传感器负载误差普遍存在，应重视
(第4章 电位器式传感器)
4.5 电位器的结构与材料
4.5.1 电阻丝 4.5.2 电 刷 4.5.3 骨 架
(第4章 电位器式传感器)
4.5 电位器的结构与材料
4.5.1 电阻丝
电阻丝具有电阻率高、电阻温度系数 小、耐磨损、耐腐蚀、延展性好、便 于焊接；
电阻丝采用贵金属合金，可加工成直 径 0.01 mm 非常细的丝材，绕制于 0.3 ～0.4 mm 厚骨架而不折断
电位器基本结构示意图
(第4章 电位器式传感器)
4.5 电位器的结构与材料
4.5.2 电 刷
电刷采用耐磨贵金属丝，直径约 0.1～0.2 mm，弯成适当形状
电位器基本结构示意图 常见的几种电刷结构示意图
电刷材料应与电阻体匹配，提高可靠性和寿命
(第4章 电位器式传感器)
4.5 电位器的结构与材料
4.5.3 骨 架
绝缘性好，足够强度和刚度，耐热、抗湿、宜加工，便于制 成所需形状及结构，空气温度和湿度变化不致变形；
一般精度电位器，骨架采用塑料、夹布胶木等； 高精度电位器采用金属骨架；
有环形、弧形、条形、柱形、棒形 和特型等形式； 图示为阶梯形骨架和曲线形骨架
第4章 电位器式传感器
4.1 基本结构与功能 4.2 线绕式电位器的特性 4.3 非线性电位器 4.4 电位器的负载特性及负载误差 4.5 电位器的结构与材料 4.6 电位器式传感器的典型实例
第4章作业 4.1、4.2、4.4、4.5、4.8、4.9、4.11、4.12、 4.13、4.14、4.15
b
x h x S xt x
x
，
变骨架方式
变绕线节距方式
骨架实际结构
(第4章 电位器式传感器)
4.3 非线性电位器
4.3.2 实现途径
线绕式电位器绕制方式 电路连接方式
分流电阻法
特别说明：ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
给定电位法
分流电阻法：改变电路连接方式及电阻值，可实现较大斜率变化；
既可单调，也可非单调
电位给定法：依分段特性要求，做成抽头线性电位器，各抽头点
(第4章 电位器式传感器)
4.4 电位器的负载特性及负载误差
4.4.3 减小负载误差的措施
提高负载系数 限制电位器工作范围 重新设计电位器空载特性
负载误差的完全补偿方式
将电位器空载特性设计成上凸非线性曲线，加负载后负载特性 正好落在所要求直线特性上
(第4章 电位器式传感器)
4.4 电位器的负载特性及负载误差
x ma k
m — 敏感质量 k — 刚度系数
a
电位器式加速度传感器
(第4章 电位器式传感器)
4.6.2 电位器式加速度传感器
应用特点
主要用于测量变化较慢线加 速度和低频振动加速度；
优点：输出较大，无需专门 信号放大电路；
缺点：误差稍大、灵敏度低 、频带窄、功耗高、寿命短
a
电位器式加速度传感器
(第4章 电位器式传感器)
(第4章 电位器式传感器)
4.3 非线性电位器
4.3.2 实现途径
线绕式电位器绕制方式 电路连接方式
(第4章 电位器式传感器)
4.3 非线性电位器
4.3.2 实现途径
线绕式电位器绕制方式
电路连接方式
基于线绕式电位器电阻灵敏度公式 给出几种不同绕制方式
R x
x
2
4.4.2 负载误差 【简单算例1】
带负载的电位器
(第4章 电位器式传感器)
4.4 电位器的负载特性及负载误差
4.4.2 负载误差 【简单算例1】
带负载的电位器
基本结论： 定量反映了负载系数对负载误差影响情况； 最大相对负载误差发生在电刷相对行程 0.6～0.8； 负载系数越大，最大误差处越靠近电刷相对行程 2/3
线绕式电位器的特型骨架
(第4章 电位器式传感器)
4.6 电位器式传感器的典型实例
4.6.1 电位器式压力传感器 4.6.2 电位器式加速度传感器
(第4章 电位器式传感器)
4.6 电位器式传感器的典型实例
4.6.1 电位器式压力传感器 4.6.2 电位器式加速度传感器
(第4章 电位器式传感器)
4.6.1 电位器式压力传感器
(第4章 电位器式传感器)
4.4 电位器的负载特性及负载误差
4.4.3 减小负载误差的措施
提高负载系数 限制电位器工作范围 重新设计电位器空载特性
(第4章 电位器式传感器)
4.4 电位器的负载特性及负载误差
4.4.3 减小负载误差的措施
提高负载系数 → 负载系数越大，负载误差越小 限制电位器工作范围 重新设计电位器空载特性
传感器技术案例教程
第4章结束
特性方程
压力作用于周边固支波纹膜片， 相当于在膜片中心作用有等效集中 力；单个波纹膜片中心位移为
WC
Aeq pR2 πAF Eh3
,
Feq Aeq p
p
电位器式压力传感器
(第4章 电位器式传感器)
4.6.1 电位器式压力传感器
特性方程
一个膜盒有两个周边固支波纹膜片 ，图示由四个相同波纹膜片串联组
4.2.2 阶梯特性和阶梯误差
阶梯特性：电刷按匝移动，一匝一 个节距，输出有一个微小跳跃，如 阶梯状折线；
阶梯特性带来阶梯误差(原理误差)
W 匝有 W 次跳跃，线性电位器的 阶梯误差
S
R
2W
R
1 2W
100%
→ 减少阶梯误差方式就是增加总匝数
线绕式电位器阶梯特性
(第4章 电位器式传感器)
4.2 线绕式电位器的特性
电位由其他电位器设定；设计灵活、使用方便
(第4章 电位器式传感器)
4.4 电位器的负载特性及负载误差
4.4.1 负载特性 4.4.2 负载误差 4.4.3 减小负载误差的措施
(第4章 电位器式传感器)
4.4 电位器的负载特性及负载误差
4.4.1 负载特性
输出端有负载的输出特性
Uout
Rf R
Rf R Rf Rf R
r2 (r 1) Kf r r2
→ 负载系数越大，负载误差越小
相对行程 0 - 1，负载误差约为
fz r 2 (1 r) Kf
→ 负载误差最大值约发生在相对行 程 2/3，约为
fzmax 0.1481 Kf 0.2222
负载误差曲线
(第4章 电位器式传感器)
4.4 电位器的负载特性及负载误差
R
(R0
R)
Uin
Uin RRf Rf R0 RR0 R2
Y
1 r
r Kf r2
Kf
带负载的电位器
理想情况(空载)
Y r
电位器负载输出特性 →
负载特性曲线
(第4章 电位器式传感器)
4.4 电位器的负载特性及负载误差
4.4.2 负载误差
负载误差：负载特性与空载特性的相对偏差
fz
Y
Ykz
，相对偏差为
WP,1 WP,2 WP,2
4 AeqlP pR2 πAF lC Eh3
lP lC
4 Aeq R2 p πEAF h3 4R2KE
lP lC
4 Aeq R2 p πEAF h3 4R2KE
p
电位器式压力传感器
4R2KE πAF Eh3
→ 弹簧刚度越大，膜片半径越大，近似分析结果(忽略弹簧)
电位器基本结构
将机械位移(线位移、角位移)转换 为电阻值变化；
包括电阻元件和电刷(滑动触点)
电位器功能
应用场合不同，电位器用做变阻 器 (a) 或分压器 (b)
电位器基本结构示意图
用作变阻器或分压器的电位器
(第4章 电位器式传感器)
4.1 基本结构与功能
电位器特点
优点：测量范围宽、输出信号强、 结构简单、参数设计灵活、输出稳 定、可实现线性和较复杂特性、受 环境因素影响小、成本低；
负载误差曲线
(第4章 电位器式传感器)
4.4 电位器的负载特性及负载误差
4.4.3 减小负载误差的措施
提高负载系数 限制电位器工作范围 重新设计电位器空载特性
限制电位器工作范围以减少负载误差
如图(a)，以初始点 O 和最大负载误差发生处 M 点连线 3 为新 的参考，特性曲线 2 与参考特性 3 的偏差大幅减小
a
；输出位移反映加速度大小和方
向
电位器式加速度传感器
电刷与质量块刚性连接，电阻元件固定安装在传感器壳体
杯形空心质量块由弹簧片支承，内部装有与壳体连接的活 塞，产生气体阻尼效应；改变排气孔大小调节阻尼系数
(第4章 电位器式传感器)
4.6.2 电位器式加速度传感器