特点及应用范围

常见的绕线电位器式电阻传感器有直线位移型、角位移型等，如图2－2所示。由图2－2可知，绕线电位器式电阻传感器由骨架、绕在骨架上的电阻丝及在电阻丝上移动的滑动触点 （电刷）组成，调节滑动触点位置可将被测位移等变换为电阻变化。

图2－2 绕线电位器式电阻传感器

（a）直线位移型；（b）角位移型；（c）非线性型

图2－2（b）所示为角位移型绕线电位器式电阻传感器，其电阻阻值随转角变化。其灵敏度为

K（2.2）

式中 α——转角，rad；

K——传感器的灵敏度，即单位弧度对应的电阻值，当导线分布均匀时，K为常数。

图2－2（c）所示为一种非线性绕线电位器式传感器。当被测量与变阻器触点位移形成某种函数关系，若要获得与被测量呈线性关系的输出，则要应用这种非线性的绕线电位器式传感器。这种传感器的骨架形状需根据所要求的输出函数确定。例如被测量为f（x）＝Kx2，为了使输出电阻R（x）与f（x）为线性的关系，则变阻器骨架应采用直角三角形。如f（x）＝Kx3，则应采用抛物线形的骨架。

绕线电位器式传感器结构简单，性能稳定，使用方便。因受电阻丝直径的限制，分辨力很难优于20μm。触点和电阻丝接触表面磨损、尘埃附着等将使触点移动中的接触电阻发生不规则的变化，产生噪声。因此，人们研制了一些其他形式的电位器，如膜式电位器 （碳膜和金属膜）、导电塑料电位器，但它们和绕线电位器一样，都是接触式电位器，其共同的缺点是不耐磨、寿命较短。光电电位器是一种非接触式电位器，克服了上述几种普通电位器的共同缺点。它的工作原理是利用可移动的窄光束照射在其内部的光电导层和导电电极之间的间隙上时，使光电导层下面沉积的电阻带和导电电极接通，于是随着光束位置不同而改变电阻值。它分辨力高，可靠性好，阻值范围宽 （500Ω～15MΩ），但结构复杂，输出电流小，输出阻抗较高。

绕线电位器式电阻传感器在多数情况下均采用直流电源，但有时因测量电路的需要也采用交流电源，此时需要考虑由于集肤效应而使绕线的交流电阻大于直流电阻的变化。当频率较高时，还要考虑绕线的自感L和绕线分布电容C的影响。

普通绕线电位器式电阻传感器结构简单，价格便宜，输出功率大，一般情况下可直接接指示仪表，简化了测量电路。但由于分辨力有限，所以一般精度不高。另外动态响应差，不适宜测量快速变化量。通常可用于测量压力、位移、加速度等。

知识拓展1

电位器的结构与材料

由于测量领域的不同，电位器结构及材料选择有所不同。但是其基本结构是相近的。电位器通常都是由骨架、电阻元件及活动电刷组成。常用的线绕式电位器的电阻元件由金属电阻丝绕成。

1.电阻丝

要求电阻系数高、电阻温度系数小，强度高和延展性好，对铜的热电势小，耐磨耐腐蚀，焊接性好等。常用的材料有康铜丝、铂铱合金及卡玛丝等。

2.电刷

活动电刷由电刷触头、电刷臂、导向和轴承装置等构成。其质量好坏将影响噪声电平及工作可靠性。

电刷触头材料常用银、铂铱、铂铑等金属，电刷臂用磷青铜等弹性较好的材料。电刷上通常要保持一定的接触压力，为50～100m N。过大的接触压力会使仪器产生误差，并且加速磨损。压力过小则可能产生接触不可靠，电刷的结构如图2－3所示。

图2－3 电刷的结构

1—电刷；2—电阻元件

电刷材料与电路导线材料要配合选择，以提高电位器工作可靠性，减少噪声并延长工作寿命。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。

3.骨架

对骨架材料的要求是与电阻丝材料具有相同的膨胀系数，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。对于精密电位器，广泛采用经绝缘处理的金属骨架，其导热性好，可提高电位器允许电流，而且强度大，加工尺寸精度高。

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。