电阻式传感器是一种重要的电气检测技术,它们能够将物理量如位移、压力、加速度和流量等非电量转化为电阻值变化的电量。主要的电阻式传感器类型包括线性电位器传感器、非线性电位器传感器、电阻应变传感器、压阻传感器和金属电阻传感器。
线性电位器传感器的工作原理是将线性位移或角位移转换为与输出电阻或电压成一定函数关系的信号。其基本结构包含金属电阻丝、骨架和电刷。当电刷移动时,输出的电阻或电压会相应改变。线性电位器在制作时,其单位长度的电阻值保持恒定,但在空载和带负载的情况下,输入输出特性会有明显差异。
空载时,理想线性电位器的输入输出特性曲线呈严格的线性关系。电压灵敏度定义为单位位移引起的输出电压变化,电阻灵敏度则与导线的电阻率、截面积、节距以及骨架尺寸和工作电流相关。电压视在分辨率描述了电刷移动一格时输出电压的最小可感知变化,而阶梯误差则表示理想阶梯特性曲线与理论直线的最大偏差。
当接入负载后,线性电位器的输出电压会受到负载的影响,产生非线性误差。通过计算电刷相对行程和电阻的相对变化,可以确定负载特性下的非线性误差。
线性电位器传感器广泛应用于各种物理量的测量,如温度、物位、振动、位移和速度等。在实际应用中,它们通常被集成到电桥电路中,配合放大器和A/D转换器,如图所示,实现高精度的数字位移测量。调试过程包括设置桥臂电阻、调零和定标,以确保传感器准确反映测量值。
非线性电位器传感器则具有非线性的输出电压与电刷行程的关系,常用于满足特定控制系统的需要,如指数、对数或三角函数关系。这种传感器的实现方式包括变骨架式、变节距式、分路电阻式和电位给定式。
电阻应变传感器利用电阻应变片的电阻变化来检测机械变形,例如力、压力或加速度。这些传感器通常精度高,测量范围广泛,且适用于多种非电参数的测量。
电阻式传感器是电气检测中的关键技术,它们通过不同的工作原理和设计,能够适应各种物理量的测量需求,广泛应用于工业、科研和日常设备中。