直线位移型电位器式传感器

一句话看懂

直线位移型电位器式传感器利用触点沿电阻体直线滑移改变有效电阻长度，将直线位移转换为与位移成比例的电阻或电压变化。

定义与结构

直线位移型电位器式传感器是一种变阻式传感器，其电阻体通常由电阻丝绕制在圆柱体上构成，并带有可沿电阻体直线滑动的触点（滑片）。电阻体两端引出端子 A 和 B，滑动触点引出端子 C。

工作原理

根据电阻公式

R = ρ \frac{l}{A}

其中 $ρ$ 为电阻率， $l$ 为电阻体接入电路的有效长度， $A$ 为电阻体截面积。当触点沿电阻体直线移动时，接入电路的电阻长度 $l$ 发生改变，从而改变输出电阻值。若将电阻体两端接入激励电压，则输出电压与触点位置（即直线位移）成比例。

输入输出关系

设电阻体总长度为 $L$ ，总电阻为 $R_{0}$ ，触点位移为 $x$ （ $0 \leq x \leq L$ ），则接入电阻 $R_{x}$ 为

R_{x} = \frac{x}{L} R_{0}

若在电阻体两端施加恒定电压 $U$ ，则输出电压 $U_{o}$ 为

U_{o} = \frac{x}{L} U

即输出电压与直线位移 $x$ 成正比。

符号与单位

$R$ ：电阻，单位欧姆（ $Ω$ ）
$ρ$ ：电阻率，单位欧姆·米（ $Ω \cdot m$ ）
$l$ ：有效电阻长度，单位米（ $m$ ）
$A$ ：电阻体截面积，单位平方米（ $m^{2}$ ）
$x$ ：直线位移，单位米（ $m$ ）
$U$ ：激励电压，单位伏特（ $V$ ）
$U_{o}$ ：输出电压，单位伏特（ $V$ ）

条件

上述比例关系成立需满足：电阻体均匀（ $ρ$ 和 $A$ 恒定），激励电压稳定，负载效应可忽略（输出端开路或负载阻抗远大于传感器电阻）。

扩展进一步了解

为什么读数电路会影响输出

下段电阻αR0与负载RL并联，上段为(1−α)R0，电压关系变成
$R_{p} = \frac{α R_{0} R_{L}}{α R_{0} + R_{L}}$
$U_{o} = U_{s} \frac{R_{p}}{(1 - α) R_{0} + R_{p}}$
这是基于理想电路的教学推导。有限RL会把中间位置输出拉低，不能继续无条件用开路比例；RL远大于R0时才接近开路模型。

测试

基础测试

基础测试统一使用选择题，先确认概念、定义和关键判断是否扎实。

选择题

直线位移型电位器式传感器中，当触点沿电阻体直线移动时，接入电路的电阻变化主要取决于什么？

选择题

一直线位移型电位器，总长 L = 50 mm，总电阻 R0 = 2 kΩ，激励电压 U = 5 V。当触点位移 x = 20 mm 时，输出电压 Uo 为多少？

知识关联

前置知识

电阻几何模型桥式测量电路

当前知识直线位移型电位器式传感器

后续知识

零阶传感器

基本信息

引用本卡（0）

暂无引用。

资料来源 (2)

电阻传感器课件 · 第7页传感器与检测技术第4版 · line 1537