原创 典型的两种电位器传感器类型，电阻位置传感器和电容式位置传感器的差异

　在所有的位置传感器中，电位器是最常用的一种，因为它是一种经济方便的位置传感器。它有一个与机械轴相连的滑动触点，在运动过程中可以转动(角度)或滑动(直线)，使滑块与两端连接线之间的电阻值发生变化，从而产生电能。电阻线上信号输出的实际抽头位置与其电阻值成比例。换句话说，阻力与位置成正比。

　电位器位置传感器有两种类型，如下所示。

　一、电阻位置传感器

　电阻位置传感器，有时称为电位器或位置转换器，包括线性和旋转类型。它们最初是为军事应用开发的，广泛用于收音机、电视或控制面板调节旋钮。

　该电位器是无源器件，无需额外的电源和电路支持。电位器有两种工作模式:分压和可变电阻。用作可变电阻时，其阻值随滑动端的位置而变化，工作时使用固定端和滑动端。用于分压器时，是电位器最常见的用途。

简单位置传感器电路图

　通过对电阻元件进行分压来获得输出参考电压。滑动端的物理位置可以根据串联电阻的分压理论和反向输出电压得到。它包括运算放大器电路和电位器位置传感器，输出电压反映滑动端的位置。

　许多情况下，电位器用作位置传感器。它有两个固定端和一个滑动端，滑动端通过机械传动轴与外界连接。运动模型可以是线性的或旋转的。当滑动端移动时，会改变两个固定端之间的阻力。输出电压通常与滑动端的位移成正比，或者滑动端和固定端的电阻与位移成正比。

　电位器有多种尺寸和类型，最常用的有两种:旋转式和线性式。用作位置传感器时，其滑动端通常与被检测物体相连。工作时，需要在电位器的两个固定端施加一个固定的参考电压。电压从滑动端子和固定端子输出，即输出电压与滑动端子的位置有关。

　二、电容式位置传感器

　电容式位置传感器是一种非接触式位置传感器，通常由检测区、保护层和外壳三部分组成。他们可以测量目标的准确位置，但只能测量物体。如果被测物体不导电，测量其厚度或密度仍然有用。

　在测量导电物体时，输出信号与物体的材料无关，因为对于电容式位移传感器来说，所有导体都是同一个电极。这类传感器主要应用于磁盘驱动、半导体技术和高精度工业测量，但对精度和频率响应要求非常高。当用于测量非导体时，电容式位置传感器通常用于检测标签、涂层和测量纸张或薄膜的厚度。

　电容式位置传感器最初用于测量直线位移距离，范围从几毫米到几纳米，利用电导率的电学特性完成测量。物体储存电荷的能力称为电容。用于电荷存储的普通电容器装置是平板电容器。平板电容器的电容与电极面积和介电常数成正比，与电极之间的距离成反比。因此，当电极之间的距离改变时，电容也改变。总之，电容式位置传感器就是利用这个特性来完成位置检测的。

　典型的电容式位置传感器包括两个金属电极，空气作为电介质。传感器的一个电极是金属板，电容器的另一个电极由待检测的导电物体组成。当在导体板之间施加电压时，在板之间建立电场，两个板分别存储正电荷和负电荷。电容式位置传感器通常采用交流电压，使极板上的电荷有规律地改变极性，因此可以通过测量两极板间的电容来检测目标位置的变化。

　电容由极板间的距离、电介质的介电常数和极板间的距离决定。在大多数传感器中，电极板的面积和介电常数不会改变，只有距离会影响电极与目标物体之间的电容。因此，电容的变化可以显示目标位置。通过标定，传感器的输出电压信号与检测板和目标之间的距离成线性关系。这就是传感器的灵敏度。它反映了输出电压变化与位置变化的比值。单位通常为1V/微米，即输出电压每100微米变化1V。

　当向检测空间施加电压时，将在被检测物体上产生扩散电场。为了减少干扰，增加了保护层。它在检测区域的两端施加相同的电动势，以防止检测空间中的电场泄漏。其他检测区域之外的导体将与保护层形成电场，并且不会干扰目标和检测区域之间的电场。由于保护层，检测区域中的电场是圆锥形的。检测电极发射的电场的投影面积比检测面积大30%。因此，被检测物体的直径面积必须至少比传感器的检测面积大30%。

　与其他非接触式位置传感器相比，电容式电位器传感器具有分辨率高、价格低、检测范围宽等优点。然而，当检测环境非常干燥或潮湿并且传感器探头远离检测目标时，该传感器不再适用。

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