非线绕电位器式传感器详解

线绕电位器具有精度高、性能稳定、易于实现线性变化等优点，但是也有一些缺点，如分辨率低、耐磨性差、寿命较短等。因此，人们研制了一些性能优良的非线绕式电位器。

1）薄膜电位器

薄膜电位器的结构与精密线绕电位器大致相仿，由基体、电阻膜带、电刷、转轴和导电环等组成。基体通常用胶木片、陶瓷片和玻璃等绝缘材料制作，并制成环状。电阻膜带起着线绕电位器中绕组的作用，是电位器的电阻元件，它是在基体上喷涂或蒸镀具有一定形状的电阻膜带而形成的。根据在基体上喷涂材料的不同，薄膜电位器可分为合成膜电位器和金属膜电位器两类。薄膜电位器的电刷通常采用多指电刷，以减小接触电阻，提高工作的稳定性。

合成膜电位器是在绝缘基体表面喷涂一层由石墨、炭黑等材料配制的电阻液，经烘干聚合后制成电阻膜。这种电位器的优点是分辨率高、耐磨性较好、工艺简单、成本较低、线性度好，但也有接触电阻大、噪声大和抗潮性差等缺点。

金属膜电位器是在玻璃或胶木基体上，用高温蒸镀或电镀方法，涂覆一层金属膜而制成。用于制作金属膜的合金为锗铑、铂铜等。这种金属膜电位器的温度系数小，具有在高温下（150°C以上）可靠工作等优点，但仍存在耐磨性差、功率小、阻值较低（1～2 kΩ）等缺点。

2）导电塑料电位器

这种电位器由塑料粉及导电材料粉（合金、石墨、炭黑等）压制而成，又称为实心电位器。其优点是耐磨性较好、寿命较长、电刷允许的接触压力较大（几十至几百克），适用于振动、冲击等恶劣条件下工作，并且阻值范围大，能承受较大的功率；其缺点是温度影响较大、接触电阻大、精度不高。(www.xing528.com)

3）光电电位器

上述几种电位器均是接触式电位器，它们的共同缺点是耐磨性较差、寿命较短。光电电位器是一种无接触式电位器，用光束代替常用的电刷，克服了接触式电位器的缺点。

光电电位器由薄膜电阻带、光电导层和导电极等主要部分组成，其结构如图2.7所示。在氧化铝基体上沉积一层硫化镉（CdS）或硒化镉（CdSe）的光电导层，这种半导体光电导材料，在无光照情况下，暗电阻很大，相当于绝缘体；而当受一定强度的光照射时，它的明电阻很小，相当于良导体，其暗电阻与明电阻之比可达105～108。光电电位器正是利用半导体光电导材料的这种性质。在光电导层上分别沉积薄膜电阻带和金属导电极，薄膜电阻带是电位器的电阻元件，相当于精密线绕电位器的绕组，或者相当于薄膜电位器中的电阻膜带，它有两个电极引出端1、2，在其上加工作电压U0；而金属导电极相当于普通电位器的导电环，作为电位器的输出端（电极3）而输出信号电压Usc。薄膜电阻带和金属导电极之间形成一间隙，这样，当无光束照射在间隙的光电导材料上时，薄膜电阻带与金属导电极之间是绝缘的，没有电压输出，Usc＝0。当有一束经过聚焦的窄光束照射在光电导层的间隙上时，该处的明电阻就变得很小，相当于把薄膜电阻带和金属导电极接通，类似于电刷头与电阻元件相接触的情况，这时，金属导电极输出与光束位置对应的薄膜电阻带电压，负载电阻RL上便有电压输出。如果光束位置移动，就相当于电刷位置移动，输出电压Usc也相应变化。

图2.7　光电电位器原理图

光电电位器的优点很多，由于它完全无摩擦，不存在磨损问题，故其精度、寿命、分辨率和可靠性都很高，且阻值范围宽（500 Ω～15 MΩ），这些是一般电位器所不及的。但光电电位器的工作温度范围比较窄（＜150°C），输出电流小，输出阻抗较高。另外，光电电位器需要照明光源和光学系统，其结构较复杂，体积和重量较大，但随着集成光路器件的发展，可以将有源和无源的光学器件（分路器、调制器、耦合器、偏振器、干涉仪、光源、光检测器等）集成在一个光路芯片上，制成集成光路芯片，使光学系统的体积和重量大大减小，这就是集成光电子技术，这样光电电位器结构复杂的缺点就得以克服。