虽然电阻式电位器位置传感器具有许多优点:低成本,低技术,易于使用等,但作为位置传感器,它们还具有许多缺点:由于运动部件的磨损,低精度,低重复性和有限的频率响应。但是使用电位计作为位置传感器存在一个主要缺点。其擦拭器或滑块的移动范围(以及因此获得的输出信号)限于所使用的电位计的物理尺寸。例如单匝旋转电位器一般只具有0之间的固定的机械旋转ö 330和大约240至Ò最大。但是,也可提供高达3600 o(10 x 360 o)机械旋转的多回转罐。
大多数类型的电位器使用碳膜作为其电阻轨道,但这些类型是电噪声(无线电音量控制器上的裂缝),并且还具有短的机械寿命。也可以使用线绕罐,也称为变阻器,采用直线或缠绕线圈电阻线的形式,但是线绕的罐由于其擦拭器从一个线段跳到下一个线段而产生对数的分辨率问题( LOG)输出导致输出信号错误。这些也受到电噪声的影响。对于高精度低噪声应用,现在可以使用导电塑料电阻元件型聚合物薄膜或金属陶瓷型电位计。这些电位器具有平滑的低摩擦电气线性(LIN)电阻轨道,具有低噪声,长寿命和出色的分辨率,可用作多匝和单匝设备。这种高精度位置传感器的典型应用是计算机游戏操纵杆,方向盘,工业和机器人应用。
一种不受机械磨损问题影响的位置传感器是“线性可变差动变压器”或简称LVDT。这是一种感应式位置传感器,其工作原理与用于测量运动的交流变压器相同。它是用于测量线性位移的非常精确的装置,其输出与其可移动芯的位置成比例。它基本上由缠绕在中空管形成器上的三个线圈组成,一个形成初级线圈,另两个线圈形成相同的次级线圈,它们串联电连接在一起,但在初级线圈的任一侧180 °异相。可移动的软铁铁磁芯(有时称为“电枢”)连接到被测物体,在LVDT的管状体内滑动或上下移动。称为“激励信号”(2 - 20V rms,2 - 20kHz)的小AC参考电压施加到初级绕组,初级绕组又将EMF信号引入两个相邻的次级绕组(变压器原理)。
如果软铁磁芯电枢恰好位于管的中心和绕组“零位”,两个次级绕组中的两个感应电动势相互抵消,因为它们相位相差180 °,因此产生的输出电压为零。当磁芯从该零位或零位稍微移位到一侧或另一侧时,一个次级中的感应电压将变得大于另一个次级的感应电压,并且将产生输出。输出信号的极性取决于移动芯的方向和位移。软铁芯从其中心零位置移动得越大,产生的输出信号就越大。结果是差分电压输出随着磁芯位置线性变化。因此,来自这种类型的位置传感器的输出信号具有作为芯位移的线性函数的幅度和指示移动方向的极性。可以将输出信号的相位与初级线圈激励相位进行比较,从而使AD592 LVDT传感器放大器等合适的电子电路能够知道磁芯所在的线圈的一半,从而了解行进方向。
当电枢通过中心位置从一端移动到另一端时,输出电压从最大值变为零并再次返回到最大值,但在此过程中将其相位角改变180度。这使得LVDT能够产生输出AC信号,其幅度表示从中心位置的移动量,并且其相位角表示芯的移动方向。
线性可变差动变压器(LVDT)传感器的典型应用是作为压力传感器,被测量的压力推动隔膜产生力。然后,力通过传感器转换为可读电压信号。与电阻式电位器相比,线性可变差动变压器或LVDT的优点在于其线性度,即其电压输出到位移的优异,非常好的精度,良好的分辨率,高灵敏度以及无摩擦操作。它们也被密封以用于恶劣环境。