线性电位器在旋转极限位置存在死区。此外，带负载时，它们的表现不像简单的分压器。若不进行校正，刻度盘标记将与 PLC 或微控制器测得的电压显著偏离。例如，图 1 中的电位器由 10 VDC 电源驱动并设定在中点位置。刻度盘显示为 5，但实测输出电压为 4.1 VDC。我们将看到，这并非简单的偏移，而是一种与位置相关的非线性输出。
本工程简报介绍如何构建查找表（一次性校准），以便随后在微控制器或 PLC 中使用。这是三篇文章中的第二篇：
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第1部分通过一个 10 kΩ 电位器驱动输入阻抗为 11.7 kΩ 的 PLC 来解释非线性现象。其分析视角聚焦于戴维南等效电压和电阻，这两者会随电位器位置变化而改变。
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第3部分描述电位器在 PLC 系统中的系统级安装，重点强调使用专用的 10 VDC 电源。它还阐述了采用比率测量技术以抑制电源波动影响的优势。
本文是 DigiKey 工业自动化现场指南的一部分
位置 ：理解它 → 应用理论
难度 ：
学生 — 难度等级说明
最后更新 ：2026 年 3 月 9 日
图 1 ： 安装在 Phase Dock 训练器上的 Crouzet PLC 图像。开关板上可见 22 mm Schneider电位器。
电位器非线性曲线图
本系列的第1部分假设电阻随旋转位置呈线性变化。虽然对于所选的施耐德电气 XB4BD912R10K 电位器而言这一点成立，但该假设并不完整。要理解这一点，我们必须深入探究并认识到，该施耐德部件内部集成了Vishay P11S 系列电位器。
图 2 中的绿线突出了Vishay数据手册中所述的线性 taper 电位器的实际响应特性。这揭示了一个常见的误解以及线性电位器的局限性。线性电位器仅在 300 度旋转范围中的 270 度内呈现线性。
图 2 ：绿线表示线性电位器的实际响应，红线则显示了我们错误的全量程假设。
一个典型的错误是假设电阻在整个 300 度行程范围内呈线性变化，如图 2 中红线所示。与真实的绿线相比，这是一个显著的误差。我们看到，两条线在电位器的中点处相交（误差为零）。当我们接近两端时，误差会变得越来越大。
需要明确的是，线性电位器并非真正线性。它存在以下问题：
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两端各存在 15 度的死区
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与新手预期（红色）和实际电阻（绿色）的偏差。
有经验（曾吃过亏）的工程师知道要舍弃最后约 15°。新手会尝试在整个 300°范围内进行线性化，但由于斜率选择不当，会导致整体出现误差。这些新事实加剧了第 1 部分中描述的戴维南误差。
使用电子表格构建查找表
如第 1 部分所述，我们可以利用戴维南等效电路计算来确定电位器的输出电压，并考虑 PLC 的负载效应。在此基础上，我们加入来自图 2 的死区校正。我们识别电位器的死区边界，并相应地调整映射关系，将 0% 至 100% 的范围改为 5% 至 95% 的旋转范围。示例已包含在如图 3 所示的电子表格中。
在此下载：
Table.xlsx（39.8 KB）
图 3 ：用于构建查找表的电子表格部分。
技术提示 ：该电子表格是为 Crouzet PLC 的整数运算编写的。实际的 0 至 10 VDC 输入被映射为 1 至 1000 的表示值。这种十的幂次缩放技术使我们能够在不使用浮点数的情况下保留一定的分辨率。
如何使用查找表？
该电子表格的构建目的是预测给定电位器位置下测得的 PLC 值。例如，将 10 kΩ电位器设置在其 50% 位置时，产生的物理电压为 4.12 VDC，然后在 Crouzet PLC 内部被放大为 412。
要使用查找表，我们需要反转此过程。在此示例中，值 412 被映射为 500。结果是，PLC 能够正确地将 5% 至 95% 的物理旋转范围映射为 1 至 1000 的缩放值。请注意，此缩放因子用于消除对浮点数的依赖。输入和输出表格列位于图 3 的右侧。
图 4 ：代表性的 Crouzet PLC 程序（带有文本连接的功能块）。输入值被缩放到 0 到 1000 的范围，然后使用左下角所示的 Y = F(X) 块进行线性化。
技术提示 ：如图 4（左下）所示的 Crouzet Y = F(X) 传递函数块等查找表不需要全部 1000 个值。相反，它们会使用表中最接近的两个值执行线性插值。在此示例中，对于整个 0 到 1000 的缩放范围，100 行就足够了。
实证验证
在 PLC 编程完成后，我们可以通过设置电位器并随后验证 PLC 来确认查找表的有效性。系统响应显示，旋钮设置在 1 到 9 之间时匹配良好。原来的 4.1 中点设置现在产生 500。最低和最高旋钮设置处的误差是电位器结构造成的自然结果。
技术提示 ：关于零点的误差可能对您的应用来说是不可取的。虽然这不是理想的解决方案，但我们可以将电位器物理移动到超出刻度的 1 到 9 位置。然后 PLC 可以“减去 1"，将新的零点置于原先的旋钮 1 位置。这一实用解决方案假设我们不需要达到旋钮位置 10。
查找表的替代方案
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方程 ：查找表和方程都是用于线性化系统的有效方法。查找表在精度方面可能略有优势。从维护角度来看，它也可能略有优势，因为人们可能认为它是更简单的解决方案。无论如何，设计者都必须理解数据并记录设计过程。
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缓冲放大器 ：可以添加缓冲放大器，以将电位器与 PLC 的 11.7 kΩ 输入阻抗隔离开来。然而，这会增加成本和复杂性。正如本文所述，查找表是用于 PLC 的一种自然且便捷的方法。
结语
线性电位器对于工业控制系统来说似乎是一个非常简单的应用。现在我们已深入两篇文章，可以看出其中存在很大的误导性。敬请期待，我们将探讨如何在 24 VDC 系统中适配 PLC 的 10 VDC 输入。
期待继续交流。请在下方空间留下您的评论和建议。
请务必阅读第3部分，了解如何连接和为电位器供电。
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