一文(wén)读懂优利威耐高温高压位移传感器

人们以经典電(diàn)磁學(xué)為(wèi)理(lǐ)论基础,把不便于定量检测和处理(lǐ)的位移、位置、液位、尺寸、流量、速度、振动等物(wù)理(lǐ)量转换為(wèi)易于定量检测、便于作信息传输与处理(lǐ)的電(diàn)學(xué)量。这就是在生产生活中被广泛应用(yòng)的位移传感器。

位移传感器

 

位移传感器又(yòu)称為(wèi)線(xiàn)性传感器，是一种属于金属感应的線(xiàn)性 器件，传感器的作用(yòng)是把各种被测物(wù)理(lǐ)量转换為(wèi)電(diàn)量。位移是和物(wù)體(tǐ)的位置在运动过程中移动有(yǒu)关的量，位移的测量方式所涉及的范围是相当广泛的。小(xiǎo)位移通常用(yòng)应变式、電(diàn)感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器来检测，大的位移常用(yòng)感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量。其中光栅传感器因具有(yǒu)易实现数字化、精度高（目前分(fēn)辨率最高的可(kě)达到纳米级）、抗干扰能(néng)力强、没有(yǒu)人為(wèi)读数误差、安装方便、使用(yòng)可(kě)靠等优点，在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用(yòng)。

 

位移传感器的分(fēn)类及原理(lǐ)

 

按工作原理(lǐ)分(fēn)：

 

電(diàn)位器式位移传感器

它通过電(diàn)位器元件将机械位移转换成与之成線(xiàn)性或任意函数关系的電(diàn)阻或電(diàn)压输出。普通直線(xiàn)電(diàn)位器和圆形電(diàn)位器都可(kě)分(fēn)别用(yòng)作直線(xiàn)位移和角位移传感器。但是，為(wèi)实现测量位移目的而设计的電(diàn)位器，要求在位移变化和電(diàn)阻变化之间有(yǒu)一个确定关系。電(diàn)位器式位移传感器的可(kě)动電(diàn)刷与被测物(wù)體(tǐ)相连。

 

物(wù)體(tǐ)的位移引起電(diàn)位器移动端的電(diàn)阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小(xiǎo)则表明了位移的方向。通常在電(diàn)位器上通以電(diàn)源電(diàn)压，以把電(diàn)阻变化转换為(wèi)電(diàn)压输出。線(xiàn)绕式電(diàn)位器由于其電(diàn)刷移动时電(diàn)阻以匝電(diàn)阻為(wèi)阶梯而变化，其输出特性亦呈阶梯形。如果这种位移传感器在伺服系统中用(yòng)作位移反馈元件，则过大的阶跃電(diàn)压会引起系统振荡。因此在電(diàn)位器的制作中应尽量减小(xiǎo)每匝的電(diàn)阻值。電(diàn)位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损。它的优点是：结构简单，输出信号大，使用(yòng)方便，价格低廉。

 

磁致伸缩位移传感器

磁致伸缩位移传感器，通过内部非接触式的测控技术精确地检测活动磁环的绝对位置来测量被检测产品的实际位移值的。

 

是利用(yòng)磁致伸缩原理(lǐ)、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。测量元件是一根波导管，波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。测量过程是由传感器的電(diàn)子室内产生電(diàn)流脉冲，该電(diàn)流脉冲在波导管内传输，从而在波导管外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导管上作為(wèi)位置变化的活动磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用(yòng)，波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输，并很(hěn)快被電(diàn)子室所检测到。

 

这个应变机械波脉冲信号在波导管内的传输时间和活动磁环与電(diàn)子室之间的距离成正比，通过测量时间，就可(kě)以高度精确地确定这个距离。由于输出信号是一个真正的绝对值,而不是比例的或放大处理(lǐ)的信号,所以不存在信号漂移或变值的情况,更无需定期重标。

 

磁致伸缩位移传感器是根据磁致伸缩原理(lǐ)制造的高精度、長(cháng)行程绝对位置测量的位移传感器。它采用(yòng)内部非接触的测量方式，由于测量用(yòng)的活动磁环和传感器自身并无直接接触，不至于被摩擦、磨损，因而其使用(yòng)寿命長(cháng)、环境适应能(néng)力强，可(kě)靠性高，安全性好，便于系统自动化工作，即使在恶劣的工业环境下(如容易受油溃、尘埃或其他(tā)的污染场合)，也能(néng)正常工作。传感器采用(yòng)了高科(kē)技材料和先进的電(diàn)子处理(lǐ)技术，因而它能(néng)应用(yòng)在高温、高压和高振荡的环境中。传感器输出信号為(wèi)绝对位移值，即使電(diàn)源中断、重接，数据也不会丢失，更无须重新(xīn)归零。由于敏感元件是非接触的，就算不断重复检测，也不会对传感器造成任何磨损，可(kě)以大大地提高检测的可(kě)靠性和使用(yòng)寿命。行程可(kě)达3米或更長(cháng)，标称精度為(wèi)0.05% F·S，行程1米以上传感器精度可(kě)达0.02% F.S，重复性可(kě)达0.002% F·S，因此它得到广泛的应用(yòng)。

 

 

按运动方式分(fēn)

 

直線(xiàn)位移传感器

直線(xiàn)位移传感器的功能(néng)在于把直線(xiàn)机械位移量转换成電(diàn)信号。為(wèi)了达到这一效果，通常将可(kě)变電(diàn)阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。传感器滑轨连接稳态直流電(diàn)压，允许流过微安培的小(xiǎo)電(diàn)流，滑片和始端之间的電(diàn)压，与滑片移动的長(cháng)度成正比。将传感器用(yòng)作分(fēn)压器可(kě)最大限度降低对滑轨总阻值精确性的要求，因為(wèi)由温度变化引起的阻值变化不会影响到测量结果。

 

角度位移传感器

角度位移传感器应用(yòng)于障碍处理(lǐ)：使用(yòng)角度传感器来控制你的轮子可(kě)以间接的发现障碍物(wù)。原理(lǐ)非常简单：如果马达角度传感器构造运转，而齿轮不转，说明你的机器已经被障碍物(wù)给挡住了。此技术使用(yòng)起来非常简单，而且非常有(yǒu)效；唯一要求就是运动的轮子不能(néng)在地板上打滑（或者说打滑次数太多(duō)），否则你将无法检测到障碍物(wù)。一个空转的齿轮连接到马达上就可(kě)以避免这个问题，这个轮子不是由马达驱动而是通过装置的运动带动它：在驱动轮旋转的过程中，如果惰轮停止了，说明你碰到障碍物(wù)了。

 

 

按检测材质分(fēn)

 

霍耳式位移传感器

它的测量原理(lǐ)是保持霍耳元件（见半导體(tǐ)磁敏元件）的激励電(diàn)流不变，并使其在一个梯度均匀的磁场中移动，则所移动的位移正比于输出的霍耳電(diàn)势。磁场梯度越大，灵敏度越高；梯度变化越均匀，霍耳電(diàn)势与位移的关系越接近于線(xiàn)性。图2中是三种产生梯度磁场的磁系统：a系统的線(xiàn)性范围窄，位移Z=0时，霍耳電(diàn)势≠0；b系统当Z<2毫米时具有(yǒu)良好的線(xiàn)性，Z=0时，霍耳電(diàn)势=0；c系统的灵敏度高，测量范围小(xiǎo)于1毫米。图中N、S分(fēn)别表示正、负磁极。霍耳式位移传感器的惯性小(xiǎo)、频响高、工作可(kě)靠、寿命長(cháng)，因此常用(yòng)于将各种非電(diàn)量转换成位移后再进行测量的场合。

 

光電(diàn)式位移传感器

它根据被测对象阻挡光通量的多(duō)少来测量对象的位移或几何尺寸。特点是属于非接触式测量，并可(kě)进行连续测量。光電(diàn)式位移传感器常用(yòng)于连续测量線(xiàn)材直径或在带材边缘位置控制系统中用(yòng)作边缘位置传感器。

 

位移传感器的选型

位移传感器的选型，要满足下列指标的要求：

 

 

1、灵敏度方面的技术指标

对于一个仪器来说，一般都是灵敏度越高越好的，因為(wèi)越灵敏，对周围环境发生的加速度的变化就越容易感受到，加速度变化大，很(hěn)自然地，输出的電(diàn)压的变化相应地也变大，这样测量就比较容易方便，而测量出来的数据也会比较精确的。

 

 

2、零点温度

环境温度的变化引起的零点平衡变化。一般以温度每变化10℃时，引起的零点平衡变化量对额定输出的百分(fēn)比来表示，即传感器不受压时的输入由温度变更引起的漂移。

 

 

3、带宽方面的技术指标

带宽指的的是传感器可(kě)以测量的有(yǒu)效的频带，比如，一个传感器有(yǒu)上百HZ带宽的就可(kě)以测量振动了，一个具有(yǒu)五十HZ带宽的传感器就可(kě)以有(yǒu)效测量倾角了。

 

 

4、输出方式的技术指标

数字输出和模拟输出两种方式。数字式传感器向仪表输入的是数字信号，如数量、重量等；模拟式传感器向仪表输入的是模拟量信号，如電(diàn)压、電(diàn)流等。

 

 

5、量程方面的技术指标

测量不一样的事物(wù)的运动所需要的量程都是不一样的，要根据实际情况来衡量。

 

 

6、极限过载

传感器能(néng)承受的不使其丧失工作能(néng)力的最大负荷。意思是当工作超过此值时，传感器将会受到永久损坏。

 

 

7、传感器增益

就是传感器的原始信号输出放大倍率。

 

常见故障及排障方法

直線(xiàn)位移传感器的工作原理(lǐ)是跟滑动变阻器一样的，它作為(wèi)分(fēn)压器使用(yòng)的，它是以相对的输出電(diàn)压来呈现出所测量位置的实际上的位置。 

　　

1、如果電(diàn)子尺已经使用(yòng)很(hěn)長(cháng)时间了，而且密封已经老化，同时夹杂着很(hěn)多(duō)杂质，而且水混合物(wù)和油会严重影响電(diàn)刷的接触電(diàn)阻的，这样会使显示的数字不停地跳动。这个时候可(kě)以说直線(xiàn)位移传感器的電(diàn)子尺已经损坏了，需要更换。

　　

2、若電(diàn)源的 容量很(hěn)小(xiǎo)，就会出现很(hěn)多(duō)情况的：熔胶的运动会使合模電(diàn)子尺的显示变换，有(yǒu)波动，或 者合模的运动会使射胶電(diàn)子尺的显示波动，造成测量结果误差很(hěn)大。如果電(diàn)磁阀的驱动電(diàn)源于電(diàn)子尺供電(diàn)電(diàn)源同时在一起的时候，更容易出现以上的情况，情况严重 时用(yòng)万用(yòng)表的電(diàn)压档甚至可(kě)以测量到電(diàn)压的有(yǒu)关波动。如果情况不是因為(wèi)高频干扰、静電(diàn)干扰或者是中性不够好的造成的，那么就有(yǒu)可(kě)能(néng)是電(diàn)源的功率太小(xiǎo)造成的。

　　

3、调频干扰和静電(diàn)干扰都有(yǒu)可(kě)能(néng)让直線(xiàn)位移传感器的電(diàn)子尺的显示数字跳动的。電(diàn)子尺的信号線(xiàn)与设备的强 電(diàn)線(xiàn)路要分(fēn)开線(xiàn)槽。電(diàn)子尺必须要强制性地使用(yòng)接地支架，而且同时让電(diàn)子尺的外壳跟地面良好地接触。信号線(xiàn)需要使用(yòng)屏蔽線(xiàn)，而且電(diàn)箱的一段应该跟屏蔽線(xiàn)接地 的。如果有(yǒu)高频干扰的时候，通常使用(yòng)万用(yòng)表的電(diàn)压测量就会显示正常，但是显示数字就是会跳动不停的；而出现静電(diàn)干扰时，出现的情况也是跟高频干扰一样的。

 

要证明看是否是静電(diàn)干扰时，可(kě)以先使用(yòng)一段電(diàn)源線(xiàn)把電(diàn)子尺的封盖螺丝跟机器上的某一些的金属短接起来就可(kě)以了，只要一短接起来，静電(diàn)干扰就会马上消除掉 的。但是如果要消除掉高频干扰就很(hěn)难用(yòng)上面的方法了，变频节電(diàn)器和机器手都经常出现高频干扰的，所以可(kě)以试一下用(yòng)停止高频节電(diàn)器或者机械手的方法来验证是 不是高频干扰的。

　　

4、如果直線(xiàn)位移传感器的電(diàn)子尺在工作的过程当中，在某一点的显示数据有(yǒu)规律地跳动，或者是没有(yǒu)显示数据的时候，出现这种情况就需要检查连接線(xiàn)绝缘是不是出现破损的现象，并且跟机器的外壳很(hěn)有(yǒu)规律地接触而导致的对地短路。

　　

5、供電(diàn)的電(diàn)压一定要稳定，工业的電(diàn)压需要符合±0.1[%]的稳定性，例如，基准電(diàn)压是10V的话， 就可(kě)以允许有(yǒu)±0.01V的波动变化，如果不是的话，就会引起显示的圈套波动这样的情况。但是如果这个时候的显示波动的幅度没有(yǒu)超过波动電(diàn)压的波动的幅度 的话，那么電(diàn)子尺就是正常的了。

　　

6、安装直線(xiàn)位移传感器的对中性需要很(hěn)好，但是平行度可(kě)以允许有(yǒu)±0.5mm的误差，角度可(kě)以允许有(yǒu)±12°的误差。但是如果平行度误差和角度误差都是偏大的话，这样会出现显示数字跳动的情况。那么出现这样的情况的时候，必须要对平行度和角度进行调整了。

　　

7、在连接的过程当中，一定要多(duō)加注意，電(diàn)子尺的三条線(xiàn)是不可(kě)以接错的，電(diàn)源線(xiàn)和输出線(xiàn)是不可(kě)以调换的。如果上面的線(xiàn)接错的话，就会出现線(xiàn)性误差很(hěn)大的情况，要控制的话是很(hěn)难的，控制的精度也会变得很(hěn)差，而显示很(hěn)容易出现跳动的现象等等。

 

位移传感器种类繁多(duō)，应用(yòng)领域不断扩大,同时有(yǒu)越来越多(duō)的创新(xīn)技术被运用(yòng)到传感器中，如基于 OEM 的 LVDT技术、超声波技术、磁致伸缩技术、光纤技术、时栅技术等，位移传感器技术已取得了突破性进展。由于技术的进步，使得各种传感器性能(néng)大幅度提高，成本大幅度降低，从而极大地扩展了应用(yòng)范围，形成了一个高速增長(cháng)的产业。