位移傳感器

位移傳感器的寫法

位移傳感器介紹

位移傳感器又稱為線性傳感器，是一種屬于金屬感應的線性器件，傳感器的作用是把各種被測物理量轉(zhuǎn)換為電量。在生產(chǎn)過程中，位移的測量一般分為測量實物尺寸和機械位移兩種。按被測變量變換的形式不同，位移傳感器可分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式又可分為物性型和結(jié)構(gòu)型兩種。常用位移傳感器以模擬式結(jié)構(gòu)型居多，包括電位器式位移傳感器、電感式位移傳感器、自整角機、電容式位移傳感器、電渦流式位移傳感器、霍爾式位移傳感器等。數(shù)字式位移傳感器的一個重要優(yōu)點是便于將信號直接送入計算機系統(tǒng)。這種傳感器發(fā)展迅速，應用日益廣泛。

參數(shù)

標稱阻值：電位器上面所標示的阻值。重復精度：此參數(shù)越小越好。分辨率：位移傳感器所能反饋的最小位移數(shù)值.此參數(shù)越小越好.導電塑料位移傳感器分辨率為無窮小。允許誤差：標稱阻值與實際阻值的差值跟標稱阻值之比的百分數(shù)稱阻值偏差，它表示電位器的精度。允許誤差一般只要在±20%以內(nèi)就符合要求，因為一般位移傳感器是以分壓的方式來使用，具體電阻的大小對傳感器的數(shù)據(jù)采集沒有影響。線性精度：直線性誤差.此參數(shù)越小越好。壽命：導電塑料位移傳感器都在200萬次以上。

原理

電位器式位移傳感器，它通過電位器元件將機械位移轉(zhuǎn)換成與之成線性或任意函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出。普通直線電位器和圓形電位器都可分別用作直線位移和角位移傳感器。但是，為實現(xiàn)測量位移目的而設計的電位器，要求在位移變化和電阻變化之間有一個確定關(guān)系。電位器式位移傳感器的可動電刷與被測物體相連。物體的位移引起電位器移動端的電阻變化。阻值的變化量反映了位移的量值，阻值的增加還是減小則表明了位移的方向。通常在電位器上通以電源電壓，以把電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓輸出。線繞式電位器由于其電刷移動時電阻以匝電阻為階梯而變化，其輸出特性亦呈階梯形。如果這種位移傳感器在伺服系統(tǒng)中用作位移反饋元件，則過大的階躍電壓會引起系統(tǒng)振蕩。因此在電位器的制作中應盡量減小每匝的電阻值。電位器式傳感器的另一個主要缺點是易磨損。它的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，輸出信號大，使用方便，價格低廉。磁致伸縮位移傳感器通過非接觸式的測控技術(shù)精確地檢測活動磁環(huán)的位置來測量被檢測產(chǎn)品的實際位移值的；該傳感器的高精度和高可靠性已被廣泛應用于成千上萬的實際案例中。由于作為確定位置的活動磁環(huán)和敏感元件并無直接接觸，因此傳感器可應用在極惡劣的工業(yè)環(huán)境中，不易受油漬、溶液、塵?；蚱渌廴镜挠绊?，IP防護等級在IP67以上。此外，傳感器采用了高科技材料和先進的電子處理技術(shù)，因而它能應用在高溫、高壓和高振蕩的環(huán)境中。傳感器輸出信號為位移值，即使電源中斷、重接，數(shù)據(jù)也不會丟失，更無須重新歸零。由于敏感元件是非接觸的，就算不斷重復檢測，也不會對傳感器造成任何磨損，可以大大地提高檢測的可靠性和使用壽命。磁致伸縮位移傳感器，是利用磁致伸縮原理、通過兩個不同磁場相交產(chǎn)生一個應變脈沖信號來準確地測量位置的。測量元件是一根波導管，波導管內(nèi)的敏感元件由特殊的磁致伸縮材料制成的。測量過程是由傳感器的電子室內(nèi)產(chǎn)生電流脈沖，該電流脈沖在波導管內(nèi)傳輸，從而在波導管外產(chǎn)生一個圓周磁場，當該磁場和套在波導管上作為位置變化的活動磁環(huán)產(chǎn)生的磁場相交時，由于磁致伸縮的作用，波導管內(nèi)會產(chǎn)生一個應變機械波脈沖信號，這個應變機械波脈沖信號以固定的聲音速度傳輸，并很快被電子室所檢測到。由于這個應變機械波脈沖信號在波導管內(nèi)的傳輸時間和活動磁環(huán)與電子室之間的距離成正比，通過測量時間，就可以高度精確地確定這個距離。由于輸出信號是一個真正的值,而不是比例的或放大處理的信號,所以不存在信號漂移或變值的情況,更無需定期重標。磁致伸縮位移傳感器是根據(jù)磁致伸縮原理制造的高精度、長行程位置測量的位移傳感器。它采用非接觸的測量方式，由于測量用的活動磁環(huán)和傳感器自身并無直接接觸，不至于被摩擦、磨損，因而其使用壽命長、環(huán)境適應能力強，可靠性高，安全性好，便于系統(tǒng)自動化工作，即使在惡劣的工業(yè)環(huán)境下，也能正常工作。此外，它還能承受高溫、高壓和強振動，現(xiàn)已被廣泛應用于機械位移的測量、控制中。

分類

根據(jù)運動方式直線位移傳感器：直線位移傳感器的功能在于把直線機械位移量轉(zhuǎn)換成電信號。為了達到這一效果，通常將可變電阻滑軌定置在傳感器的固定部位，通過滑片在滑軌上的位移來測量不同的阻值。傳感器滑軌連接穩(wěn)態(tài)直流電壓，允許流過微安培的小電流，滑片和始端之間的電壓，與滑片移動的長度成正比。將傳感器用作分壓器可限度降低對滑軌總阻值精確性的要求，因為由溫度變化引起的阻值變化不會影響到測量結(jié)果。角度位移傳感器：角度位移傳感器應用于障礙處理：使用角度傳感器來控制你的輪子可以間接的發(fā)現(xiàn)障礙物。原理非常簡單：如果馬達角度傳感器構(gòu)造運轉(zhuǎn)，而齒輪不轉(zhuǎn)，說明你的機器已經(jīng)被障礙物給擋住了。此技術(shù)使用起來非常簡單，而且非常有效；要求就是運動的輪子不能在地板上打滑（或者說打滑次數(shù)太多），否則你將無法檢測到障礙物。一個空轉(zhuǎn)的齒輪連接到馬達上就可以避免這個問題，這個輪子不是由馬達驅(qū)動而是通過裝置的運動帶動它：在驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)的過程中，如果惰輪停止了，說明你碰到障礙物了。根據(jù)材質(zhì)霍耳式位移傳感器：它的測量原理是保持霍耳元件（見半導體磁敏元件）的激勵電流不變，并使其在一個梯度均勻的磁場中移動，則所移動的位移正比于輸出的霍耳電勢。磁場梯度越大，靈敏度越高；梯度變化越均勻，霍耳電勢與位移的關(guān)系越接近于線性。圖2中是三種產(chǎn)生梯度磁場的磁系統(tǒng)：a系統(tǒng)的線性范圍窄，位移Z=0時，霍耳電勢≠0；b系統(tǒng)當Z<2毫米時具有良好的線性，Z=0時，霍耳電勢=0；c系統(tǒng)的靈敏度高，測量范圍小于1毫米。圖中N、S分別表示正、負磁極?；舳轿灰苽鞲衅鞯膽T性小、頻響高、工作可靠、壽命長，因此常用于將各種非電量轉(zhuǎn)換成位移后再進行測量的場合。光電式位移傳感器：它根據(jù)被測對象阻擋光通量的多少來測量對象的位移或幾何尺寸。特點是屬于非接觸式測量，并可進行連續(xù)測量。光電式位移傳感器常用于連續(xù)測量線材直徑或在帶材邊緣位置控制系統(tǒng)中用作邊緣位置傳感器。

故障

直線的工作原理是跟滑動變阻器一樣的，它作為分壓器使用的，它是以相對的輸出電壓來呈現(xiàn)出所測量位置的實際上的位置。對這個裝置的工作有下面幾點要求：1、如果電子尺已經(jīng)使用很長時間了，而且密封已經(jīng)老化，同時夾雜著很多雜質(zhì)，而且水混合物和油會嚴重影響電刷的接觸電阻的，這樣會使顯示的數(shù)字不停地跳動。這個時候可以說直線位移傳感器的電子尺已經(jīng)損壞了，需要更換。2、若電源的容量很小，就會出現(xiàn)很多情況的，所以，供電電源需要有充分的容量。那么，容量不足，就會造成如下的情況：熔膠的運動會使合模電子尺的顯示變換，有波動，或者合模的運動會使射膠電子尺的顯示波動，造成測量結(jié)果誤差很大。如果電磁閥的驅(qū)動電源于直線位移傳感器供電電源同時在一起的時候，更容易出現(xiàn)以上的情況，情況嚴重時用萬用表的電壓檔甚至可以測量到電壓的有關(guān)波動。如果情況不是因為高頻干擾、靜電干擾或者是中性不夠好的造成的，那么就有可能是電源的功率太小造成的。3、調(diào)頻干擾和靜電干擾都有可能讓直線位移傳感器的電子尺的顯示數(shù)字跳動的。電子尺的信號線與設備的強電線路要分開線槽。電子尺必須要強制性地使用接地支架，而且同時讓電子尺的外殼跟地面良好地接觸。信號線需要使用屏蔽線，而且電箱的一段應該跟屏蔽線接地的。如果有高頻干擾的時候，通常使用萬用表的電壓測量就會顯示正常，但是顯示數(shù)字就是會跳動不停的；而出現(xiàn)靜電干擾時，出現(xiàn)的情況也是跟高頻干擾一樣的。要證明看是否是靜電干擾時，可以先使用一段電源線把電子尺的封蓋螺絲跟機器上的某一些的金屬短接起來就可以了，只要一短接起來，靜電干擾就會馬上消除掉的。但是如果要消除掉高頻干擾就很難用上面的方法了，變頻節(jié)電器和機器手都經(jīng)常出現(xiàn)高頻干擾的，所以可以試一下用停止高頻節(jié)電器或者機械手的方法來驗證是不是高頻干擾的。4、如果直線位移傳感器的電子尺在工作的過程當中，在某一點的顯示數(shù)據(jù)有規(guī)律地跳動，或者是沒有顯示數(shù)據(jù)的時候，出現(xiàn)這種情況就需要檢查連接線絕緣是不是出現(xiàn)破損的現(xiàn)象，并且跟機器的外殼很有規(guī)律地接觸而導致的對地短路。5、供電的電壓一定要穩(wěn)定，工業(yè)的電壓需要符合±0.1[%]的穩(wěn)定性，例如，基準電壓是10V的話，就可以允許有±0.01V的波動變化，如果不是的話，就會引起顯示的圈套波動這樣的情況。但是如果這個時候的顯示波動的幅度沒有超過波動電壓的波動的幅度的話，那么電子尺就是正常的了。6、安裝直線位移傳感器的對中性需要很好，但是平行度可以允許有±0.5mm的誤差，角度可以允許有±12°的誤差。但是如果平行度誤差和角度誤差都是偏大的話，這樣會出現(xiàn)顯示數(shù)字跳動的情況。那么出現(xiàn)這樣的情況的時候，必須要對平行度和角度進行調(diào)整了。7、在連接的過程當中，一定要多加注意，電子尺的三條線是不可以接錯的，電源線和輸出線是不可以調(diào)換的。如果上面的線接錯的話，就會出現(xiàn)線性誤差很大的情況，要控制的話是很難的，控制的精度也會變得很差，而顯示很容易出現(xiàn)跳動的現(xiàn)象等等。

應用

水力發(fā)電是一個復雜的過程。為了產(chǎn)生穩(wěn)定的電流，水輪機必須依賴穩(wěn)定的水流速率。在我們的應用中，水流速率大約為1200升/秒。本文所講述的是直線位移傳感器在控制水流速率中所起的重要作用。

裝有直線位移傳感器的水輪機選擇環(huán)境優(yōu)美并具有水位落差和可持續(xù)噴涌的水源，其水能能夠確保水力的可持續(xù)發(fā)展。西多會修道院“Marienstatt”在11世紀開始利用水能，這是一個很好的例子。在修道院，最初只是利用水能驅(qū)動水磨磨谷物的。從公元1917年開始，修道院利用水流推動直流發(fā)電機為修道院供電，功率只有9KW，主要是以照明為目的的。

在五十年代，發(fā)電系統(tǒng)被帶有三相發(fā)電機的水輪機所代替，的輸出功率為68KW。但控制水流進給速率成為了問題，因為水源是由被稱為“Nister”的小河，水流速率波動很大（125～1200升/秒），水流通過水輪機時也是沒有被控制的，所以可獲得的平均能量不超過45KW?？偨Y(jié)的十年，累計發(fā)電總量為1.5千萬多千瓦時。

可是，大規(guī)模的現(xiàn)代化發(fā)展，對更大功率的電能輸出的穩(wěn)定性的要求成為必然。在Westerwald位于Mudenbach的W?RTHWasserkraftanlagenGmbH公司接受的這個任務，設計出了水輪機流量計。此流量計由兩個不同尺寸大小的壓水腔組成（比例為2：1），以確保恒定水流沖入水輪機，從而得到穩(wěn)定的電流輸出。結(jié)果，公益用電不再缺乏，并且一些電能還能反饋給公眾事業(yè)。

較小的壓水腔控制低流速，較大的壓水腔控制中等水流速率，它們一起將水流控制在滿流速1200升/秒。一個被稱為導流葉片的裝置調(diào)節(jié)每個壓水腔的供水量，導流葉片控制水流以確保水流平穩(wěn)地流入流量計。

利用電子元件使兩個壓水腔協(xié)調(diào)工作，調(diào)節(jié)導流葉片的位置從而達到系統(tǒng)配合的效果，使得水流恒定防止紊亂。

圖爾克直線位移傳感器具有高精度的特點，能提供µm級的精度。它以模擬量（4～20mA）的輸出方式，能夠檢測到液壓缸的行程以啟動控制閥，達到精確地控制導流葉片的目的。

帶有運動磁塊的直線位移傳感器

精確性和穩(wěn)定性

通過對水道水位地測量，導流葉片被精確地控制，以保證水位恒定。在自動運行模式中，步，較小的壓水室被打開，發(fā)電機被推動運行，隨后達到額定地轉(zhuǎn)速。當壓水室1全部被打開后，如果水位上漲時，第二個較大的壓水室將打開40[%]，與此同時較小的壓水室完全關(guān)閉（大壓水室的40[%]與100[%]的小壓水室流量相當）。如果大壓水室100[%]的打開水位還在上漲，那么小壓水室將逐漸被打開直到水流速率1200升/秒為限。當水位下降時，兩個壓水室將被關(guān)閉。因此的發(fā)電功率可達85KW，功率相應的提高了25[%]，這年發(fā)電量就很可觀了。