位移傳感器

位移傳感器的寫(xiě)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(yīng)的線性器件，傳感器的作用是把各種被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電量。在生產(chǎn)過(guò)程中，位移的測(cè)量一般分為測(cè)量實(shí)物尺寸和機(jī)械位移兩種。按被測(cè)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(jī)、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(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是便于將信號(hào)直接送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這種傳感器發(fā)展迅速，應(yīng)用日益廣泛。

參數(shù)

標(biāo)稱阻值：電位器上面所標(biāo)示的阻值。重復(fù)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(dǎo)電塑料位移傳感器分辨率為無(wú)窮小。允許誤差：標(biāo)稱阻值與實(shí)際阻值的差值跟標(biāo)稱阻值之比的百分?jǐn)?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?yàn)橐话阄灰苽鞲衅魇且苑謮旱姆绞絹?lái)使用，具體電阻的大小對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)采集沒(méi)有影響。線性精度：直線性誤差.此參數(shù)越小越好。壽命：導(dǎo)電塑料位移傳感器都在200萬(wàn)次以上。

原理

電位器式位移傳感器，它通過(guò)電位器元件將機(jī)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(shí)現(xiàn)測(cè)量位移目的而設(shè)計(jì)的電位器，要求在位移變化和電阻變化之間有一個(gè)確定關(guān)系。電位器式位移傳感器的可動(dòng)電刷與被測(cè)物體相連。物體的位移引起電位器移動(dòng)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(dòng)時(shí)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(guò)大的階躍電壓會(huì)引起系統(tǒng)振蕩。因此在電位器的制作中應(yīng)盡量減小每匝的電阻值。電位器式傳感器的另一個(gè)主要缺點(diǎn)是易磨損。它的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出信號(hào)大，使用方便，價(jià)格低廉。磁致伸縮位移傳感器通過(guò)非接觸式的測(cè)控技術(shù)精確地檢測(cè)活動(dòng)磁環(huán)的位置來(lái)測(cè)量被檢測(cè)產(chǎn)品的實(shí)際位移值的；該傳感器的高精度和高可靠性已被廣泛應(yīng)用于成千上萬(wàn)的實(shí)際案例中。由于作為確定位置的活動(dòng)磁環(huán)和敏感元件并無(wú)直接接觸，因此傳感器可應(yīng)用在極惡劣的工業(yè)環(huán)境中，不易受油漬、溶液、塵?；蚱渌廴镜挠绊懀琁P防護(hù)等級(jí)在IP67以上。此外，傳感器采用了高科技材料和先進(jìn)的電子處理技術(shù)，因而它能應(yīng)用在高溫、高壓和高振蕩的環(huán)境中。傳感器輸出信號(hào)為位移值，即使電源中斷、重接，數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失，更無(wú)須重新歸零。由于敏感元件是非接觸的，就算不斷重復(fù)檢測(cè)，也不會(huì)對(duì)傳感器造成任何磨損，可以大大地提高檢測(cè)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(guò)兩個(gè)不同磁場(chǎng)相交產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖信號(hào)來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)量位置的。測(cè)量元件是一根波導(dǎo)管，波導(dǎo)管內(nèi)的敏感元件由特殊的磁致伸縮材料制成的。測(cè)量過(guò)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(dǎo)管內(nèi)傳輸，從而在波導(dǎo)管外產(chǎn)生一個(gè)圓周磁場(chǎng)，當(dāng)該磁場(chǎng)和套在波導(dǎo)管上作為位置變化的活動(dòng)磁環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)相交時(shí)，由于磁致伸縮的作用，波導(dǎo)管內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號(hào)，這個(gè)應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號(hào)以固定的聲音速度傳輸，并很快被電子室所檢測(cè)到。由于這個(gè)應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號(hào)在波導(dǎo)管內(nèi)的傳輸時(shí)間和活動(dòng)磁環(huán)與電子室之間的距離成正比，通過(guò)測(cè)量時(shí)間，就可以高度精確地確定這個(gè)距離。由于輸出信號(hào)是一個(gè)真正的值,而不是比例的或放大處理的信號(hào),所以不存在信號(hào)漂移或變值的情況,更無(wú)需定期重標(biāo)。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(zhǎng)行程位置測(cè)量的位移傳感器。它采用非接觸的測(cè)量方式，由于測(cè)量用的活動(dòng)磁環(huán)和傳感器自身并無(wú)直接接觸，不至于被摩擦、磨損，因而其使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可靠性高，安全性好，便于系統(tǒng)自動(dòng)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(qiáng)振動(dòng)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械位移的測(cè)量、控制中。

分類

根據(jù)運(yùn)動(dòng)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(jī)械位移量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。為了達(dá)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(guò)滑片在滑軌上的位移來(lái)測(cè)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(guò)微安培的小電流，滑片和始端之間的電壓，與滑片移動(dòng)的長(zhǎng)度成正比。將傳感器用作分壓器可限度降低對(duì)滑軌總阻值精確性的要求，因?yàn)橛蓽囟茸兓鸬淖柚底兓粫?huì)影響到測(cè)量結(jié)果。角度位移傳感器：角度位移傳感器應(yīng)用于障礙處理：使用角度傳感器來(lái)控制你的輪子可以間接的發(fā)現(xiàn)障礙物。原理非常簡(jiǎn)單：如果馬達(dá)角度傳感器構(gòu)造運(yùn)轉(zhuǎn)，而齒輪不轉(zhuǎn)，說(shuō)明你的機(jī)器已經(jīng)被障礙物給擋住了。此技術(shù)使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單，而且非常有效；要求就是運(yùn)動(dòng)的輪子不能在地板上打滑（或者說(shuō)打滑次數(shù)太多），否則你將無(wú)法檢測(cè)到障礙物。一個(gè)空轉(zhuǎn)的齒輪連接到馬達(dá)上就可以避免這個(gè)問(wèn)題，這個(gè)輪子不是由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)而是通過(guò)裝置的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)它：在驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，如果惰輪停止了，說(shuō)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(cè)量原理是保持霍耳元件（見(jiàn)半導(dǎo)體磁敏元件）的激勵(lì)電流不變，并使其在一個(gè)梯度均勻的磁場(chǎng)中移動(dòng)，則所移動(dòng)的位移正比于輸出的霍耳電勢(shì)。磁場(chǎng)梯度越大，靈敏度越高；梯度變化越均勻，霍耳電勢(shì)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(chǎng)的磁系統(tǒng)：a系統(tǒng)的線性范圍窄，位移Z=0時(shí)，霍耳電勢(shì)≠0；b系統(tǒng)當(dāng)Z<2毫米時(shí)具有良好的線性，Z=0時(shí)，霍耳電勢(shì)=0；c系統(tǒng)的靈敏度高，測(cè)量范圍小于1毫米。圖中N、S分別表示正、負(fù)磁極。霍耳式位移傳感器的慣性小、頻響高、工作可靠、壽命長(zhǎng)，因此常用于將各種非電量轉(zhuǎn)換成位移后再進(jìn)行測(cè)量的場(chǎng)合。光電式位移傳感器：它根據(jù)被測(cè)對(duì)象阻擋光通量的多少來(lái)測(cè)量對(duì)象的位移或幾何尺寸。特點(diǎn)是屬于非接觸式測(cè)量，并可進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。光電式位移傳感器常用于連續(xù)測(cè)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(dòng)變阻器一樣的，它作為分壓器使用的，它是以相對(duì)的輸出電壓來(lái)呈現(xiàn)出所測(cè)量位置的實(shí)際上的位置。對(duì)這個(gè)裝置的工作有下面幾點(diǎn)要求：1、如果電子尺已經(jīng)使用很長(zhǎng)時(shí)間了，而且密封已經(jīng)老化，同時(shí)夾雜著很多雜質(zhì)，而且水混合物和油會(huì)嚴(yán)重影響電刷的接觸電阻的，這樣會(huì)使顯示的數(shù)字不停地跳動(dòng)。這個(gè)時(shí)候可以說(shuō)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(huì)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(huì)造成如下的情況：熔膠的運(yùn)動(dòng)會(huì)使合模電子尺的顯示變換，有波動(dòng)，或者合模的運(yùn)動(dòng)會(huì)使射膠電子尺的顯示波動(dòng)，造成測(cè)量結(jié)果誤差很大。如果電磁閥的驅(qū)動(dòng)電源于直線位移傳感器供電電源同時(shí)在一起的時(shí)候，更容易出現(xiàn)以上的情況，情況嚴(yán)重時(shí)用萬(wàn)用表的電壓檔甚至可以測(cè)量到電壓的有關(guān)波動(dòng)。如果情況不是因?yàn)楦哳l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(dòng)的。電子尺的信號(hào)線與設(shè)備的強(qiáng)電線路要分開(kāi)線槽。電子尺必須要強(qiáng)制性地使用接地支架，而且同時(shí)讓電子尺的外殼跟地面良好地接觸。信號(hào)線需要使用屏蔽線，而且電箱的一段應(yīng)該跟屏蔽線接地的。如果有高頻干擾的時(shí)候，通常使用萬(wàn)用表的電壓測(cè)量就會(huì)顯示正常，但是顯示數(shù)字就是會(huì)跳動(dòng)不停的；而出現(xiàn)靜電干擾時(shí)，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(shí)，可以先使用一段電源線把電子尺的封蓋螺絲跟機(jī)器上的某一些的金屬短接起來(lái)就可以了，只要一短接起來(lái)，靜電干擾就會(huì)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(jī)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(jī)械手的方法來(lái)驗(yàn)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(guò)程當(dāng)中，在某一點(diǎn)的顯示數(shù)據(jù)有規(guī)律地跳動(dòng)，或者是沒(méi)有顯示數(shù)據(jù)的時(shí)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(jī)器的外殼很有規(guī)律地接觸而導(dǎo)致的對(duì)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(zhǔn)電壓是10V的話，就可以允許有±0.01V的波動(dòng)變化，如果不是的話，就會(huì)引起顯示的圈套波動(dòng)這樣的情況。但是如果這個(gè)時(shí)候的顯示波動(dòng)的幅度沒(méi)有超過(guò)波動(dòng)電壓的波動(dòng)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(duì)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(huì)出現(xiàn)顯示數(shù)字跳動(dòng)的情況。那么出現(xiàn)這樣的情況的時(shí)候，必須要對(duì)平行度和角度進(jìn)行調(diào)整了。7、在連接的過(guò)程當(dāng)中，一定要多加注意，電子尺的三條線是不可以接錯(cuò)的，電源線和輸出線是不可以調(diào)換的。如果上面的線接錯(cuò)的話，就會(huì)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(huì)變得很差，而顯示很容易出現(xiàn)跳動(dòng)的現(xiàn)象等等。

應(yīng)用

水力發(fā)電是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。為了產(chǎn)生穩(wěn)定的電流，水輪機(jī)必須依賴穩(wěn)定的水流速率。在我們的應(yīng)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(jī)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(huì)修道院“Marienstatt”在11世紀(jì)開(kāi)始利用水能，這是一個(gè)很好的例子。在修道院，最初只是利用水能驅(qū)動(dòng)水磨磨谷物的。從公元1917年開(kāi)始，修道院利用水流推動(dòng)直流發(fā)電機(jī)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(jī)的水輪機(jī)所代替，的輸出功率為68KW。但控制水流進(jìn)給速率成為了問(wèn)題，因?yàn)樗词怯杀环Q為“Nister”的小河，水流速率波動(dòng)很大（125～1200升/秒），水流通過(guò)水輪機(jī)時(shí)也是沒(méi)有被控制的，所以可獲得的平均能量不超過(guò)45KW?？偨Y(jié)的十年，累計(jì)發(fā)電總量為1.5千萬(wàn)多千瓦時(shí)。

可是，大規(guī)模的現(xiàn)代化發(fā)展，對(duì)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(gè)任務(wù)，設(shè)計(jì)出了水輪機(jī)流量計(jì)。此流量計(jì)由兩個(gè)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(jī)，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(gè)被稱為導(dǎo)流葉片的裝置調(diào)節(jié)每個(gè)壓水腔的供水量，導(dǎo)流葉片控制水流以確保水流平穩(wěn)地流入流量計(jì)。

利用電子元件使兩個(gè)壓水腔協(xié)調(diào)工作，調(diào)節(jié)導(dǎo)流葉片的位置從而達(dá)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(diǎn)，能提供µm級(jí)的精度。它以模擬量（4～20mA）的輸出方式，能夠檢測(cè)到液壓缸的行程以啟動(dòng)控制閥，達(dá)到精確地控制導(dǎo)流葉片的目的。

帶有運(yùn)動(dòng)磁塊的直線位移傳感器

精確性和穩(wěn)定性

通過(guò)對(duì)水道水位地測(cè)量，導(dǎo)流葉片被精確地控制，以保證水位恒定。在自動(dòng)運(yùn)行模式中，步，較小的壓水室被打開(kāi)，發(fā)電機(jī)被推動(dòng)運(yùn)行，隨后達(dá)到額定地轉(zhuǎn)速。當(dāng)壓水室1全部被打開(kāi)后，如果水位上漲時(shí)，第二個(gè)較大的壓水室將打開(kāi)40[%]，與此同時(shí)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(dāng)）。如果大壓水室100[%]的打開(kāi)水位還在上漲，那么小壓水室將逐漸被打開(kāi)直到水流速率1200升/秒為限。當(dāng)水位下降時(shí)，兩個(gè)壓水室將被關(guān)閉。因此的發(fā)電功率可達(dá)85KW，功率相應(yīng)的提高了25[%]，這年發(fā)電量就很可觀了。