【正文】 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/8/20 1 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/8/20 2 ?了解位移的概念及種類 ?熟悉常用位移傳感器的工作原理 學(xué)習(xí)目的 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/8/20 3 電位器式位移傳感器 光柵位移傳感器 磁柵位移傳感器 接近傳感器 液位傳感器 電容式物位傳感器 流量傳感器 本章小結(jié) 復(fù)習(xí)思考題 主要內(nèi)容 返回主目錄 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/8/20 4 概述 ※ 在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，位移的測(cè)量是一種最基本的測(cè)量工作，它的特性是測(cè)量空間距離的大小 ，如 距離、位置、尺寸、角度 等 。 按照位移的特征 位移傳感器分類 線位移 —— 機(jī)構(gòu)沿著某一條直線移動(dòng)的距離 角位移 —— 機(jī)構(gòu)沿著某一定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度 根據(jù)傳感器的工作原理 電阻式位移傳感器 電容式位移傳感器 電感式位移傳感器 光電式位移傳感器、光柵以及磁柵 感應(yīng)同步器、激光位移傳感器 根據(jù)輸出信號(hào) 模擬式 數(shù)字式 根據(jù)傳感器原理和使用方法 接觸式 非接觸式 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/8/20 5 ※ 電容式 位移傳感器、 差動(dòng)電感式位移傳感器 和 電阻應(yīng)變式 位移傳感器，一般用于 小位移 的測(cè)量 (幾微米～幾毫米 )， 差動(dòng)變壓器式 位移傳感器用于 中等位移 的測(cè)量 (幾毫米～ 100毫米左右 )。 ※ 電阻電位器式位移傳感器適用于 較大 范圍位移的測(cè)量，但精度不高。 ※ 感應(yīng)同步器、光柵、磁柵、激光位移傳感器用于 精密 檢測(cè)系統(tǒng)位移的測(cè)量，測(cè)量精度高 (可達(dá) 177。 1?m)， 量程也可大到幾米。 ※ 位移傳感器不僅用于直接測(cè)量角位移和線位移的場(chǎng)合，而且在其他物理量如力、壓力、應(yīng)變、液位等能轉(zhuǎn)換成位移的任何場(chǎng)合中，也廣泛作為測(cè)量和控制反饋傳感器用。 ※ 電容式傳感器、電感式傳感器和電阻應(yīng)變式傳感器前面章節(jié)已經(jīng)詳細(xì)講解，本章主要介紹 電位器式位移傳感器、光柵位移傳感器、磁柵位移傳感器、液位位移傳感器 。 返回本章目錄 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/8/20 6 電位器式位移傳感器 . 電位器的基本概念 ※ 電位器是人們常用到的一種電子元件，它作為傳感器可以將機(jī)械位移轉(zhuǎn)換為與其有一定函數(shù)關(guān)系的電阻值的變化，從而引起電路中輸出電壓的變化。 圖 41 電位器結(jié)構(gòu) xRRxL?abR LxRx??xRU I xL?xUUxL??分壓器兩邊電阻的比值為 ?若以恒定電流 I從電阻體的 a端流入，并將電阻體的 b端接地，則變阻器和分壓器的輸出 電阻體 b 端接地，則分壓器輸出電壓 U?若在分壓器的兩端施加電壓 ? 當(dāng)電刷沿電阻體的接觸表面從 b端移向 a時(shí)，在電刷兩邊的電阻體阻值隨之發(fā)生變化。設(shè)電阻體全長(zhǎng)為 L，總電阻為 R，則當(dāng)電刷移動(dòng)距離為 x時(shí)，變阻器的電阻值為 ? 電位器由 電阻體和電刷 （也稱可動(dòng)觸點(diǎn)）兩部分組成，可作為變阻器使用，如圖 41a所示，也可作為分壓器使用，如圖 41b所示。 由上可見，電位器的輸出信號(hào)均與電刷的位移量成比例， 實(shí)現(xiàn)了 位移與輸出 電信號(hào)的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系。因此，這類 傳感器可用于 測(cè)量機(jī)械位移量 ，或可測(cè)量已轉(zhuǎn)換成位移 量的其它物理量（如壓力、振動(dòng)加速度等）。 這種類型傳感器 特點(diǎn) 是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，輸出信 號(hào)大，一般不需放大，但是，它的分辨率不高，精度也 不高，所以不適于精度要求較高的場(chǎng)合。另外，動(dòng)態(tài)響 應(yīng)較差，不適于動(dòng)態(tài)快速測(cè)量。 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/8/20 7 電位器的類型、結(jié)構(gòu)與材料 電位器式傳感器 按結(jié)構(gòu)形式 圖 42 電位器結(jié)構(gòu)形式 直線位移型 角位移型 按工藝特點(diǎn) 線繞式 非線繞式 按制作材料 繞線式電位器 合成膜電位器 金屬膜電位器 導(dǎo)電塑料電位器 導(dǎo)電玻璃釉電位器 光電式電位器 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/8/20 8 1. 電阻絲 ? 電阻絲的材料應(yīng)是電阻率大、電阻溫度系數(shù)小、柔軟，但強(qiáng)度高，抗蝕性好、抗拉強(qiáng)度高、容易焊接，且熔點(diǎn)高。常用的材料為：銅鎳合金、銅錳合金、鉑鉻合金及鎳鉻絲等。 2. 骨架與基體 ? 骨架與基體應(yīng)形狀穩(wěn)定，表面絕緣電阻高，并有較好的散熱能力。常用的材料有陶瓷、酚醛樹脂、工程塑料以及經(jīng)過絕緣處理的鋁合金等。 3. 電刷 ? 電刷是電位器中關(guān)鍵零件之一，一般用貴金屬材料或金屬薄片制成。金屬絲直徑約 ～ ，電刷頭部應(yīng)彎成弧形，以防接觸面過大而磨損，如圖 43所示為常見電刷結(jié)構(gòu)。電刷要有一定的彈性，以保證與電阻體可靠接觸，另外抗蝕性好、抗拉強(qiáng)度高、容易焊接，且熔點(diǎn)高。 圖 43 常見電刷結(jié)構(gòu) 電位器由電阻體包括電阻絲（或電阻薄膜）、骨架和電刷組成 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/8/20 9 電位器的主要技術(shù)指標(biāo) 1. 最大阻值和最小阻值 —— 指電位器阻值變化能達(dá)到的最大值和最小值。 2. 電阻值變化規(guī)律 —— 指電位器阻值變化的規(guī)律，例如對(duì)數(shù)式、指數(shù)式、直線式等。 3. 線形電位器的線性度 —— 指阻值直線式變化的電位器的非線性誤差。 4. 滑動(dòng)噪聲 —— 電刷移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)接觸點(diǎn)打火產(chǎn)生的噪聲電壓大小。 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/8/20 10 線位移傳感器 ? 電位器式線位移傳感器結(jié)構(gòu)原理如圖 44所示 當(dāng)滑桿隨待測(cè)物體往返運(yùn)動(dòng)時(shí)，電刷在電阻體上也來(lái)回滑動(dòng)。使電位器兩端輸出電壓隨位移量改變而變化 圖 44 線位移傳感器 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/8/20 11 角位移傳感器圖 360OiUU??傳感器的轉(zhuǎn)軸與被測(cè)角度轉(zhuǎn)軸相連，電刷在電位器上轉(zhuǎn)過一個(gè)角位移時(shí)，在檢測(cè)輸出端有一個(gè)與轉(zhuǎn)角成比例的電壓輸出 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/8/20 12 慣性敏感元件在被測(cè)加速度的作用下，使片狀彈簧產(chǎn)生正比于被測(cè)加速度的位移，從而引起電刷在電阻體上下滑動(dòng)，輸出與加速度成比例的電壓信號(hào) 電位器式傳感器的應(yīng)用 當(dāng)被測(cè)流體通入彈性敏感元件膜盒的內(nèi)腔時(shí)，在流體壓力作用下，膜合硬中心產(chǎn)生彈性位移，推動(dòng)連桿上移，使曲柄軸帶動(dòng)電位器的電刷在電阻體上滑動(dòng)，輸出與被測(cè)壓力成正比的電壓信號(hào) 返回本章目錄 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/8/20 13 ４ .2 光柵位移傳感器 光柵的概念 ※ 由大量 等寬等間距的平行狹縫 組成的光學(xué)器件稱為 光柵 ，如圖 48 所示。 ※ 用玻璃制成的光柵稱為 透射光柵 ，它是在透明玻璃上刻出大量等寬等間距的平行刻痕，每條刻痕處是不透光的，而兩刻痕之間是透光的； ※ 用不銹鋼制成的光柵稱為反射式光柵。 ※ 光柵的刻痕密度一般為每 毫米 250、 100、 250線 ?？毯壑g的距離稱為柵距 W。設(shè)刻痕寬