【文章內(nèi)容簡介】 范圍。當傳感器的線性工作范圍一定時，傳感器的靈敏度越高，干擾噪聲越大，則難以保證傳感器的輸入在線性區(qū)域內(nèi)工作。不言而喻，過高的靈敏度會影響其適用的測量范圍。 其 三，當被測量是一個向量時，并且是一個單向量時，就要求傳感器單向靈敏度愈高愈好，而橫向靈敏度愈小愈好 。如果被測量是二維或三維的向量，那么還應(yīng)要求傳感器的交叉靈敏度愈小愈好。 響應(yīng)特性 傳感器的響應(yīng)特性是指在所測頻率范圍內(nèi)，保持不失真的測量條件。此外，實際上傳感器的響應(yīng)總不可避免地有一定延遲，但總希望延遲的時間越短越好。一般物性型傳感器 (如利用光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)等傳感器 )響應(yīng)時間短，工作頻率寬 。而結(jié)構(gòu)型傳感器，如電感、電容、磁電等傳感器，由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響機械系統(tǒng)慣性質(zhì)量的限制，其固有頻率低，工 作頻率范圍窄。 任何傳感器都有一定的線性工作范圍。在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系，線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測量精度的基本條件。例如，機械式傳感器中的測力彈性元件，其材料的彈性極限是決定測力量程的基本因素，當超出測力元件允許的彈性范圍時，將產(chǎn)生非線性誤差。 然而，對任何傳感器，保證其絕對工作在線性區(qū)域內(nèi)是不容易的。在某些情6 況下，在許可限度內(nèi)，也可以取其近似線性區(qū)域。例如，變間隙型的電容、電感式傳感器，其工作區(qū)均選在初始間隙附近。而且必須考慮被測量變化范圍，令其 非線性誤差在允許限度以內(nèi)。 穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是表示傳感器經(jīng)過長期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時間與環(huán)境。 為了保證穩(wěn)定性，在選擇傳感器時，一般應(yīng)注意兩個問題。 其一，根據(jù)環(huán)境條件選擇傳感器。例如，選擇電阻應(yīng)變式傳感器時，應(yīng)考慮到濕度會影響其絕緣性，濕度會產(chǎn)生零漂，長期使用會產(chǎn)生蠕動現(xiàn)象等。又如，對變極距型電容式傳感器，因環(huán)境濕度的影響或油劑浸人間隙時，會改變電容器的介質(zhì)。光電傳感器的感光表面有塵?；蛩麜r，會改變感光性質(zhì)。 其二 ， 要創(chuàng)造或保持一個良好的環(huán)境，在 要求傳感器長期地工作而不需經(jīng)常地更換或校準的情況下，應(yīng)對傳感器的穩(wěn)定性有嚴格的要求。 傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被測量的對應(yīng)程度。如前所述，傳感器處于測試系統(tǒng)的輸入端，因此，傳感器能否真實地反映被測量，對整個測試系統(tǒng)具有直接的影響。 然而，在實際中也并非要求傳感器的精確度愈高愈好，這還需要考慮到測量目的，同時還需要考慮到經(jīng)濟性。因為傳感器的精度越高，其價格就越昂貴，所以應(yīng)從實際出發(fā)來選擇傳感器。 在選擇時，首先應(yīng)了解測試目的，判斷是定性分析還是定量分析。如果是相對比較性的試驗研究，只需獲得相 對比較值即可，那么應(yīng)要求傳感器的重復(fù)精度高，而不要求測試的絕對量值準確。如果是定量分析，那么必須獲得精確量值。但在某些情況下，要求傳感器的精確度愈高愈好。例如，對現(xiàn)代超精密切削機床，測量其運動部件的定位精度，主軸的回轉(zhuǎn)運動誤差、振動及熱形變等時，往往要求它們的測量精確度在 — 范圍內(nèi)，欲測得這樣的精確量值，必須有高精確度的傳感器。 傳感器在實際條件下的工作方式，也是選擇傳感器時應(yīng)考慮的重要因素。例如，接觸與非接觸測量、破壞與非破壞性測量、在線與非在線測量等，條件不同，對測7 量方式的要求亦不同。 在機械系統(tǒng)中，對運動部件的被測參數(shù) (例如回轉(zhuǎn)軸的誤差、振動、扭力矩 )，往往采用非接觸測量方式。因為對運動部件采用接觸測量時，有許多實際困難，諸如測量頭的磨損、接觸狀態(tài)的變動、信號的采集等問題，都不易妥善解決，容易造成測量誤差。這種情況下采用電容式、渦流式、光電式等非接觸式傳感器很方便，若選用電阻應(yīng)變片，則需配以遙測應(yīng)變儀。 在某些條件下，可以運用試件進行模擬實驗，這時可進行破壞性檢驗。然而有時無法用試件模擬，因被測對象本身就是產(chǎn)品或構(gòu)件，這時宜采用非破壞性檢驗方法。例如，渦流探傷、超聲波探傷、核輻 射探傷以及聲發(fā)射檢測等。非破壞性檢驗可以直接獲得經(jīng)濟效益，因此應(yīng)盡可能選用非破壞性檢測方法 . 在線測試是與實際情況保持一致的測試方法。特別是對自動化過程的控制與檢測系統(tǒng)，往往要求信號真實與可靠，必須在現(xiàn)場條件下才能達到檢測要求。實現(xiàn)在線檢測是比較困難的，對傳感器與測試系統(tǒng)都有一定的特殊要求。例如，在加工過程中，實現(xiàn)表面粗糙度的檢測，以往的光切法、千涉法、觸針法等都無法運用，取而代之的是激光、光纖或圖像檢測法。研制在線檢測的新型傳感器，也是當前測試技術(shù)發(fā)展的一個方面。 除了以上選用傳感器時應(yīng)充分考慮的一些因素 外，還應(yīng)盡可能兼顧結(jié)構(gòu)簡單、體積小。重量輕、價格便宜、易于維修、易于更換等條件。 分類 按電源型式分： 無源傳感器、有源傳感器。 按輸出型式分： 數(shù)字式傳感器、模擬式傳感器。 按傳感基理分： 結(jié)構(gòu)型傳感器、物型傳感器、復(fù)合型傳感器。 按測量原理分： 電位器式傳感器、電容式傳感器、電化學(xué)式傳感器、霍耳式傳感器、激光傳感器、諧振式傳感器、伺服式傳感器。 電阻式傳感器 聲表面波傳感器、差動變壓器式傳感器。 電磁式傳感器 磁阻式傳感器、壓電式傳感器。 電感式傳感器 （核）輻射傳感器、光纖傳感器。 電離式傳感器 光導(dǎo)式傳感器、光伏式傳感器、壓阻式傳感器。 8 按被測量分類：物理量傳感器、溫度傳感器、熱流傳感器、輻射式溫度傳感器、電流傳感器、射線傳感器、差壓式傳感器、熱學(xué)量傳感器、液晶溫度傳感器、化學(xué)量傳感器、力傳感器、濃度傳感器、速度傳感器等。 第 2 章 傳感器在數(shù)控機床中的應(yīng)用 傳感器在數(shù)控機床應(yīng)用的領(lǐng)域 傳感器作為數(shù)控機床上的重要電器組件，廣泛的應(yīng)用各類傳感器使得機床成就了其高度的自動化和高精度。傳感器是一種能夠感應(yīng)規(guī)定的被檢測量，并且按照著一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或者裝置，其輸入信號（即被檢測量）為非電量，而輸出信號往往是我們更加易于處理的電量。在一臺數(shù)控機床上面用到了大量的各類傳感器：接近開關(guān)，壓力傳感器，溫度傳感器，液位傳感器，速度傳感器等類型的傳感器，主要用來檢測位置，壓力、溫度和流動。 數(shù)控機床中常用的傳感器 位移檢測及速度檢測的光電編碼器 光點編碼器也叫脈沖編碼器，它可以將機械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成為電脈沖，在機床上面 X軸和 Z 軸的端部配有光電編碼器，用于角位移的測量以及數(shù)字測速，角位移能夠通過絲杠螺距間接的反映拖板 或刀架的直線位移； 光電編碼器在經(jīng)過一定的角位移的時候變會產(chǎn)生一個脈沖，配合定時器就可以檢測出角速度，在速控機床中一般用于數(shù)控系統(tǒng)伺服單元的速度檢測。 位置檢測的接近開關(guān) 接近開關(guān)顧名思義就是當物體靠近的時候就會有信號輸出的開關(guān)，它不需要和被檢測物體進行直接的接觸，伊瑪?shù)慕咏_關(guān)在機床上的主要應(yīng)用在刀架的選刀控制，工作臺的行程控制，油缸及汽缸的活塞行程控制。 壓力的檢測 壓力傳感器是一種將壓力轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，并且伊瑪?shù)闹悄苄蛪毫鞲衅骶哂卸嘟M可編程的輸出信號，可以對輸出信號類型進行 全方位編程，其靈敏度高，重復(fù)精度高，穩(wěn)定性極好，在機床上機器適應(yīng)于對工件夾緊力進行監(jiān)測，當夾緊力9 低于設(shè)定的值的時候會導(dǎo)致工件松動，系統(tǒng)發(fā)出報警，停止走刀；另外還可以檢測車刀切削力的變化，再者，它在潤滑系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)，氣壓系統(tǒng)中用來檢測油路或者氣路中的壓力，當油路或者氣路的壓力小于設(shè)定值的時候，其觸電會動作然后把信號送到控制系統(tǒng)進