精密位移检测系统

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1、随着技术的发展，制造工业的精度已经达到了亚微米级别，很多机械零件的精度早已超过亚微米而达到几十个纳米，如高精度定位轴承和光学透镜，电子电路在工业中，超大规模集成电路的制造精度已经达到几个纳米。精密位移检测系统制造精度的提高是现代工业的基础，而在亚微米级别的制造中，利用高精度微小位移检测。高精度位移传感器的特点：量程小，精度高，高稳定性。精密位移检测系统精度在亚微米级别的检测工业上往往采用比较方法，即首先使用标准件作为检测基准依据，然后利用高精度微小位移检测其中的误差级别。精密位移检测系统通过熟悉各种高精度

2、位移传感器，了解位移传感器检测的一般原理和使用条件，掌握各种位移传感器的量程和精度等检测性能。任务一高精度位移传感器的应用知识目标通过实践操作和训练理解，初步认识电感式位移传感器及其检测适应性，了解工业中常用的位移检测特点及位移传感器的基本选用原则。技能目标任务一高精度位移传感器的应用电容式传感器实质上是利用电容公式进行检测的传感器被检测可通过极板距离、正对面积和介电常数的变化，转换为电容的变化实现检测。一、电容式传感器任务一高精度位移传感器的应用任务一高精度位移传感器的应用电容传感器的结构优点是：由于极

3、板间的静电引力小，活动部分的可动质量小，所以对输入能量的要求低；由于介质损耗小，传感器本身发热少，使其能在高频范围内工作，具有较好的动态响应特性。任务一高精度位移传感器的应用1.电容式传感器的分类任务一高精度位移传感器的应用1）变面积型电容传感器2）极距变化型电容传感器1）变面积型电容传感器任务一高精度位移传感器的应用2）极距变化型电容传感器如图3-3（a）所示，如平行电容器两个极板间覆盖面积和极间介质不变，则其电容量C与极距呈现非线性关系。当极距有一微小变化量时，引起电容的变化量为式中，A为极板间覆盖面

4、积。则其灵敏度为任务一高精度位移传感器的应用任务一高精度位移传感器的应用2.电容式传感器的特点与用途任务一高精度位移传感器的应用（1）小功率、高阻抗（3）自身发热小（2）小的静电引力和良好的动态特性（4）可以进行非接触检测电容式传感器的用途电容式传感器广泛地应用在位移、振动、角度、加速度等机械量的精密检测，目前检测范围已经扩大到了压力、液面和成分等方面的检测。任务一高精度位移传感器的应用1.自感型电感传感器二、电感式传感器任务一高精度位移传感器的应用1）可变磁阻式传感器2）涡流式传感器1）可变磁阻式传感器

5、由线圈、铁芯和衔铁组成封闭磁路，在铁芯和衔铁之间有气隙存在。磁阻为任务一高精度位移传感器的应用可变磁阻位移传感器的典型结构方案：可变导磁面积型差动型位移传感器单螺线管线圈型位移传感器任务一高精度位移传感器的应用2）涡流式传感器涡电流式传感器的变换原理是利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。电涡流检测法的最大优点在于实现无接触检测，可对介质的内部进行探测。这种优点被广泛使用于材料的内部裂纹，涂层厚度等方面的检测。任务一高精度位移传感器的应用2.互感型电感传感器互感型电感传感器的原理是电磁感应中的互感现象，如图

6、3-8所示，当初级线圈输入交流电时，次级线圈会产生电动势e，其大小与输入电流的变化率成正比，即式中，M为互感系数，与两个线圈相对位置及周围介质的导磁能力等因素有关，表明两个线圈之间的耦合程度。任务一高精度位移传感器的应用互感式电感传感器多由变压器由初级线圈和两个参数完全相同的次级线圈w1、w2组成。任务一高精度位移传感器的应用差动变压器式位移传感器的使用具有以下特点（1）可以在恶劣的环境下工作（2）由于差动变压器式位移传感器的可动部分铁芯与固定部分线圈之间本质上是非接触的，理论上传感器的重复误差和回差为零

7、，在实际使用中这两个误差也很小，这部分误差的控制往往是评价传感器的关键因素。（3）差动变压器式位移传感器工作时本质上没有摩擦，平均无故障的工作时间达到3×106h以上，较其他传感器高出1~2个数量级。任务一高精度位移传感器的应用（4）差动变压器式位移传感器有很高的分辨力，实际的分辨能力取决于显示仪表的精度。（5）差动变压器式位移传感器有很宽的检测范围，正常产品检测范围为±（2.5~50）mm，国家标准的型谱中规划此类产品的最大检测范围为±600mm，但是检测精度随着量程的增大而降低。任务一高精度位移传感器

8、的应用（6）差动变压器式位移传感器输出信号大，在国家标准中规定：交流传感器的灵敏度量程10mm以下的应为150mV/mm，10mm以上的应为50mV/mm；直流位移传感器的满量程输出（10VDC供电），量程10mm以下的应大于0.5V，量程10mm以上的应大于2V。任务一高精度位移传感器的应用（7）差动变压器式位移传感器温度系数较小，因此适用于环境温度变化的场所；差动变压器式位移传感器的频域输出较宽（小于400Hz），因此能满