位移传感器教学提纲.ppt

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1、位移传感器机械位移传感器分类电位器式位移传感器电位器式位移传感器它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。电位器转轴上的电刷将电阻体电阻R0分为R12和R23两部分，输出电压为U12。改变电刷的接触位置，电阻R12亦随之改变，输出电压U12也随之变化。通过测量输出电压或者将其进行转换就可以得到位移参数常见用于传感器的电位器有：线绕式电位器、合成膜电位器、金属膜电位器、导电塑料电位器、导电玻璃釉电位器、光电电位器。金属膜电位器金属膜电位器由合金、金属或金属氧化物等材料通过真空溅射或电镀方法，在瓷基体上沉积一层

2、薄膜而制成。金属膜电位器具有无限分辨力，接触电阻很小，耐热性好，满负荷达70℃。与线绕电位器相比，它的分布电容和分布电感很小，特别适合在高频条件下使用。它的噪声仅高于线绕电位器。金属电位器的缺点是耐磨性较差，阻值范围窄，一般在10～100Ω。由于这些缺点，限制了它的使用范围。导电塑料电位器导电塑料电位器又称实心电位器，这种电位器的电阻是由塑料粉及导电材料的粉料经塑压而成的。导电塑料电位器的耐磨性很好，使用寿命较长，允许电刷的接触压力很大，在振动、冲击等恶劣环境下仍能可靠工作。此外，它的分辨率较高，线性度较好，阻值范围大，能承受较大的功率。

3、导电塑料电位器的缺点是阻值易受湿度影响，故精度不易做得很高。导电塑料电位器的标准阻值有1kΩ、2kΩ、5kΩ和10kΩ，线性度为0.1%和0.2%。电位移传感器优点与缺点优点：结构简单，性能稳定。受环境温度影响小缺点：受骨架尺寸和导线直径限制，分辨率小于20um磨损影响使用寿命，有较大噪声，降低可靠性。应用：主要用于测量线位移与角位移电容式位移传感器电容式位移传感器的形式很多，常使用变极距式电容传感器和变面积式电容传感器进行位移的测量.空气介质变极距式电容传感器工作原理图。1个电极板固定不动，称为固定极板，极板的面积为Ａ，另一极板可左右移

4、动，引起极板间距离d相应变化。变极距式电容传感器的初始电容C0:只要测出电容变化量⊿C，便可计算得到极板间距的变化量，即极板的位移量⊿d。除用变极距式电容传感器测位移外，还可以用变面积式电容传感器测角位移。C0=ε0A/d0(a)变极距式示意图；(b)变极距式的特性；(c)差动式示意图螺管式电感位移传感器螺管式电感位移传感器主要由螺管线圈和铁芯组成，铁芯插入线圈中并可来回移动。当铁芯发生位移时，将引起线圈电感的变化。线圈的电感量与铁芯插入线圈的长度有如下的关系：铁芯随被测物体一起移动，导致线圈电感量发生变化。其检测位移量可从数毫米到数百毫

5、米。缺点是灵敏度低。变气隙式自感式传感器的结构原理图（a）单边式；（b）差动式变气隙截面式电感传感器差动传感器初级线圈L1加交流励磁电压Uin，次级线圈上由于电磁感应而产生感应电压。由于两个次级线圈相反极性串接，所以两个次级线圈中的感应电压UOUT1和UOUT2的相位相反，当铁芯处于中心对称位置时，则UOUT1=UOUT2，所以UOUT=0。当铁芯向两端位移时，UOUT1大于或小于UOUT2，使UOUT不等于零，其值与铁芯的位移成正比。差动变压器的输出特性（a）理想特性；（b）零点残余电压；（c）相敏检波后的特性由绕组不对称引起的零点残余

6、电压可以通过调节衔铁初始位置进行消除，然而因相位误差造成的零点残余电压是无法通过调节衔铁初始位置进行消除的。（1）从设计和工艺上尽量保证线圈和磁路对称，选用高性能的导磁材料，导磁体必须经过热处理，消除残余应力，以提高磁性能的均匀性和稳定性。（2）采用相敏检波电路不仅可以鉴别衔铁的移动方向，而且有利于消除零点残余电压。（3）采用适当的补偿电路。电涡流传感器成块的金属物体置于变化着的磁场中或者在磁场中运动时，在金属导体中会感应出一圈圈自相闭合的电流，称为电涡流。电涡流式传感器是一个绕在骨架上的导线所构成的空心线圈，它与正弦交流电源接通，通过线

7、圈的电流会在线圈周围空间产生交变磁场。当导电的金属靠近这个线圈时，金属导体中便会产生电涡流，如图3-20所示。涡流的大小与金属导体的电阻率ρ、磁导率μ、厚度d、线圈与金属导体的距离x以及线圈励磁电流的角频率ω等参数有关。如果固定其中某些参数，就能由电涡流的大小测量出另外一些参数。电涡流作用原理图涡流可以用来测量各种形式的位移量。(a)为汽轮机主轴的轴向位移测量示意图；(b)为磨床换向阀、先导阀的位移测量示意图，(c)为金属试件的热膨胀系数测量示意图。电涡流式传感器的转换电路在电工课程中，我们已经知道电感和电容可构成谐振电路，因此电感式、电

8、容式和电涡流式传感器都可以采用谐振电路来转换。谐振电路的输出也是调制波，控制幅值变化的称调幅波，控制频率变化的称调频波。调幅波要经过幅值检波，调频波要经过鉴频才能获得被测量的电压。谐振电路调幅