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位移传感器是什么?有什么工作原理呢?

时间:2017-01-11 点击数:1181

      【仪器交易网 编辑推荐】位移传感器又称为线性传感器,是一种属于金属感应的线性器件,传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。



      位移是和物体的位置在运动过程中的移动有关的量,位移的测量方式所涉及的范围是相当广泛的。小位移通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器来检测,大的位移常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量。其中光栅传感器因具有易实现数字化、精度高(目前分辨率最高的可达到纳米级)、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点,在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。 

      在生产过程中,位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。按被测变量变换的形式不同,位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型和结构型两种。常用位移传感器以模拟式结构型居多,包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。这种传感器发展迅速,应用日益广泛。

      直线位移传感器:




 
      直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号。

      为了达到这一效果,通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位,通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。传感器滑轨连接稳态直流电压,允许流过微安培的小电流,滑片和始端之间的电压,与滑片移动的长度成正比。将传感器用作分压器可最大限度降低对滑轨总阻值精确性的要求,因为由温度变化引起的阻值变化不会影响到测量结果。

      角度位移传感器:



 
      角度位移传感器应用于障碍处理:使用角度传感器来控制你的轮子可以间接的发现障碍物。原理非常简单:如果马达角度传感器构造运转,而齿轮不转,说明你的机器已经被障碍物给挡住了。此技术使用起来非常简单,而且非常有效;唯一要求就是运动的轮子不能在地板上打滑(或者说打滑次数太多),否则你将无法检测到障碍物。一个空转的齿轮连接到马达上就可以避免这个问题,这个轮子不是由马达驱动而是通过装置的运动带动它:在驱动轮旋转的过程中,如果惰轮停止了,说明你碰到障碍物了。

      根据材质


      霍耳式位移传感器



 
      它的测量原理是保持霍耳元件(见半导体磁敏元件)的激励电流不变,并使其在一个梯度均匀的磁场中移动,则所移动的位移正比于输出的霍耳电势。磁场梯度越大,灵敏度越高;梯度变化越均匀,霍耳电势与位移的关系越接近于线性。是三种产生梯度磁场的磁系统:a系统的线性范围窄,位移Z=0时,霍耳电势≠0;b系统当Z<2毫米时具有良好的线性,Z=0时,霍耳电势=0;c系统的灵敏度高,测量范围小于1毫米。图中N、S分别表示正、负磁极。霍耳式位移传感器的惯性小、频响高、工作可靠、寿命长,因此常用于将各种非电量转换成位移后再进行测量的场合。

      光电式位移传感器



 
      它根据被测对象阻挡光通量的多少来测量对象的位移或几何尺寸。特点是属于非接触式测量,并可进行连续测量。光电式位移传感器常用于连续测量线材直径或在带材边缘位置控制系统中用作边缘位置传感器。 

      工作原理:

      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。普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。但是,为实现测量位移目的而设计的电位器,要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。

      物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值,阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。通常在电位器上通以电源电压,以把电阻变化转换为电压输出。线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化,其输出特性亦呈阶梯形。如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反馈元件,则过大的阶跃电压会引起系统振荡。因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损。它的优点是:结构简单,输出信号大,使用方便,价格低廉。

      磁致伸缩位移传感器通过非接触式的测控技术精确地检测活动磁环的绝对位置来测量被检测产品的实际位移值的;该传感器的高精度和高可靠性已被广泛应用于成千上万的实际案例中。

      由于作为确定位置的活动磁环和敏感元件并无直接接触,因此传感器可应用在极恶劣的工业环境中,不易受油渍、溶液、尘埃或其它污染的影响,IP防护等级在IP67以上。此外,传感器采用了高科技材料和先进的电子处理技术,因而它能应用在高温、高压和高振荡的环境中。传感器输出信号为绝对位移值,即使电源中断、重接,数据也不会丢失,更无须重新归零。由于敏感元件是非接触的,就算不断重复检测,也不会对传感器造成任何磨损,可以大大地提高检测的可靠性和使用寿命。

      磁致伸缩位移传感器,是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。测量元件是一根波导管,波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲,该电流脉冲在波导管内传输,从而在波导管外产生一个圆周磁场,当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时,由于磁致伸缩的作用,波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号,这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输,并很快被电子室所检测到。

      由于这个应变机械波脉冲信号在波导管内的传输时间和活动磁环与电子室之间的距离成正比,通过测量时间,就可以高度精确地确定这个距离。由于输出信号是一个真正的绝对值,而不是比例的或放大处理的信号,所以不存在信号漂移或变值的情况,更无需定期重标。

      磁致伸缩位移传感器是根据磁致伸缩原理制造的高精度、长行程绝对位置测量的位移传感器。它采用非接触的测量方式,由于测量用的活动磁环和传感器自身并无直接接触,不至于被摩擦、磨损,因而其使用寿命长、环境适应能力强,可靠性高,安全性好,便于系统自动化工作,即使在恶劣的工业环境下,也能正常工作。此外,它还能承受高温、高压和强振动,现已被广泛应用于机械位移的测量、控制中。 

      火车轮缘的几何状态参数影响着列车运行的速度与平稳度,对列车的安全运行十分重要。传统的检测手段较为复杂,通常是用带有游标的专用尺子来进行测量,对数据的人工读取造成测量的误差比较大,同时不能实现检测数据的数字化管理。随着我国铁路事业的发展,列车运行速度越来越快,火车轮缘状态参数的精确快速检修和数字化管理变得十分重要。轮缘检测仪采用现代传感器技术、单片机处理系统和简洁稳定的机械结构,可方便精确的对几何状态参数进行连续快速测量,实现了轮缘高度、轮辋厚度等参数测量的数字化。
 
      轮缘高度、宽度、轮辋厚度等方面的检测用到很多传感器,而最为关注的是位移传感器,位移传感器有很多种,用在火车上车轮缘状检测是目前新型传感器技术叫做激光位移传感器。目前用在火车轮缘上检测是的激光三角测量法,短距离的测量精度很高。可以直接把位移传感器安装在轨道上进行检测,同样也可以采用激光反射式位移传感器为测量器件激光传感器模沿直线方向扫描轮缘形状,同时记录整个轮缘数据。通过微处理器即可得出整个轮缘轮廓曲线,进而求得轮缘宽度、轮缘高度、70mm磨损量和磨损面积等。并且能把测量的数据上传计算机,生成数据库,利用先进的后处理软件对火车轮缘进行数字化管理。它不仅可以对在线运行列车测量轮对的磨损,还可以在生产线上对轮对尺寸是否合格进行分选。
 
      交通运输的发展离不开检测技术,而仪器仪表以及传感器技术才是检测技术的核心。高速动力发展的今天,人们不仅仅希望体验到是的舒适和享受,而且跟多的希望得到是安全。传感器技术的发展会给人们生活交通带来更多的安全,我国传感器技术的发展也将带动交通运输方面在国际上拥有的一流先进技术发展。

      位移传感器的主要特性参数(位移传感器原理)

      标称阻值:电位器上面所标示的阻值。

      允许误差:标称阻值与实际阻值的差值跟标称阻值之比的百分数称阻值偏差,它表示电位器的精度。允许误差一般只要在 ±20%以内就符合要求,因为一般位移传感器是以分压的方式来使用,具体电阻的大小对传感器的数据采集没有影响.

      线性精度:直线性误差.此参数越小越好.

      寿命:导电塑料位移传感器都在200万次以上.

      重复精度:此参数越小越好.

      分辨率:位移传感器所能反馈的最小位移数值.此参数越小越好.导电塑料位移传感器分辨率为无穷小.位移传感器的使用方法:一般采用给位移传感器加上一个电压,利用其优良的平滑性,来检测输出电压(输出电阻改变输出电压)分压比。小编通过搜集整理,以直线位移传感器及磁致伸缩位移传感器为例,简单的分析了位移传感器的使用方法。

      (1)直线位移传感器的使用:美国TOM公司生产的精密直线位移传感器,是带有一个长的持续传导轨迹分压计型传感器,在控制和测量运用中,适合于绝对位移传感,其线性精度为士0.05%。具有移动快,寿命长等特点,符合龙门式精密油压机的控制要求。根据实际要求在油压机的主缸、液压垫上分别安装Kl下滑板式、KTC拉杆式直线位移传感器。在一个半自动工作过程中,油压机的主缸、液压垫分别带动两只直线位移传感器移动,将采集到的两点模拟量值输入到FX2N-8AD,FX2N-8AD将此模拟输入数值(此时是电压输入),转换成数字值,并且把他们传输到PLC主单元。主缸、液压垫选用直线位移传感器的有效测量长度为500mm、400mm。

      (2)磁致伸缩位移传感器使用中的注意事项:磁致伸缩位移(液位)传感器,通过内部非接触式的测控技术精确地检测活动磁环的绝对位置来测量被检测产品的实际位移值的;该传感器的高精度和高可靠性已被广泛应用于成千上万的实际案例中根据供应商提供的资料,强调了本传感器在使用中必须注意的一些事项,除了上面所介绍的接线方面之外,在与液压油缸的装配中也有一些需要注意的问题:一是装配部位的加工尺寸。装配部位的加工尺寸二是,在装配时还要注意,如果液压油缸是采用铁磁材料制作的,那么在安装滑动磁铁环时要在滑动磁环下部垫上非磁性材料制作的隔磁垫圈,而且所有固定滑动磁环的螺丝,都必须使用非磁性材料制作的。

      传感器的有效工作区域
 
      另外,在使用中要注意传感器的有效工作区域。要把需要实际测量的范围,置于传感器的有效测量区域内。由于结构上的原因,传感器在两端存在一定的测量盲区。具体请参阅图上的显示。根据资料说明RH型的传感器的死区,即测量杆前部端头的部位,对于测量范围5米之内的为63.5mm;测量范围5米到7.6米的为66mm。总结市场在不断扩大对位移传感器需求的同时,也对其有了更高的要求。对于设计研发人员来说,熟知位移传感器的使用方法是最基本知识储备。本文简单介绍了位移传感器的使用方法与技术参数,并对直线位移传感器与磁致伸缩位移传感器使用注意事项作了详细的的分析。 

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