《二讲位移传感器》ppt课件

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1、第二章位移检测传感器位移可分为线位移和角位移电阻式、电容式、涡流式、压电式、感应同步式、磁栅式、光电式位移是指物体的某个表面或某点相对于参考表面或参考点位置的变化。位移有线位移和角位移两种。线位移是指物体沿着某一条直线移动的距离；角位移是指物体绕着某一定点旋转的角度。在机械工程中经常要精确测量零部件的位移或位置，并且力、压力、扭矩、速度、加速度、温度、流量等参数也可经转换为位移进行测量。位移测量时，首先要根据不同的测量对象，选择适当的测量点、测量方向和测量仪器。1位移传感器的分类2第一节参量型位移传感

2、器一、电阻式位移传感器3电阻、电容、电感式位移传感器的特点常用的位移传感器1.电阻式包括电位器式和电阻应变式两类。适用于几毫米到几百毫米的位移测量。2.电容式可用来测量0.1～10mm的线位移和1(″)到几十(°)的角位移。3.电感式　电感式位移传感器分为自感和互感两类。前者可适于测量较大位移(数mm到数百mm)，。互感式(±0.1～±200mm)，电涡流式位移传感器，可以测量小到微米级，大到几百毫米的位移。4电位器式传感器电位器是人们常用到的一种电子元件，它作为传感器可以将机械位移或其他能变换成位移

3、的非电量变换为电阻值的变化，并容易转换成电压的变化。电位器式传感器具有结构简单，价格低廉，性能稳定，对环境条件要求不高，输出信号大，易于转换，便于维修的优点。其缺点是存在摩擦，分辨力有限，精度不够高，动态响应较差，仅适于测量变化较缓慢的量，常用作位置信号发生器。图3-1(a)和(b)分别为直线位移和角位移传感器的外形图。5图3-1电位器式传感器的外形及电压转换原理图（a）直线位移传感器；(b)角位移传感器；(c)电位器的位移→电压转换原理图6线绕电位器结构和工作原理线圈绕于绝缘骨架上，滑动触点(电刷)

4、在移动过程中,从一匝滑到另一匝时，电阻值随位移发生变化。7电阻体是由电阻系数很高的极细均匀导线，按照一定的规律整齐地绕在一个绝缘的骨架上制成的。在它与电刷相接触的部分，将导线表面的绝缘去掉，然后加以抛光，形成一个电刷可在其上滑动的接触道。电刷通常是由具有弹性的金属薄片或金属丝制成，其末端弯曲成弧形，利用电刷与电阻本身的弹性变形产生的弹性力，使电刷与电阻元件有一定的接触压力，以使两者在相对滑动过程中保持可靠的接触和导电。电位器常用的电阻丝材料为铜镍合金（铜60％、镍40％），电刷为磷青铜，骨架为陶瓷酚醛

5、树脂等。8电位器式传感器的转换原理根据电工知识，我们很容易理解电位器的电压转换原理。电位器的位移→电压转换原理如图3-1（c）所示。设电阻体的长度为l，电阻值为R，两端所加（输入）电压为Ui，则滑动端输出电压为(3-1)式中，x为位移量。9电位器式传感器的结构与类型如图3-2所示，电位器由电阻元件、电刷、骨架等组成。其形式有直滑式和旋转式，旋转式有单圈和多圈两种。电刷由触头、臂、导向及轴承等装置组成；触头常用银、铂铱、铂铑等金属；电刷臂用磷青铜等弹性较好的材料；骨架常用陶瓷、酚醛树脂及工程塑料等绝缘材

6、料。电阻元件有线绕电阻、薄膜电阻、导电塑料电阻、导电玻璃釉电阻等。10图3-2电位器的原理图（a）直滑式；(b)单圈旋转式；(c)多圈旋转式11变阻器式传感器的性能参数:1)线性(或曲线的一致性);4)移动或旋转角度范围;2)分辨率;5)电阻温度系数;3)整个电阻值的偏差;6)寿命;变阻器式传感器的分类按测量类型：单圈电位器多圈电位器直线滑动式电位器12一、线绕电位器式传感器精密电位器机械位移信号电信号转换元件位移1.线绕电位器线绕电位器电阻元件由康铜丝、铂铱合金及卡玛丝等电阻丝绕制，因而能承受较高

7、的温度，常被制成功率型电位器，其额定功率范围一般为0.25～50W，阻值范围为100Ω～100kΩ。线绕电位器的突出优点是结构简单，使用方便；缺点是分辨率低，这是由于电阻丝是一匝一匝地绕在骨架上的，当接触电刷从这一匝移到另一匝时，阻值的变化呈阶梯式。131、线绕电位器的结构14152、线绕电位器的输出特性电阻灵敏度电压灵敏度线性电位器（1）空载下00LULUKscV==16（2）负载下令分压系数负载系数令分压系数负载系数17负载误差相对负载误差一定，对K求一阶导数，并令其=0，得：令分压系数负载系数1

8、8例2-1设电位器总电阻，要求负载误差0.1%，确定负载电阻。4、阶梯特性、误差和分辨率3、减小电位器负载误差的方法——负载系数减小法19阶梯误差电压分辨率行程分辨率20二、非线绕电位器式传感器1、薄膜电位器2、导电塑料电位器基体、电阻膜带、电刷、转轴、导电环合成膜电位器金属膜电位器3、光电电位器无接触式电位器光电导层暗电阻:绝缘体明电阻:良导体优点：精度、寿命、分辨率、可靠性高、阻值范围宽缺点：温度范围窄、输出电流小、输出阻抗较高结构复杂、体积和重量大