四、位移传感器.docVIP

位移传感器 1) 电涡流位移传感器-非接触式位移传感器 电涡流传感器是一种能将机械位移或振动幅度、转速转换成电信号输出的非电量电测装置，它由敏感探头（传感头）、变换器（前置器）、连接电缆及被测导体组成，是一种非接触测量位移、振幅和转速的理想工具。针对不同用途，这种传感器可以配接多种显示记录装置(如：与数字万用表、面板表及其它直流仪表可以组成用电池供电的便携式位移测量系统；配上有效电压表、峰值或峰值电压表、射线示波器、振子示波器、磁带记录仪等，可以组成动态测量系统；与计算机、打印机等可以组成自动测量系统，以便对工业生产中某些过程进行控制和监测，对零件的尺寸进行自动检测；与计数器连接，可用来对产品或零件自动计数)，应用灵活多变，现已广泛应用于电力、机械、交通、国防、科研等领域的振动位移和转速测量。 特 点 非接触测量； 测量范围宽（1μm～50mm）； 灵敏度高； 分辨率高（最高可达1μm）； 动态响应宽（0～2KHz）； 适应性强，可在油、水、高气压、强干扰等环境中工作； 工作温度高（－25℃～80℃）； 可配接多种测量、监控仪表，可与计算机A/D接口； 可长线传输； 使用寿命长。 工作原理 传感器头端部的电感线圈L被高频电流I激励，产生高频磁场Ф，当被测金属导体靠近这个高频线圈L时，由于Ф的作用，在导体表面产生涡电流，涡电流又产生与Ф相反的磁场Фe，以抵抗原磁场的变化。如图1所示，这一过程要损耗能量，使线圈L的电感量变化，损耗电阻增加，品质因数Q值变低。这些参数的变化量是随被测导体与线圈之间的间隙δ的大小而变化的。采用适当的电路检测这个变化量，即可实现位移或振幅的测量。变换原理如图2所示。 图1 涡流效应 图2 变换原理 电涡流位移检测系统 电涡流位移传感器的电气连接示意图如下： 电涡流位移传感器测量系统电气连接图 差动位移传感器-接触式位移传感器 差动变压器式位移传感器是利用差动变压器原理制造的。它可以把直线移动的机械量变换为电量，广泛的应用于各种位移量的测量或能转换为位移的各种物理量，如：伸长、膨胀、应变、压力等量的测量。 虽然目前实现尺寸测量的传感器有多种，但差动变压器式位移传感器（以下简称为LVDT）由于自身的特点在多种领域的位移测量系统中得到了广泛的应用。 差动变压器式位移传感器的构造原理 1、该传感器采用了差动变压器原理，实际上和普通变压器一样，由一个可移动的铁芯，一个初级线圈N1和两个次级线圈N2-1，N2-2组成。两个次级线圈反串联即差接输出（如图1）。 图1 初级线圈接入音频激磁电源后，由于互感作用两个次级线圈分别产生了感应电动势E2-1与E2-2，把两个二次线圈的同名端相接，在另一对同名端就可以获得一个与铁芯位移成线性函数关系的“V”型电压的特性曲线。当铁芯位于两个二次线圈中间位置时，两个线圈的电动势相等，E2-1－ E2-2＝0，输出电压应为0，把这个电压称之为零点电压或称为残余电压。（由于在制造过程中的各种因素影响传感器的零点电压不可能为0）。 当铁芯偏离中间位置时，两组线圈的互感发生变化，两个次级线圈中的感应电动不再相等，便有电压输出，其大小和相位取决于铁芯的位移量的大小和方向，如图2。 差动变压器式位移传感器的特点 DC－LVDT是把振荡器，相敏解调器与差动变压器封装在一起，只需提供稳定的直流电源，就能获得与位移量成线性关系的直流电压输出。因输出信号较大，因此，可直接配接各种记录仪，显示仪表。 (1) 可在较恶劣的环境下工作。 (2) 由于LVDT的可动部分铁芯与固定部分线圈之间本质上是非接触的，在实际使用中误差也很小。 (3) 由于工作时本质上没有摩擦，因此，有极长的平均无故障时间。 (4) 有无限分辨力，实际的分辨能力取决于显示仪表的精度。 (5) 有很宽的测量范围。 (6) 灵敏度高，输出信号大，配套使用的二次仪表相应比较简单，抗干扰能力较强。 (7) LVDT温度系数较小，因此适用于环境温度变化的场所。 (8) LVDT输出的频响较宽，频响范围为＜150HZ，因此，能满足一般的测量及控制系统中应用。 此外，由于LDVT结构比较简单，因此与其他结构形式的传感器比较售价较低。 内部结构图 我公司生产的差动变压器式位移传感器按结构上的分类一般有以下三种： 传感器的铁芯与壳体壳可分开的－铁芯可分离式。内部结构如图3。 图3 传感器的铁芯与壳体不能分开。而铁芯导杆的往复活动均再导向孔内运动，内部结构如图4。 图4 在导向式的基础上增加复位弹簧，即为导向回弹式。复位弹簧的产品仅在100mm以下的量程中的产品才有，内部结构如图5。 图5 图5 差动位移传感器测量系统电气连接图 拉绳位移传感器 特 点 钢丝绳由自卷弹簧始终收紧 由钢丝绳的直线位移转换成旋