位移传感器的应用范围广泛,除了测量位移外,经过机械或力学原理的结构或联结还可以用它制作压力、速度、加速度、流量、液位的等传感器。例如电容式加速度传感器,即在位移传感元件的机械结构上加上一质量为M的重块和弹簧组成的系统,应用F = Ma公式,使位移传感元件的输出电压与重块运动的加速度成正比,将传感元件的位移量转换为加速度量,即可制成加速度传感器。
在这些机械测量的传感器中,目前结构型的位移传感器占主要地位。依靠传感器结构参数的变化而实现信号变换的称结构型位移传感器。其中电阻应变式(包括压力)应用最广泛,产品的产量最大。其次是差动电感和差动变压器式位移传感器,它的线性好、量程大、分辨力高,国内已有定型产品。差动变压器式除了应用集成电路技术,制成DC/DC(直流/直流)位移传感器外,目前国内已研制成高载频(200KHz)的产品,它具有某些显著特点,颇有发展前途。电涡流式位移传感器由于它能进行非接触式测量,适用于测量振动、位移,且耐油、污,因此应用比较广泛。电容式传感器由于它分辨力高、量程宽、能进行非接触或厚度测量,应用也比较广泛。在机床加工或自动控制上,用光栅、感应同步器、磁栅等位移传感器,它们的量程大、分辨力高。但因它们使用安装条件要求较高,适用与机床的工件尺寸的加工。光电式位移传感器的精度高、可靠,能进行非接触测量,能测量位移、小孔、狭缝及细丝的直径,可用于瞄准,可制成机器人的“眼睛”,随着光敏器件性能的提高,是有发展前途的。光纤式位移传感器由于它的体积小,抗干扰、灵敏度高,也是很有发展前途的。但由于它存在着某些技术问题,还需继续研究解决。霍尔效应式位移传感器虽易受温度影响,但随着半导体技术的发展,其性能将会进一步提高。喷射式位移传感器由于它是喷射气体,没有电的元件,适用于易燃易爆环境,避免爆炸燃烧,有它独自的特点。但非线性大,需要改进。
综合国内、外各种形式位移传感器的主要新能指标,列与表1.2中(几种典型的)。需指出的是,表中列出的性能指标,不是针对某一个典型位移传感器,而是综合国内外先进性能指标而言的。
表1.2
原理 | 量程 | 精确度 | 线性度 | 分辨力 | 优点 | 缺点 |
电阻式-电位器 | 1~300mm | ±0.1~1% | 0.01mm | 简单、稳定 | 分辨力不高、易磨损 | |
电阻式-电阻应变计 | 1-50mm | 0.1~0.5% | 0.1~0.5% | 1微应变 | 精确度高、线性好 | 量程受限制 |
电感式-差动电感 | 1~200mm | 0.2~1% | 0.1~1% | 0.01um | 量程大、线性好、分辨力高 | 有残余电压、精度受限制 |
电感式-变磁路气隙 | 0.2~0.5mm | 1~3% | 1~3% | 1um | 灵敏度高 | 量程小、精确度不高 |
电感式-差动变压器 | 1~1000mm | 0.2~3% | 1~0.5% | 0.01um | 线性好、分辨力高 | 有残余电压、精度受限制 |
电涡流 | 1~100mm | 3% | 1~3% | 0.05um | 结构简单、非接触式测量、耐油、污、水 | 被测对象的材料不同,灵敏度改变 |
光纤 | 0.5~5mm | 1~2% | 0.5~1% | 0.01um | 体积小、灵度高、抗干扰 | 量程受限制、制造工艺要求高 |
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