位移检测传感器

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分类示意图
+
a) 极距变化型;
+
+
CC SS00r rS d d
b)面积变化型:角位移型,平面线位移型,柱面线位移型.
+
+
+
+
+
+
c) 介质变化型
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1.变极距式电容传感器
当动极板受被测物体作用引起位移时， 改变了两极板之间的距离δ ，从而使电容量 发生变化。
电位计结构及电源电压一定时,
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KR 和Ku为常数.
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对角位移式电位器来说，Uo与电刷的旋转
角度成正比：
Uo


360 Ui
实际线绕电位计的电刷移动时，每移动一匝线圈
使其阻值和输出电压产生一次跳跃，其输出空载特
性不是直线，而呈阶梯状，称为阶梯特性。
线绕电位计的阶梯特性限制了其精度和分辨力。
变极距式电容位移传感器具有较高的灵敏 度，但电容变化与极距变化之间为非线性关 系。
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变极距式电容传感器的特性曲线
δ
Δδ1
Δδ2
δ
a） 结构示意图 b）电容量与极板距离的关系 1—定极板 2—动极板
从图中可以看到，当变极距式电容传感器的初始
极距δ 0较小时，它的测量范围变大还是变小？为了提
A
E
R0 U0
C
x
2R0
B
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二、电阻应变式位移传感器
工作原理：将被测位移引起的应变元件产 生的应变，经后续电路变换成电信号输出，从 而测出被测位移。
电阻应变式位移传感器基本结构见教材P15
图2-4。第四章详细介绍。
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三、电容式位移传感器

+
S
平行板的间距d 远小于平行板的 尺寸时，边缘效忽略。平行板
阶梯误差由线绕电位计的匝数决定,线径越小,同样
长度的骨架所绕的线圈匝数越多，阶梯误差越小,分
辨力越高。
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2.非线性电位计空载特性 非线性电位计其输出电压（或电阻）与电刷 位移之间具有非线性函数关系，其空载特性为 一条曲线，其电阻灵敏度KR=dR/dX，电压灵 敏度KU=dU0/dX均为变量，其值与电刷位移X 有关。最大阶梯误差发生在特性曲线斜率最高 处。 非线性电位计的结构形式有变骨架式、变节 距式、分路电阻式和电位给定式等。
位移分为线位移和角位移两种，测量位移的 常用方法有机械法、光测法和电测法。
电测法是利用各种传感器将位移量转换成电 量或电参数，再经后接测量仪器进一步变换完 成对位移检测的一种方法。位移测试系统由传 感器、变换电器、显示装置或记录仪器三部分 组成。常用位移传感器有电阻式、电容式、涡 流式、压电式、感应同步式、磁栅式、光电式 等。
高灵敏度，应使当δ
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0小些还是大些？
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设极板间的初始距离为δ 0时，电容 量为C0：
当极板间的距离减小Δ δ 时，电容 量为C：
电容的增量为：
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当Δ δ
/δ
0
«1时，C
C0
/ 0 1 / 0

0
在小位移时，电容位移传感器的
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第一节 参量型位移传感器
工作原理：将被测物理量转换成电参数，即 电阻、电容或电感。
一、电阻式位移传感器
电阻式位移传感器的电阻值取决于材料的几何尺寸
和物理特性，即：
R


L
S
式中 ρ—导体电阻率（Ω·m）；L—导体长度（m）
S—导体横截面积（m2）。
改变其中任一参数均可使电阻值发生变化。电位计
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4.图示为某电位计式位移传感器的检测电路。
E=10V，R0=10K，AB为线性电位计，总长度为150mm， 总电阻为30K，C点为电刷位置。
（1）计算输出电压U0=0V时的位移X；(100mm) （2）当位移X的变化范围为10——140mm时，计算输 出电压U0的范围。(-6V—2.67V)
灵敏度为：
**K

C


C0
0

S 02
常数
变极距式电容位移传感器只适用
于小位移的测量。
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为提高灵敏度，改善线性度，可采
用差动电容传感器。当动极板处于平衡
位置时，d1=d2=do，则C1=C2=Co，Δ C=C1C2=0；当动极板右移⊿d时，d1=do-⊿d, d2=do+⊿d，电容总的相对变化为
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考题分析： 1.电位计式位移传感器，其后接测量仪器的输入电 阻对传感器的输出特性有何影响？如何减小这个影响？ （并联分流，产生测量误差，应使R输入》R传） 2.设一圆型截面绕线式位移传感器的线圈半径为5mm， 共绕制了100圈，线圈总电阻为1K，则传感器的灵敏度 为多大？（1/π Ω /mm） 3.绕线式线性电位计式位移传感器每厘米绕制200圈， 所以分辨力为 0.05 毫米。
和202应0/1/变31 片就是根据这一原理制成的。
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电位计通常由截面相等的骨架、绕于骨架 上的电阻丝线圈（电阻元件）和沿电位器移动 的电刷等部分组成。电刷相对电阻元件可作直 线运动、转动或螺旋运动，将直线位移、角位 移成比例地转换成电阻量的变化（线性），非 线性电位计可将线位移和转角变换成与之成某 种函数关系的电阻或电压输出。
电位计的电阻有线绕电阻、薄膜电阻、导电 塑料（有机实芯）电阻等。
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1.线性电位计的空载特性
线性电位计单位长度(或转角)的电阻值为常数。
如图，有：R / L = RX / X
则：
RX

RX L
KRX
KR——电位计的电阻灵敏度（ Ω/m ） 电位计的空载电压为： Ku——电位计的U电0 压 灵ULi敏X度（KUVX/m）
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采用差动传感器，灵敏度提
高了一倍，非线性误差大大
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减小。
2.变面积式电容传感器
图a是平板形直线位移式结构，极板1
为动极板，可左右移动；极板2为定极板，
固定不动。当位移x=0时，两极板完全重合，
此时电容量为：
C0

a0b
d0
当动极板移动x后，电容为： C
δ 电容器的容量：C S 0 r S
电力线
-


平行板电容器
式中：ε ——极板间介质的介电常
数（F/m），ε r为介质的相对介电常数，
ε 0=8.85×10-12（F/m），真空介电常数；
S ——极板面积（m2）；δ ——极板间距（m）。
固定三个参量中的任意两个，可以做成变极距式、
变面积式和变介电常数式电容位移传感器。