第三章角度和角位移传感器
3 13 各种角度传感器的性能比较及发展方向
0.1 %
结构 简单，测景 范固
分 2曾为 {j 限 ， 存在
F. S.
0.1-1 % 广 ， 输 出 信号大 ， tt平
扰 能力 强，精度校高 分 辨力窝 ，耐磨 位
好 ， 阻值 范 图宽
接触摩擦 ， ïJJ i怒 响应
量t·
按触电 阻 和噪声
电位 锋 式 光电 l包 仪器式 风标式
迎 角
。 - 330.
0.2-5 % 3%
ζ1 %
2-6'
较高.
大 ， 附加力矩校大 . 阻匹 配 交 换缆，线
。- 330.
无路山力矩， 分 辨为
肉 ，，(f 食长，响 应 向
网上 性 能稳定可拿
抗 触电阪大 接
要求
f 15 . 士 20.
1200 kg / m%
时为 O.
工 作压力
位较 22
1.
J也变计式 流向:t!:
倾斜角传感器在建筑土建大型设备的倾角测量炮位射角的校正平适合子不同的工作环境和技术要求随着国民经济的发展对倾斜角传感器的要求必将日益增多新的倾斜角传感器必将不断涌现它主要用于标准计量中作为角度基准
~ 3. 13
各种角度传感器的性能比较及发展方向
角度和角位移传感器的种类繁多，适用于各种不同的应用场合。 电位器式传感器是应用最早的一种。它结构简单、工作可靠，易于实现各种函数要求。
360 . 360 . 360.
士 40.
2-5'
网上.
小角 度时
0. 1 %。
同上.
阁小
精度 不 商， 线性范 网上
感电机
徽动同
3-20 ' 1;...., 3'%. 25' 2' 0.1 '
第三章角度和角位移传感器
(3 . 2-3)1
L.• = 一3旦60;:-1tD
5. 求出 导线直径 d
d = j#卜f-4 叫 →o仇.川0
(3.2-4).
(3~ 2 一日，
式中 0.0ω3 是环形电位器导线臣间间隙.
6队. 求总电阻 R
R= 卫L
?dzj
(3 . 2一份，
式中 U.一电位器端电压 (V) J j一允许电流密度 (A/mm').
移，可用任一垂直于转轴的直线(例 如 δ五〉在这个时间内转过的
角度。来表示。如图 3. 1. 1 所示。
~ 3. 1. 2 有关公式
角速度 ω 公式为
图 3. 1 .1 角位移
dB
ω - dt
(3.1-1)
式中 dt一单位时间，
d8一单位时间内的角位移。
角加速度 α 公式为
= dZ(}
a dt2
(3. 1-2)
7. 确 定 骨架高度 h 一臣导 线长度 L. 为
10 = 60', l' = 60" 。
3. 百进制
百进制是将整个圆的圆心角分成 400 等分 ， 每一等分记作 1 B' 1 B 分成 100 等分，每一
等分记作 1. ， r 分成 100 等分，每一等分记作 1飞 19=100C， 1" =10俨.
4 . 密位制 e密位"是军用光学仪器的一科角度计量单位，常见于炮用测角仪中。目前世界各国对密 位的定义不统一，主要有两种 z
工作原理 线绕电位器式角位移传感器的工作原理如图 3 . 2 . 1 所示。 它是将传感器的 转
~ --， _3 轴 与 破 测 角度的转轴相 连。当被测物 体转过一个角 度时 ，电 刷在电位器上有一 个相对应的角位移，在输出端就有一个与
角位移传感器4
维修保养
检查平衡框架的动作是否灵活，滑块组件是否 完好，紧固螺钉是否松动或脱落
若发现滑块组件有严重磨损须及时更换 检查阻尼杯附近是否有漏油的痕迹 若发现阻尼油盒漏油，可添加阻尼油。阻尼油
牌号：硅油201~42500甲基硅油； 检查电连接器处是否松动或破损，须及时上紧
或更换
角位移传感器就讲这些
K2 1u
R7
R9 14k
6
7
D 描 图
-1 5
14k
OP2B
+VCC
R11 14k
D
-VC C
LM747
9
13 4 3 14
5
-VC C
OP3A
描校
旧底图总号
E
-A -A AA
10
8
R8 14k
1
LM747
+VCC
6
7
OP3B
K8
12
LM747
2
9 5
10n
R10
+VCC
8
14k
10
E
底图总号
-1 0 -10
生产过程简单介绍
零件金加工 摆垂组装 摆垂组装,圆弧精加工 摆垂静平衡 摆垂称重,测力矩 总装配 阻力检查 注硅油 调摆返(响应)时间 调0点 调100（120）特性点 功能测试 出厂检验
ห้องสมุดไป่ตู้
安装
现场作业时应注意，当摆处于非工作状态时， 两边一定要用支承挡撑住，以免摆锤来回晃动， 影响电子摆寿命
请提问题和建议 请介绍宝贵经验
请提问题
角位移传感器
2044 2013抄平传感器结构和工作原理
世纪铭创-角度传感器、角位移传感器技术参数
电流输出低温漂范围可设定宽输入电压角度传感器主要特性◆测量范围：0～360°◆量程可选◆信号输出：4～20mA◆低温漂：MCJSI420A ：±60µA(最大)MCJSI420B : ±20µA(最大)◆供电范围：8V～28V◆反向保护：40V(最大)◆工作温度：-40℃～+85℃(特殊) ◆防护等级：IP66产品应用◆卫星通信车天线角度测量◆汽车方向盘◆医疗器械◆纺织机器◆电机转动控制◆吊车、起重机、挖掘机等工业设备◆节气阀门◆机器人姿态控制◆旋钮开关概述MCJSI系列角度传感器，通过感应安装在传感器转轴一端的永久性磁铁的平行磁场强度，测量出传感器转轴的绝对角度位置。
测量角度范围根据用户需求可在0～360°范围内设定。
输出电流信号4～20mA，具有反向保护。
该系列角度传感器8V～28V的电源供电，具有反向保护。
采用非接触测量角度的方式使传感器的耐用性取决于传感器轴承。
该型角度传感器使用优质轴承，保证了传感器长期可靠使用。
该特点使其成为替代接触式角度传感器，如导电塑料的绝佳产品。
该系列角度传感器具有较小的测量误差(±0.3°)和较小的信号温漂(±60µA)。
技术规格参数MCJSI420A MCJSI420B 单位测试条件/注释输出信号IOUT噪声(1)噪声(2) 反向保护(3)最小值典型值最大值最小值典型值最大值mAmVmVmVVRLOAD=240ΩIOUT=4mA VP-PIOUT=20mA VP-PVP-P4 2010203404 201020340负载电阻(4) 1000 1000 ΩVCC=24V分辨率(5)精度0.022±0.3±0.7±1.0±1.50.022±0.3±0.7±1.0±1.5DegT A= 25℃0～90°0～180°0～270°0～360°响应时间600 600 µS温漂(6) ±60 ±20 µA -25～+80℃测量范围(7)0 360 0 360 Deg电源要求VCCICC(8)反向保护(3)8 2814408 281440VmAVT A= 25℃VCC=24V使用温度存储温度-25 80-40 85-40 125-25 80-40 85-40 125℃℃℃标准特殊防护等级IP 60(1) 输出电流信号没有滤波。
位移的测量
敏度的位移测量。
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3.3 常用位移传感器测量电路
3.3.1电感式传感器
电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感量的 改变这一物理现象来实现测量的。根据转换原理不同，电感 式传感器可分为自感式和互感式两大类。人们习惯上讲的电 感式传感器通常是指自感式传感器。而互感式传感器由于它 是利用变压器原理，又往往做成差动式，故常称为差动变压 器传感器。
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3.3 常用位移传感器测量电路
采用差动式结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对外界 影响，如温度的变化、电源频率的变化等也基本上可以互相 抵消，衔铁承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。 所以，实用的电感传感器几乎全是差动的。
(2)电感传感器的测量电路 电感传感器可以通过交流电桥将线圈电感的变化转换成电压
式中，
——空气隙厚度; ——空气隙的有效截面积; ——真空磁导率，与空气的磁导率相近。
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3.3 常用位移传感器测量电路
因此电感线圈的电感量为：
此式表明，当被测量使 , 或 发生变化时，都会引起 电感L的变化，如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另 一个参数，电感量即为该参数的单一函数。由此，电感传感 器可分为变隙型、变面积型和螺管型三种类型，如图3-2所 示。
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3.3 常用位移传感器测量电路
差动变压器式传感器也有变气隙式和变面积式，但最多采用 的是螺管式。图3-6为螺管式差动变压器的结构示意图。
差动变压器工作在理想情况下(忽略涡流损耗、磁滞损耗和分 布电容等的影响)，它的等效电路如图3-7所示。图中u1为一 次线圈激励电压;M1、M2分别为一次线圈与两个二次线圈间 的互感；L1、R1分别为一次线圈的电感和有效电阻；L21、 L22分别为两个二次线圈的电感；R21、R22分别为两个二次 线圈的有效电阻。
第三章 电容式传感器
C d 2 C0 d0 非线性误差为： d 3 2 d0 d r 100% 100% d d0 d0
减小
C C0 A 2 2 2 灵敏度： S d d0 d0
提高一倍
18
差动式比单极式灵敏度提高一倍，且非线性误差大为减 小。由于结构上的对称性，它还能有效地补偿温度变化所 造成的误差。
弹性体
绝缘材料 定极板
极板支架
动极板
36
在弹性钢体上高度相同处打一排孔，在孔内形成一排平行 的平板电容，当称重时，钢体上端面受力，圆孔变形，每
个孔中的电容极板间隙变小，其电容相应增大。由于在电
路上各电容是并联的， 因而输出反映的结果 是平均作用力的变化， 测量误差大大减小 F
（误差平均效应）
电容式称重传感器
T1 T2 UA U 1 ，U B U1 T1 T2 T1 T2
UA、UB—A点和B点的矩形脉冲的直流分量； T1、T2 —C1和C2充电至Ur的所需时间； U1—触发器输出的高电位。
29
C1、C2的充电时间T1、T2为：
U1 T1 R1C1 ln U1 U r U1 T2 R2C2 ln U1 U r
0 A
dg
g
d0
云母片的相对介电常数是空气的7倍，其击穿电压不小于 1000 kV/mm，而空气的仅为3kV/mm。 有了云母片，极板间起始距离可大大减小,同时传感器的输 出特性的线性度得到改善。
12
13
14பைடு நூலகம்
差动电容式传感器
定极板 动极板 C1 d1 C2 d2 定极板
15
初始位置时，
3
电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三 种类型。
《移动机器人》课件-第3章 移动机器人传感器
• 随机噪声信号：随机噪声主要来源于MEMS传感器上的控制转换电路的
电路噪声、机械噪声和传感器工作时的环境噪声。随机噪声信号带来的
误差会严重影响传感器的测量精度。使用扩展卡尔曼滤波可以获得最优
状态估计，降低噪声的影响，从而提高传感器的测量精度。
路、通信和电源为一体的完整微型机电系统。
MEMS传感器主要优点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、
易于集成等，用MEMS工艺制造传感器、执行器或者微结构，具有微型化、
集成化、智能化、成本低、效能高、可大批量生产等特点，产能高，良品
率高。
如图是亚德诺半导体公司Analog Devices Inc.（简称ADI）推出一种经典
• 对移动机器人来说，内部传感器是用于测量移动机器人自身状态
的功能元件，并将所测得的信息作为反馈信息送至控制器，形成
闭环控制。内部传感器主要检测移动机器人的行程及速度、倾斜
角等。常用的移动机器人内部传感器包括：
• 编码器
• 陀螺仪
• 惯性测量单元IMU
移动机器人
4
3.2 内部传感器
• 3.2.1 编码器
主要由光栅盘和光电检测装置构成，分为增量式编码器、绝对式编码器。
移动机器人
7
3.2 内部传感器
• 3.2.1 编码器
2. 光学编码器
• 增量式编码器
增量式编码器可以记录编码器在一个绝对坐标系上的位置。
右图是光电式增量编码器的结构原理图。
结构中最大的圆盘上刻有分布均匀的辐射状窄缝，窄缝分
布的周期为节距。当圆盘随着被测轴转动时，检测窄缝不
难导致成本高昂，这使得早期的惯导系统造价高。
机电一体化第三章
M
U0
RL
RL
理想值
Rl2
实测值
RL>RL1>RL2
图3-14 永磁式测速机测量电路图 图3-15 直流测速机输出特性
11
直流测速机的特点是输出为线性，斜率大、线性好，但由于 有电刷和换向器，构造和维护比较复杂，摩擦转矩较大。
直流测速机在机电控制系统中，主要用作测速和校正元件。 在使用中，为了提高检测灵敏度，尽可能把它直接连接到电 机轴上。有的电机本身就已安装了测速机。测速电机输出的 模拟电压直接送到速度换比较器中用于速度控制。
发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源 于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管 及红外发射二极管。接收器有光电二极管、光电 三极管、光电池组成。在其后面是检测电路，它 能滤出有效信号和应用该信号
23
输出
图3-21 透光型光电传感 器接口电路
在透光型光电传感器中， 发光器件和受光器件相 对放置，中间留有间隙。 当被测物体到达这一间 隙时，发射光被遮住， 从而接收器件（光敏元 件）便可检测出物体已 经到达。这种传感器的 接口电路如图3-21所示。
位置传感器分接触式和接近式两种。所谓接触 式传感器就是能获取两个物体是否已接触的信息 的一种传感器；而接近式传感器是用来判别在某 一范围内是否有某一物体的一种传感器。
14
一、接触式位置传感器
这类传感器用微动开关之类的触点器件便可构 成，它分以下两种。
1．由微动开关制成的位置传感器
它用于检测物体位置 ，有如图3-17所示的几种
16
二、接近式位置传感器
接近式位置传感器按其工作原理主要分：电磁式、 光电式、静电容式，基本工作原理可用图3-19表示 出来。
角度位移传感器的结构及应用
导电塑料位移传感器使用时一般按分压器原理以电压输出或转换电流输出（4~20ma）与轴旋转角度或直线位移成高精度的线性关系。
其特点是高精度、高寿命、高平滑性、高分辨率。
可用作位置反馈、位置检测、电平调节等。
通常用于工业自动化、精密仪器仪表、电动执行器、纺织、注塑、数控的机床设备、医疗器械、汽车、火车、飞机、军舰、导弹等领域中的自动控制系统、伺服系统、信息反馈系统。
传感器结构主要是由电阻元件、轴、电刷、壳体、盖等组成，另加位移变送器或数字显示器。
旋转式传感器有单联、双联二种，它们安装形式相同，分为螺母固定（如wdj27—1型）、螺钉固定（如wdj36—1型）和压板固定（wdj36—4型）三种，电信号引出一般采用接线柱形式。
直滑式传感器的安装形式一般采用螺钉固定，电信号引出有三种形式：接线桩式（如：wdm14系列）、插座式（如cfy电子尺系列）和导线式（如cwy系列）。
三个接线柱或红、黄、蓝三根线对应标牌标记1、2、3分别表示：1是输入端;2是输出端;3是接地。
（请注意：如果引出端2接错线会烧坏传感器）轴从1端到3端角度旋转或直线位移时阻值发生变化，由2端按线性规律高精度输出，同时通过变换电路将阻值变化转换为信号显示。
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机械工程测试技术基础张军第三章2
被测机械量——电感量（互感量） 分类：自感型——（可变磁阻式、电涡流式) 互感型——（差动变压器式） 变换原理：基于电磁感应
一、可变磁阻式电感传感器
工作原理 ： 由电工学知，线圈自感量L为
W——线圈匝数 Rm ——磁路总磁阻
如果空气隙δ较小，而且不考虑磁路的铁损时，总磁阻
测量电路
§3-6 压电式传感器
被测机械量——压电敏感元件的电荷输出
一、压电材料与压电效应
压电效应
正压电效应：某些晶体在其表面施加力，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极化，在其表面出现电荷，形成电场；当外力消失时，材料重新回复到原来状态，这种现象成为正压电效应。 逆压电效应：将这些晶体置于电场中，其几何尺寸也发生变化，这种由于外电场作用导致物质的机械变形的现象，称为逆压电效应，或称为电致伸缩效应。
六、应用
正压电效应测力（加速度、扭矩） 逆压电效应振动送料器、执行器
加速度计
力传感器
YDS-78Ⅰ型石英压电传感器 测力范围：5000N 分辨率：0.01N 线性误差：<±1% 电荷灵敏度：3.8～4.2pc/N 绝缘电阻：>5×1013Ω 固有频率：50KHz 工作温度：-60～+140℃ 重量：10克 尺寸：ф18mm×7mm 获省科技成果一等奖
工作原理：电涡流现象： 金属板置于一只线圈附近，相互距离为δ。当线圈中有一高频交变电流I通过时，便产生磁通φ1。此交变磁通通过邻近的金属板，金属板上便产生感应电流i1。这种涡电流也将产生交变磁通φ1。根据楞次定律，涡电流的交变磁场与线圈的磁场变化方向相反，φ1总是抵抗φ的变化。由于涡流磁场的作用使原线圈的等效阻抗Z发生变化，变化程度与距离δ有关。
不同角位移传感的介绍
不同角位移传感的介绍角位移传感器，也称角度传感器，是一种能够测量物体旋转角度的装置。
在众多工业和机械应用中，角位移传感器是至关重要的组成部分，它们可以在测量位置安装配对物件的角度变化的过程中发挥重要作用。
以下是不同角位移传感器的介绍。
旋转电容角位移传感器旋转电容角位移传感器利用大致线性的电容变化来测量角位移。
该传感器大大改善了机械旋转器中的可靠性，因为它不涉及机械移动部件。
它更适用于应用程序要求高精度或高速度时，因为它对机械变化要求不高且反应速度快。
其核心部分由定子和转子两个平行电容器组成，转子上是触发电极，该电极会随着角位移的变化而发生变化。
实时测量旋转角度时，电容的值将用于计算转角的准确度。
该传感器广泛应用于机器人技术、生物医学研究等领域。
光学角位移传感器光学角位移传感器是测量角位移的一种非接触传感器。
该传感器以光学加工技术为基础，使用角度编码器来对机械移动进行精确定位。
光学传感器使用相对位置比较而非直接读取角度。
光电二极管固定在角度编码器的平行平面上，如果移动，则会使遮蔽物移动，从而使光照射在光电二极管上的时间发生变化，与此同时，角度编码器本身也有一些特性，可以被用作反射器来使测量更可靠。
适用于机器人、汽车工程、测量仪表和医学设备的应用程序。
磁致伸缩角位移传感器磁致伸缩位移传感器也称作磁致伸缩感应（MI）传感器，是一种测量转动或线性位移的传感器。
该传感器通过将磁导体放在输出杆上，形成一个包围在其周围的电感电路，然后将磁场值的变化与输出电流的电流合成与信号共存的负载进行比较转换。
该传感器具有轻巧的重量和小型化体积，在低电压条件下提供高带宽和高输出信号的优点，他们被广泛用于飞机飞行控制设备、机器人、工业自动化、医疗设备、汽车等设备的控制和测量。
压电角位移传感器压电位移传感器是基于压电效应原理的传感器，它适用于测量多种位移情况，包括线性位移、弯曲位移、扭曲位移和角位移。
当该传感器受到压力和/或应力时，会产生电荷，这些电荷可以通过电缆传递到放大器等其他电子设备。
各种自动化传感器的使用ppt课件
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传感器的分类
▪ 按原理分类：
优点是：对传感器的工作原理比较清楚，类 别少，有利于传感器专业工作者对传感器的 深入研究分析。
缺点：不便于使用者根据用途选用。
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四、传感器的命名法
▪ 由于结构上的特点，这种传感器还有较大的噪声。 电刷和电阻元件之间接触面的变动和磨损、尘埃 附着等，都会使电刷在滑动中的接触电阻发生不 规则的变化，从而产生噪声。
▪ 变阻器式传感器被用于线位移、角位移测量， 在测量仪器中用于伺服记录仪器或电子电位差计 等。
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3.2 电阻式传感器 变阻器式传感器产品
➢ 能量控制型传感器在信息变化过程中，其能 量需要外电源供给；(无源传感器)
➢ 能量转换型传感器主要由能量变换元件构成， 不需外加电源；(有源传感器)
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传感器的分类
▪ 按测量原理分：
➢ 电参量式传感器(电阻式、电感式、电容式) ➢ 磁电式传感器(磁电感应式、霍尔式、磁栅式)； ➢ 压电式传感器； ➢ 光电式传感器； ➢ 气电式传感器； ➢ 热电式传感器； ➢ 波式传感器； ➢ 射线式传感器； ➢ 半导体式传感器； ➢ 其他原理的传感器。
④输出、输入有对应关系，且应有一定的精 确程度。
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传感器的应用领域
▪ 1.传感器在工业检测和自动控制系统中的 应用
➢ 工业自动化、全自动、半自动生产线 （石油、化工、钢铁、铁路、机械、电力） ➢ 自动控制系统 （正确的信息检测 准确的控制）
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测试技术第三章1
燕山大学机械学院
传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息， 传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息，并 按一定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置。 按一定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置。 目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从 目前，传感器转换后的信号大多为电信号。 狭义上讲， 狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信 号的装置。 号的装置。
3) 应变片的主要参数
燕山大学机械学院
1）几何参数：表距L和丝栅宽度 ，制造厂常用 ×L ）几何参数：表距 和丝栅宽度 和丝栅宽度b，制造厂常用b× 表示。 表示。 2）电阻值：应变计的原始电阻值。 ）电阻值：应变计的原始电阻值。 3）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。 ）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。 4）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、 ）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、 蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。 蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。
燕山大学机械学院
燕山大学机械学院
百分表式电阻应变位移传感器
燕山大学机械学院
量程 全量程输出 电测综合误差系数 WBD－ 10 0-10mm 1000uε ≤±2uε WBD－ 30 0-30mm 3000uε ≤±6uε WBD－ 50 0-50mm 5000uε ≤±10uε WBD－ 100 0-100mm 10000uε ≤±20uε
直线型
3
旋转型
1 2 3
3.2 电阻式传-变阻总长;RL负载电阻;x-电刷移动量. 等效电路分析: 2 1 x xp 3 Ein Rx
Ein 1+
R p Rx Rx RL Rx + RL
Rp-Rx Eout RL
线位移传感器、角位移传感器、转速传感器的分类及各种类型的工作原理 -回复
线位移传感器、角位移传感器、转速传感器的分类及各种类型的工作原理-回复在工程和科技领域中，传感器起着至关重要的作用。
传感器是一种能够感测和测量物理量并将其转化为可用信号的设备。
其中，线位移传感器、角位移传感器和转速传感器是常见的传感器类型，在各自的领域中发挥着重要的作用。
本文将逐步介绍这些传感器的分类以及各种类型的工作原理。
一、线位移传感器（Linear Displacement Sensor）线位移传感器是一种用于测量物体位置移动的传感器，它能够测量物体在一个直线轴上的位移。
线位移传感器广泛应用于工业自动化、机械工程、汽车工业等领域。
根据工作原理的不同，线位移传感器可以分为接触式和非接触式传感器。
1. 接触式传感器（Contact Sensors）接触式传感器通过物体与传感器之间的接触来测量位移。
常见的接触式线位移传感器有电阻式、电感式和电容式传感器。
- 电阻式传感器（Resistance Sensors）电阻式传感器基于电阻的变化来测量位移。
当物体移动时，导电材料的电阻会发生变化，进而改变电路中的电流或电压。
通过测量这种变化可以获取位移信息。
电阻式传感器具有较高的精度和稳定性，但由于依赖物体与传感器的接触，容易在长时间使用后产生磨损。
- 电感式传感器（Inductive Sensors）电感式传感器利用线圈的感应效应来测量位移。
当物体靠近传感器时，线圈的感应范围会发生改变，进而改变电路中的电感值。
通过测量电感的变化可以确定位移信息。
电感式传感器具有较高的耐用性和适应性，但对于非金属物体的测量精度较低。
- 电容式传感器（Capacitive Sensors）电容式传感器利用电容的变化来测量位移。
当物体接近传感器时，电容的值会改变。
通过测量电容变化的方式可以得到位移信息。
电容式传感器具有较高的灵敏度和测量精度，但在环境湿度变化较大时容易受到影响。
2. 非接触式传感器（Non-contact Sensors）非接触式传感器通过无接触的方式来测量位移，常见的非接触式线位移传感器有光学传感器和磁电传感器。
第三章 位移的检测
涡流式传感器
电磁炉内部的励磁线圈
涡流式传感器
电磁炉的工作原理
高频电流通过励 磁线圈，产生交 变磁场，在铁质 锅底会产生无数 的电涡流，使锅 底自行发热，烧 开锅 内 的 食 物。
涡流式传感器
三、涡流的分布和强度
涡流的分布： 因为金属存在集肤效应，电涡流只存在于金属导体的表面 薄层内,存在一个涡流区，实际上涡流的分布是不均匀的。涡 流区内各处的涡流密度不同，存在径向分布和轴向分布。
第三章 位移的测量 3.1概述
位移的测量：对线位移和角位移的测量的总 称。 包括：长度、厚度、距离、物位、高度、镀 层、表面粗糙度、角度等的测量。 1、直接非电测量：利用喷嘴-挡板，通过流 量测位移； 2、将位移量转化为模拟电量： ①位移使传感器的结构变化产生电信号； ②位移量转化为数字：如光电式编码器、磁 电式感应同步器等。
标定位移时的实验数据及曲线
自感式传感器
相敏整流电桥
自感式传感器
压力测量用的膜盒
膜盒由两片波纹膜片焊接而成。所谓波纹膜片是一种压 有同心波纹的圆形薄膜。当膜片四周固定，两侧面存在压差时， 膜片将弯向压力低的一侧，因此能够将压力变换为直线位移。
变压器式传感器
一、变隙式差动变压器
差动变压器式传感器的结构示意图 两个初级绕组的同名端顺向串联， 而两个次级绕组的同名 端则反相串联。
电容式测量
利用被测量的变化去改变电容的结构参数，从而 改变物体间的电容量，通过测量电容来实现对被 测量的检测。
电容式传感器
利用电容式测量原理实现的传感器称为电容式传 感器。
优点：测量范围大、灵敏度高、结构简单、适应性 强、动态响应时间短、易实现非接触测量等。 应用：压力、位移、厚度、加速度、液位、物位、 湿度和成分含量等测量之中。
电容传感器(传感器原理与应用)
第三章 电容式传感器电容测量技术近几年来有了很大进展，它不但广泛用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，而且，还逐步扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。
由于电容式传感器具有一系列突出的优点：如结构简单，体积小，分辨率高，可非接触测量等。
这些优点，随着电子技术的迅速发展，特别是集成电路的出现，将得到进一步的体现。
而它存在的分布电容、非线性等缺点又将不断地得到克服，因此电容式传感器在非电测量和自动检测中得到了广泛的应用。
第一节 电容式传感器的工作原理和结构 一、基本工作原理电容式传感器是一种具有可变参数的电容器。
多数场合下，电容是由两个金属平行板组成并且以空气为介质，如图3—1所示。
由两个平行板组成的电容器的电容量为dAC ε=（3—1）式中ε——电容极板介质的介电常数。
A ——两平行板所覆盖面积； d ——两平行板之间的距离； C ——电容量当被测参数使得式(3—1)中的d 、A 和r ε发生变化时，电容量C 也随之变化。
如果保持其中两个参数不变而仅改变另一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化。
因此。
电容量变化的大小与被测参数的大小成比例。
在实际使用中，电容式传感器常以改变平行板间距d 来进行测量，因为这样获得的测量灵敏度高于改变其他参数的电容传感器的灵敏度。
改变平行板间距d 的传感器可以测量微米数量级的位移，而改变面积A 的传感器只适用于测量厘米数量级的位移。
二、变极距型电容式传感器由式(3—1)可知，电容量c 与极板距离d 不是线性关系,而是如图3—2所示的双曲线关系。
若电容器极板距离由初始值do 缩小d ∆，极板距离分别为do 和do-d ∆，其电容量分别为C0和C1，即0d AC ε=(3—2)⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-=∆-=2020********d d d d d A d d d Add AC εεε(3—3)当Ad 《Ju 时，1…菩*1，则式(3—3)可以简化为 一W一一这时c1与AJ 近似呈线性关系，所以改变极板距离的电容式传感器注注是设计成Ad 在极小的范围内变化。
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3. 求骨架直径 D
(3 . 2-1)-
2M …~
""'0
--μP
(3 . 2一2)，
式中 D.一骨架平均直径 (cm) ,
M一电刷转轴 的起 动力矩 (g • cr时 ，
μ一电刷与电位器的摩擦 系 数，
P一- 电刷接触压 力 (g)o
设骨架的厚度为 b ，则骨架的内 直径为
D= D.-b
移，可用任一垂直于转轴的直线(例 如 δ五〉在这个时间内转过的
角度。来表示。如图 3.Байду номын сангаас1. 1 所示。
~ 3. 1. 2 有关公式
角速度 ω 公式为
图 3. 1 .1 角位移
dB
ω - dt
(3.1-1)
式中 dt一单位时间，
d8一单位时间内的角位移。
角加速度 α 公式为
= dZ(}
a dt2
(3. 1-2)
.~ 3. 1. 3 测量单位
1. 弧度制
弧度制是将整个圆的圆心角定义为 2π 个 ·弧度"，即弧长等于圆的半径的弧所对应的圆
心角为一弧度。圆心 角 G 、弧长 S 和半径 R 之间的关系可用下式表示 z
α= 去〈弧度〉
(3.1-3)
2. 六十进制
六十进制是将整个圆的圆心角等分成 360 等分，每一等分为一"度:记作 1 0 ，每度又等 分成 60 等分，每一等分为一 ‘分"，记作 1' ，每分再分成 60 等分，每一等分为 一 "秒"，记作 1 气小子 一秒时按十进制计，例如十分之二秒记作 0.2" 。一整个圆的圆心角等于 3600 ，
190
传感技术大企-一位移、长度 、 角度及速度传感器
(1) 将整个圆的圆心角分为 6000 等分 ， 每 一 等分为 一 "密 位"。 因此， 1 密位= 3'36飞
(2) 将整个圆的圆心角分为 6400 等分，每一等分为一"密 位\因 此， 1 密位= 3'Z2H• 50
~ 3.2 电阻法
~ 3. 2. 1 线线电位 a 式
第三章角度和角位移传感器 ~ 3. 1
189
第三章 角度和角位移传感器
~ 3. 1 概述
.~ 3. 1. 1 基本定义
角度一一囱 一 点发出的两条射线所夹成的平面部分称为角，角的大小为角度。 角位移一一在一定 时间内物体(刚体〉转动时位置变化(大小
和方向〉的物理量.绕固定轴线转动的物体在某一时间内的角位
线绕电位 器式角 位移传感器的设计计算主要是对环形电
位器的计算。 下面举几个主要参数的计算方法。
因 3 . 2.1 电位格式角 位 移 传
1. 也 &部
感器工作原理图
2 . 电刷 3 . 导电环
~ . 转输 U. . 电位第端电压
U，. 输 出电压
1.根据给定 的总误 差确崽阶梯误差 e 一 般 ej 为总误差的 1/3 。 2 . 求绕组的总臣 数 N
工作原理 线绕电位器式角位移传感器的工作原理如图 3 . 2 . 1 所示。 它是将传感器的 转
~ --， _3 轴 与 破 测 角度的转轴相 连。当被测物 体转过一个角 度时 ，电 刷在电位器上有一 个相对应的角位移，在输出端就有一个与
2- .d_一 /当/斗....--4 转角成比例的电压信号输出。
10 = 60', l' = 60" 。
3. 百进制
百进制是将整个圆的圆心角分成 400 等分 ， 每一等分记作 1 B' 1 B 分成 100 等分，每一
等分记作 1. ， r 分成 100 等分，每一等分记作 1飞 19=100C， 1" =10俨.
4 . 密位制 e密位"是军用光学仪器的一科角度计量单位，常见于炮用测角仪中。目前世界各国对密 位的定义不统一，主要有两种 z
7. 确 定 骨架高度 h 一臣导 线长度 L. 为
4 . 根据工作转角 α 求出导线长度 L.
(3 . 2-3)1
L.• = 一3旦60;:-1tD
5. 求出 导线直径 d
d = j#卜f-4 叫 →o仇.川0
(3.2-4).
(3~ 2 一日，
式中 0.0ω3 是环形电位器导线臣间间隙.
6队. 求总电阻 R
R= 卫L
?dzj
(3 . 2一份，
式中 U.一电位器端电压 (V) J j一允许电流密度 (A/mm').