第六章 位移测量.
《传感器与检测技术》高教(4版) 第六章
差动变压器位移计
当铁芯处于中间位置时，输出电压: UU 21 U 220
当铁芯向右移动时，则输出电压: UU 21 U 220
当铁芯向左移动时，则输出电压: UU 21 U 220
输出电压的方向反映了铁芯的运动方向，大小反映了铁 芯的位移大小。
差动变压器位移计
输出特性如图所示。
差动变压器位移计
角度的精密测量。 光栅的基本结构
1、光栅：光栅是在透明的玻璃上刻有大量平行等宽等 距的刻线构成的，结构如图。
设其中透光的缝宽为a，不透光的缝宽为b，
一般情况下，光栅的透光缝宽等于不透光
的缝宽，即a = b。图中d = a + b 称为光
栅栅距（也称光栅节距或称光栅常数）。
光栅位移测试
2、光栅的分类
1、激光的特性
（1）方向性强
（2）单色性好
（3） 亮度高
（4） 相干性好
2、激光器
按激光器的工作物质可分为以下几类： （1）固体激光器：常用的有红宝石激光器、钕玻 璃激光器等。
（2）气体激光器：常用的为氦氖激光器、二氧化 碳激光器、一氧化碳激光器等。
激光式传感器
（3） 液体激光器：液体激光器分为无机液体激光器 和有机液体激光器等。
数小，对铜的热电势应尽可能小，常用材料有： 铜镍合金类、铜锰合金类、镍铬丝等。 2、骨架：
对骨架材料要求形状稳定表面绝缘电阻高， 有较好的散热能力。常用的有陶瓷、酚醛树脂 和工程塑料等。 3、电刷：
电刷与电阻丝材料应配合恰当、接触电势 小，并有一定的接触压力。这能使噪声降低。
电位器传感器
电位计式位移传感器
6.2.2 差动变压器位移计结构
1-测头； 2-轴套； 3-测杆； 4-铁芯；5-线圈架； 6-导线； 7-屏蔽筒；8-圆片弹簧；9-弹簧； 10-防尘罩
位移的测量解析PPT教学课件
3. 测量误差
阶梯特性曲线围绕理论特性直线上下波 动，产生的偏差称为阶梯误差。电位器的阶 梯误差ej通常用理想阶梯特性曲线对理论特 性曲线的最大偏差值与最大输出电压值之比 的百分数表示。电位器阶梯误差为
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4. 测量方法
线绕式电位计是通过电阻百分比来分配 外加电源的电压，因此输出要注意阻抗的匹 配。
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３. 光电电位器 光电电位器是非接触电位器，采用光束
代替电刷。光束在电阻带、光电导层上移动
时，光电导层受到光束激发，使电阻带和集 电带导通，在负载电阻两端便有电压输出。
光电电位器特点是阻值范围宽(500Ω～ 15MΩ)、无磨损、寿命长、分辨率高。缺点 是不能输出大电流，测量电路复杂。
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课题二 差动变压器式位移传感器
[任务导入]
有的机械零件尺寸需要精确测量，并根 据测量误差进行分拣。轴的外径测量就是其 中一种，需要根据形状精度自动检测。
在自动检测系统中， 往往要用到差动变压器式 位移传感器进行测量，测 量精度较高，检测范围一 般是0～100mm。
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线绕电位器具有精度高、性能稳定、线 性好等优点，但分辨率低、耐磨性差、寿命 短。因此，可以使用一些非线绕式电位器。
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三、非线绕式电位器
按照材料的不同，除了线绕式电位器外还 有以下三类常见的电位器：
1、膜式电位器
膜式电位器通常分碳膜电位器和金属膜电
位器。碳膜电位器是在绝缘骨架表面涂一层均
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物理实验技术中的位移测量方法与技巧
物理实验技术中的位移测量方法与技巧在物理实验中，位移测量是非常重要的一项工作。
无论是研究物体的运动，还是测量材料的性能，位移测量都扮演着关键的角色。
本文将介绍一些常用的位移测量方法与技巧。
1. 光栅测量法光栅测量法是一种基于光学原理的位移测量方法。
利用光栅的特性，可以将位移转化为光强的变化。
通过测量光强的变化来得到位移的大小。
这种方法具有分辨率高、精度高的特点。
在实际应用中，常常使用光电二极管或光敏电阻来接收并转化光强的变化信号。
2. 激光干涉法激光干涉法是一种常用的位移测量方法。
它利用激光的相干性原理来测量两个相邻位置之间的位移。
通过将激光分为两束，分别照射到待测物体上，然后再将两束光进行干涉，通过测量干涉条纹的变化来得到位移的大小。
激光干涉法具有高精度、非接触等优点，广泛应用于工业制造、材料研究等领域。
3. 压电传感器压电传感器是一种常用的位移测量设备。
它利用压电材料的特性来实现位移的测量。
当压电材料受到外界力的作用时，会产生电荷的积累，通过测量电荷的变化来得到位移的大小。
压电传感器具有高灵敏度、快速响应等特点，广泛应用于机械工程、材料科学等领域。
4. 电容位移传感器电容位移传感器是一种常见的位移测量设备。
它利用电容的变化来实现位移的测量。
当电容器的电极之间发生位移时，电容的数值会发生变化。
通过测量电容的变化来得到位移的大小。
电容位移传感器具有广泛的测量范围、高分辨率等特点，常用于位移测量和控制领域。
5. 实验技巧在进行位移测量实验时，还需要注意一些实验技巧，以确保测量结果的准确性和可靠性。
首先，要保证测量设备的稳定性，包括测量仪器的固定、电源和线路的稳定等。
其次，要校准测量设备，以确保测量结果与实际位移一致。
并且，在进行测量时，应尽量减小系统误差，例如避免测量设备与被测物体之间的摩擦、振动等。
总结：位移测量是物理实验中不可或缺的一项技术。
通过本文介绍的光栅测量法、激光干涉法、压电传感器、电容位移传感器等常用的位移测量方法，可以更加准确地获得位移信息。
第六章位置检测技术
如果光栏板上两条夹缝中的信号分别为A和B，相
位相差90°，通过整形，成为两个方波信号，光电
编码盘的输出波形如图6-7所示。根据A和B的先后
顺序，即可判断光电盘的正反转。若A相超前于B相，
对应转轴正转；若B相超前于A相，则对应于轴反转。
若以该方波的前沿或后沿产生记数脉冲，可以形成
代表正向位移或反向位移的脉冲序列。除此之外，
编 码
即具有断电记忆力功能。
器
图6-8 接触式码盘
第六章 位置检测技术
2.2 编码器在数控机床中的应用
第 二 节
光
电
编
码
器
位移测量
1
2 主轴控制
测速 3
零标志脉冲用于 回参考点控制
4
第六章 位置检测技术
3.1 光栅尺的结构及工作原理
第 三
光栅尺的结构组成
节
光
电
尺
数控机床中用于直线位移检测的光栅尺有透射光栅和反射光栅两大类 。
小的角度b，两光栅线纹相交，形成透光
和不透光的菱形条纹，这种黑白相间的条
纹称为莫尔条纹。莫尔条纹的传播方向与
光栅线纹大致垂直。两条莫尔条纹间的距 离为p，因偏斜角度b很小，所以有近似公
图6-11 光栅尺工作原理
式 当工作台正向或反向移动一个栅距l时，莫尔条纹向
上或向下移动一个纹距p，莫尔条纹经狭缝和透镜
和
磁
栅
尺
图6-9 光栅尺外观示意图 1—光栅尺；2—扫描头；3—电缆
图6-10 透射光栅组成示意图
第六章 位置检测技术
3.1 光栅尺的结构及工作原理
第 三
光栅尺的工作原理与特点
节
光
电
物理实验中的位移测量技术要点
物理实验中的位移测量技术要点引言：物理实验中，位移测量是一项关键的技术，它可以帮助我们准确地测量物体的位置变化。
位移测量在各个领域都有广泛的应用，包括机械、电子、光学等。
然而，位移测量的精度和准确性往往受到多种因素的影响。
本文将讨论物理实验中位移测量的要点，包括仪器选择、误差分析、校正方法等。
仪器选择：在进行位移测量时，我们需要选择合适的仪器来满足实验需求。
常见的位移测量仪器包括游标尺、激光测距仪、光栅尺等。
选择仪器时需要考虑测量范围、精度、灵敏度等因素。
例如，在需要测量较小位移的实验中，可以选择灵敏度较高的激光测距仪或光栅尺，而在需要测量较大位移的实验中，可以选择测微计或游标尺。
误差分析：位移测量中的误差往往来源于多个因素，如仪器本身的误差、环境因素的影响等。
对于精确的位移测量，我们需要对误差进行详细的分析和处理。
一种常见的误差分析方法是通过重复测量并计算平均值来降低随机误差。
此外，还可以通过校正和补偿来减小系统误差。
例如，利用标准物体进行校准，可以消除仪器本身的系统偏差。
校正方法：在位移测量中，常常需要进行校正以提高测量的精度和准确性。
校正方法可以分为直接校正和间接校正两种。
直接校正是通过测量已知位移的标准物体来校正仪器的指示值。
例如，通过测量已知长度的线段，可以校正游标尺的刻度误差。
而间接校正是通过测量与位移相关的物理量来校正。
例如，通过测量物体运动的速度和时间，可以间接得到位移值。
动态位移测量：在一些需要测量快速运动物体位移的实验中，静态位移测量已经无法满足要求。
此时需要采用动态位移测量技术。
常见的动态位移测量方法包括高速摄像技术和激光雷达技术。
高速摄像技术可以记录物体在瞬间的位置，通过分析图像序列可以得到位移值。
激光雷达技术则通过测量激光的时差来计算物体的位移。
位移测量在实验中的应用：位移测量是物理实验中一项广泛应用的技术，下面将介绍几个实验中常用的位移测量方法。
1. 弹簧振子实验：弹簧振子的位移是一个周期性的变化过程，可以通过测量振子的最大位移来计算振幅。
位移测量实验报告
一、实验目的1. 熟悉位移测量原理及方法。
2. 掌握常用位移传感器的性能特点及应用。
3. 培养实际操作能力，提高实验技能。
二、实验原理位移测量是指测量物体在空间位置的变化。
根据测量原理，位移测量方法主要分为直接测量法和间接测量法。
直接测量法：直接测量物体在空间位置的变化，如尺测法、光电法等。
间接测量法：通过测量与位移相关的物理量来间接计算位移，如电涡流传感器、霍尔传感器、差动变压器等。
三、实验仪器1. 电涡流传感器2. 霍尔传感器3. 差动变压器4. 数字示波器5. 螺旋测微器6. 计算机7. 数据采集卡四、实验内容1. 电涡流传感器位移特性实验（1）实验目的：了解电涡流传感器的原理与应用，掌握电涡流传感器位移特性的测量方法。
（2）实验步骤：①将电涡流传感器固定在实验平台上，调整传感器与被测物体之间的距离。
②使用数字示波器观察传感器输出信号的波形。
③通过调整传感器与被测物体之间的距离，记录不同距离下的输出信号波形。
④分析电涡流传感器位移特性曲线。
2. 霍尔传感器位移特性实验（1）实验目的：了解霍尔传感器的原理与应用，掌握霍尔传感器位移特性的测量方法。
（2）实验步骤：①将霍尔传感器固定在实验平台上，调整传感器与被测物体之间的距离。
②使用数字示波器观察传感器输出信号的波形。
③通过调整传感器与被测物体之间的距离，记录不同距离下的输出信号波形。
④分析霍尔传感器位移特性曲线。
3. 差动变压器位移特性实验（1）实验目的：了解差动变压器的原理与应用，掌握差动变压器位移特性的测量方法。
（2）实验步骤：①将差动变压器固定在实验平台上，调整传感器与被测物体之间的距离。
②使用数字示波器观察传感器输出信号的波形。
③通过调整传感器与被测物体之间的距离，记录不同距离下的输出信号波形。
④分析差动变压器位移特性曲线。
五、实验结果与分析1. 电涡流传感器位移特性曲线：随着传感器与被测物体之间距离的增加，输出信号逐渐减小，呈线性关系。
第十九次课位移测量
第六节、位移测量
7.1 建（构）筑物主体倾斜测量 建筑物顶部与底部的相应点位不在设计的同一铅垂 线上时，称为倾斜。 △l 建筑物的倾斜可 N 倾斜时， 以通过测定△l 建筑物上的 N′ （直接法）或测 点有平移、 升降发生。 H 定△S（间接法） 来确定。
M
五系工测教研室
△S B
（ 1）
应用测量学
裂缝
有机玻璃板
上标钉位
指标线 (c)上标
(b)钉配图 方格网裂缝测量标志
（11）
应用测量学
金属标志 墙体 裂缝
(a)剖面图 图
(b)立面图 裂缝测量金属杆式标志
水泥钉
裂 缝 墙体 游标卡尺形式式标志
（12）
应用测量学
7.4 挠度测量
挠度测量的对象包括建筑物基础和建筑物主 体以及独立构筑物（如独立墙、柱等）。 建筑物基础的挠度测量：
五系工测教研室 （10）
应用测量学
7.3 裂缝测量
建筑物由于差异沉降和其它外界因素的影响，墙体 会产生裂缝。裂缝测量的任务是，在垂直于裂缝两侧 附近布设观测点，定期量测其宽度、长度、走向及发 展速度，以监视建筑物的安全。
聚脂薄膜 墙体 毫米方格网 x y 固定钉 指标线 下标钉位 (a)下标 图
五系工测教研室
应用测量学
设顶部点 C 相对于底部点 D 总的水平偏移分量为 ，则由图 (c)可得关系
B cos
B D A A
五系工测教研室
A cos
C
B (c)
（ 4）
应用测量学
2 2 A B 2 A B cos 联立求解得 sin
当建筑物或构件的顶部与底部之间可竖向通视时， 可用垂准法进行倾斜测量。 ①吊垂球法。在垂线下的底部固定读数设备（如毫 米格网读数板），直接读取或量出上部观测点相对于底 部观测点的水平位移量和位移方向。 ②激光铅直仪观测法。建筑物顶部安置接受靶，在 其垂线下的地板上安置激光铅直仪， 在接收靶上直接读 取水平位移量和位移方向。 ③激光位移计自动测记法。 ④正锤线法。
物理实验中位移的测量与分析方法
物理实验中位移的测量与分析方法在物理实验中，位移是一个非常重要的物理量，它描述了物体在空间中的位置变化。
而准确测量位移对于研究物体的运动规律以及验证理论模型具有关键性的意义。
本文将介绍几种常见的物理实验中位移的测量与分析方法。
一、直观测量法直观测量法是指通过肉眼或仪器直接观察目标物体的移动情况，并对其位移进行估计和记录。
这种方法通常适用于需要较粗略测量的情况，比如通过目视观察来测量物体的长度或移动距离。
然而，由于人眼视觉的限制以及人为误差的存在，直观测量法在测量精度方面存在一定的局限性。
二、刻度尺测量法刻度尺测量法是一种基础的位移测量方法，通过使用标有等距刻度的尺子或测量仪器，可以直接读取目标物体在直线方向上的位移。
这种方法常用于测量长度、高度或位移较小的物体，如螺旋测微器可用于测量微小位移。
三、位移传感器测量法位移传感器测量法是一种使用物理传感器来测量物体位移的方法。
常见的位移传感器包括光电、电感、电容和压阻传感器等。
例如，光电传感器通过检测光线的反射或透射来测量物体的位移，电阻变化传感器则通过测量电阻的变化来计算位移。
位移传感器测量法在测量精度和稳定性方面具有优势，适用于对位移要求较高的实验。
四、干涉法测量位移干涉法是一种基于光波干涉原理来测量物体位移的方法。
常见的干涉法包括光栅干涉、迈克尔逊干涉和薄膜干涉等。
这些方法利用光的干涉现象可以非常精确地测量物体位移，其测量精度可以达到亚微米甚至纳米级别。
干涉法广泛应用于精密加工、光学测量以及材料力学等领域。
五、图像处理法测量位移图像处理法是一种利用图像信息进行位移测量的方法。
通过对物体的图像进行采集和处理，通过计算图像中物体位置的变化来测量位移。
这种方法通常使用在无法直接接触物体的测量场景中，例如流体力学实验、机器视觉和运动分析等。
图像处理法在位移测量方面具有高灵敏度和非接触性的优势，但对于图像的质量和算法的准确性有一定的要求。
总结起来，物理实验中位移的测量与分析方法多种多样。
位移测量
§6.3 位移测量的应用
二、物位测量 物位测量： 在生产过程中常遇到大量的固体和液体物料堆放在场地上 或存放在容器中，占有一定的高度，此高度还可能是随时 间而发生变化。对此高度的测量称为物位测量。 液位测量、固体的料位测量、两种液体或液体与固体 间界面位置的测量均属于物位测量。
3
§6.2 常用的位移传感器
二、物位测量 ①沉筒式液位变送器 1－沉筒固定段 2－沉筒浮力段 3－测量弹簧 4－差动变压器 5－衔铁 6－密封隔离筒 7－沉筒室壳体
4
§6.2 常用的位移传感器
二、物位测量 ②电阻式液位计
1－电阻极棒 2－绝缘套 3－容器 4－电桥
2 2 2 L h L h R A A A
R K1 K2h
5
第六章
位Байду номын сангаас测量
1
§6.1 概述
相关概念
位移： 指物体上某一点在一定方向上的位置变动，是一个向量。 位移测量： 一般是在位移方向上测量物体的绝对位置或相对位置的变 动量。位移测量包括线位移和角位移的测量。
工程应用情况
①直接检测物体的移动量和转动量，如检测机床工作台的 位移、回转轴的径向和轴向运动误差等； ②通过位移测量，特别是小/极小位移的测量来反映其他 物理量的大小，如物位测量
工程测试-第六章位移测量
在很多情况下，位移可以通过位移传感器直接测得。
2常用的位移传感器
表6-1 常用线位移传感器的性能与特点
型 式
测量范围
精确度
线性度
特 点
变阻式
滑 线
1~300mm
±0.1%
±0.1%
分辨力较高，机械结构不牢固，大位移时在电刷上加杠杆机构
变阻器
1~1000mm
一般来说，在进行位移测量时，要充分利用被测对象所在场合和具备的条件来设计、选择测量方法。
位移传感器法
针描法是一种接触式测量方法。用一个很尖的触针垂直于表面横移，触针将随着表面轮廓几何形状作垂直起伏运动，把这个微小位移的信号转换成电量加以放大，再进行运算处理即可获得某个表面光洁度参数数值，或者用记录器描绘出放大了的表面轮廓图形（早期曾经采用机械或机械一光学的方法放大触针的垂直位移量，现基本上已被淘汰）。
±0.5%
±0.5%
结构牢固，寿命长，分辨力较差，电噪声大
电阻应变式
不粘贴
±0.15%应变
±0.1%
±1
±(2~3)%
±1%
牢固，使用方便，需温度补偿和高绝缘电阻
半导体
±0.25%应变
±(2~3)%
满刻度±2%
输出幅值大，温度灵敏性高
位移测试包括线位移和角位移的测试。位移测试在工程中的应用十分广泛，这不仅因为在各种工程中经常需要精确地测量物体的位移或位置，而且还因为速度、加速度、力、压力、扭矩、温度、流量及物位等参数的许多测试方法，都是以位移测试作为基础的。
位移是向量，它表示物体上某一点在一定方向上的位置变动。因而对位移的度量，除了确定其大小之外，还应考虑其方向。一般情况下，应使测量方向与位移方向重合。
第6章 角度及角位移测量
结论：在标准度盘上均布m个读数装置，并取它们读数的 平均值作为度盘的读数时，可将度盘刻线误差中除 m及其正整数以外的各次谐波分量予以消除，从而 减少了标准度盘刻线系统误差对测量结果的影响。
例3: 当m=2，可以消除偏心e的影响 度盘中心O，半径为R ， 轴系回转中心O1 ，偏心距为e 当度盘刻线转0时,实际转角为, B 误差为= -0，由图可知
② 切向光栅的环形莫尔条纹 两块切向光栅 ---栅距角相同 /切线圆半径不同/同心叠合 环形莫尔条纹 --- 以光栅中心为圆心的同心圆簇 条纹宽度 --- 随条纹位置变化 优点：--- 全光栅平均效应 应用：高精度角度测量和分度 ③ 环形光栅的辐射形莫尔条纹 两块环形光栅（相同）--- 栅线相对 /不大的偏心量 辐射形莫尔条纹 --- 条纹近似直线/呈辐射状 特点：条纹数目/位置 --- 偏心量大小/ 圆心连线方向 偏心量（一个栅距）--- 莫尔条纹数目 增加一条（一个象限内） 光栅旋转 --- 条纹数目/位置（不变） 应用：主轴偏移、晃动
6.多面棱体
形状：正棱柱体 面数：4、6、8、12、36、72等 基准：各工作面法线的夹角（底面定位） 应用：测量圆分度误差（自准直仪） 精度：0.5~1 用途：高精度角度标准器，主要用于分度器 件的精度标定。
1---被测度盘 2---多面棱体 3---工作台 4---自准直仪 5---读数显微镜 6---底座
因其能自动瞄准读数常用于高精度智能化仪器及加工机械中径向光栅的圆弧形莫尔条纹两块径向光栅栅距角相同不大偏心量光栅不同区域栅线交角不同圆弧形莫尔条纹不同曲率半径条纹宽度随位置变化偏心垂直位置上条纹近似垂直于栅线偏心方向上纵向莫尔条纹其他位置斜向莫尔条纹实际应用特例光闸莫尔条纹同心栅距角相同主光栅一个栅距角透光量一个周期莫尔条纹圆弧形环形辐射形切向光栅的环形莫尔条纹两块切向光栅栅距角相同切线圆半径不同同心叠合环形莫尔条纹以光栅中心为圆心的同心圆簇条纹宽度随条纹位置变化应用
位移测量实验技术使用方法分享
位移测量实验技术使用方法分享位移测量是工程领域中非常重要的实验技术之一。
在工业制造、土木结构、机械设计以及自动化控制等领域都有广泛应用。
本文将分享位移测量实验技术的使用方法，帮助读者更好地了解和应用这一技术。
一、引言位移测量是指通过使用传感器等装置来准确测量物体或物体上某点的位置变化的过程。
实验中常用的位移测量装置包括光学传感器、压电传感器、拉线式传感器等。
不同的装置有不同的适用范围和精度要求，因此在实验中需要根据具体需求选择合适的技术。
二、光学传感器光学传感器是位移测量中常用的一种技术。
它利用光电效应，通过检测光信号的变化来测量位移。
光学传感器具有灵敏度高、响应速度快、非接触等优点，因此在许多工程领域得到广泛应用。
在使用光学传感器进行位移测量时，需要注意以下几点。
首先，要保持传感器与被测物体之间的光路通畅，避免受到外界光源的干扰。
其次，要选择合适的测量距离和工作环境，确保传感器能够准确测量位移。
最后，要根据实际情况选择合适的光学传感器类型，如激光位移传感器、线性编码器等。
三、压电传感器压电传感器是一种利用压电效应进行位移测量的技术。
它通过压电材料的变形来实现位移的测量。
压电传感器具有高精度、稳定性好等优点，被广泛应用于精密机械领域。
在使用压电传感器进行位移测量时，需注意以下几点。
首先，要保持传感器与被测物体之间的刚性连接，避免引入误差。
其次，要防止传感器受到外界力的干扰，以免影响测量精度。
最后，要根据需要选择合适的压电材料和传感器型号，确保测量结果的准确性。
四、拉线式传感器拉线式传感器是一种通过测量拉线长度来实现位移测量的技术。
它利用拉线的伸缩变化来反映被测物体的位移变化。
拉线式传感器具有简单、易懂等优点，广泛应用于物体位移的测量。
在使用拉线式传感器进行位移测量时，需要注意以下几点。
首先，要保证拉线的张紧度合适，避免产生过大的误差。
其次，要在测量过程中保持拉线的稳定性，避免拉线破裂或脱离装置。
第六章 位移测量
类 型 线位移 滑线电 阻式 角位移 直线式 电阻应 变片式
测量范围 1～300mm
精确度 ±0．1％ ±0．1％
性能特点 结构简单、使用方便，输出大、性能稳定 分辨率较低，输出信号的噪声大，不宜用于频率较高时的动态测量
0°～360° ±250µm
±2％ 摆角式 ±12°
结构牢固、性能稳定、动态特性好
为了尽量减小偏心对 dx 、 的影响，使得测量结果更能真实 dy 的反映 r ( ) ，就必须尽量减小或消除值 e 。如果这样做有困 难，那么只有在同一偏心大小和方位的条件下，测定的结果 彼此间才有可比性。
3）通常通过适当的机械装置和精细调整来减小安装偏心，或 采用滤波法来减弱偏心的影响。 二、物位测量 在生产过程中经常遇到大量的固体和液体物料，存放在容 器中或堆放在场地上，并占有一定的高度，此高度还可能是随 时间而变化的。对此高度的测量称为物位测量。物位测量多是 将物位转换成位移量来进行的。 多种不同转换原理的位移传感器可用于物位测量。下面介绍其 中的两种。
3µm／1m ±0．5° 10-6rad 10-8rad
数字式，测量精度高，适合大位移静动态测量，用于自动检测和数 控机床
分辨率好、可靠性高
第二节
常用的位移传感器
1—滑线电阻 2位移型
b）角位移型
c）测量电路
滑线电阻式位移传感器具有结构简单、使用方便、输出大、 性能稳定等优点，但由于触头运动时有机械摩擦，其使用寿 命受限、分辨率较低、输出信号噪声大、不宜用于频率较高 时的动态测量。
用上述方法，无法判断位移的正负方向，在需要判断方向的场 合，需要多加一个光电管和一套测量电路。两光敏二极管的装 设位置如下图所示。
采用两个光敏二极管后，当圆盘顺时针转动时，光敏二极管2 比1先感光；当逆时针转动时，光电管1比2先感光。可通过光 敏二极管感光先后次序的不同，来判断其转动方向。所以它的 测量电路有两路，经逻辑电路对信号作出比较判断后给出方向 信号。
位移测量实验技术方法
位移测量实验技术方法在科学研究和工程领域中，位移测量是一项非常重要的实验技术方法。
通过对物体的位置变化进行精确测量，可以获得有关物体运动、形变和振动等参数的数据，进而为研究、设计和控制提供重要的依据。
常见的位移测量实验技术方法有许多种，其中包括光学方法、电子方法、机械方法等。
本文将简要介绍其中几种常用的技术方法。
光学方法是一种非接触的位移测量技术。
其基本原理是利用光的传播和干涉原理，测量物体的位移。
其中最常见的方法是激光干涉法和光栅法。
激光干涉法利用激光光束的干涉现象，在测量物体的表面产生干涉条纹，通过分析干涉条纹的变化，可以确定物体的位移。
光栅法则是利用光栅的特性，在物体表面形成光栅条纹，通过分析条纹的变化，也可以测量位移。
这些光学方法具有测量精度高、非接触性强的特点，广泛应用于测量微小位移、形变和振动等领域。
不过，光学方法对环境要求较高，需要消除干扰光源和噪声。
电子方法是采用电子元器件进行位移测量的技术方法。
其中最常见的方法是电阻应变片和电容应变片。
电阻应变片利用金属电阻的变化来测量位移，其原理是电阻的大小与金属的拉伸或压缩程度有关，通过测量电阻值的变化可以确定位移。
电容应变片则是利用电容的改变来测量位移，其原理是电容与金属材料之间的距离与电容值成反比，通过测量电容的变化可以确定位移。
这些电子方法具有灵敏度高、测量范围广的优点，广泛应用于工程测量和控制领域。
机械方法是一种利用机械装置进行位移测量的技术方法。
其中最常见的方法是测微计和测量平台。
测微计是一种精密测量仪器，通过读取测微计上的刻度或数字显示，可以确定物体的位移。
测量平台则是一种用于固定和移动物体的平台，通过测量平台的移动距离可以确定位移。
这些机械方法具有结构简单、可靠性高的特点，广泛应用于工厂生产线、实验室和现场测量等领域。
除了上述几种常用的位移测量实验技术方法，还有其他一些新兴的技术方法也值得关注。
如声波、电磁波等无线传感器方法，通过利用无线传感器节点测量位移并传输数据，实现了实时监测和控制。
位移测量
机 随位移量 x 的变化而变化。
机 电 ， 机 - 电 1.8 时，
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1、鉴幅型数字位移测量系统
工作原理说明如下：
机 电 ， 机 - 电 1.8 时，
此时定尺绕组输出的感应电压信号，经过放大器放 大后，将与门打开，时钟脉冲经过与门，有以下两 方面作用： 一是作用到可逆计数器，可逆计数器计一个数。 二是时钟脉冲作用到转换计数器，控制电子开关， 接通函数变压器，改变激磁电压信号的幅值，使
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四、感应同步器位移测量系统
对于不同的感应同步器，若滑尺绕组激磁，其输 出信号的处理方式有:
鉴幅法 鉴相法 脉冲调宽法
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四、感应同步器位移测量系统
1、鉴幅型数字位移测量系统
根据感应电势的幅值变化来检测位移量 滑尺正弦、余弦绕组供同频率、同 相位但幅位不等的余弦激磁电压： 正弦绕组在定尺上产生感应电势为
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1、鉴幅型数字位移测量系统 系统的测量原理是采用零值法．即让
由式 E m K m U m sin( 机 电 ) 当滑尺每移动0.01mm，即
电 随 机 变化
当 机 电 时， e 0
机 1.8 时，
测量系统作加法计数，并进行显示。24ຫໍສະໝຸດ 1、鉴幅型数字位移测量系统
其幅值为：
E m K m U m sin( 机 电 )
总的感应电势e的大小与机械空间角有关，而又机械空间角 与滑尺机械位移量x 有关，所以通过测量e的大小，就能反 映出机械位移量x。
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1、鉴幅型数字位移测量系统
测量系统
系统由感 应同步器、 放大器、 逻辑种制 电路、函 数发生器、 显示计数 器、电源 及振荡器 等组成。
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第一节 慨述
位移是物体上某一点在一定方向上的位置变动，因此位 移是矢量。测量方向与位移方向重合才能真实地测量出 位移量的大小。若测量方向与位移方向不重合，则测量 结果仅是该位移量在测量方向上的分量。
位移测量从被测量来的角度可分为线位移测量和角位 移测量；从测量参数特性的角度可分为静态位移测量 和动态位移测量。许多动态参数，如力、扭矩、速度、 加速度等都是以位移测量为基础的。
d x e cos rx ( ) s x ( ) d y e sin ry ( ) s y ( )
右侧第一、二项分别为偏心e和运动误差r(θ)在x、y方向上 的投影，而第三项则为基准球上相差90°的两对应点处的形 状误差。由此可见：
在圆球形状误差可忽略的情况下，dx和dy是圆球中心的位 移在x、y两方向上的分量。 形位误差测量是将被测要素和理想要素进行比较，从而用数值 描述实际要素与理想要素形状或位置上的差异。每个参数的测 量过程包括测量和评定两个阶段。
第二节
常用位移传感器
一、滑线电阻式位移传感器 滑线电阻式位移传感器工作过程: 被测位移量ΔX
ΔR 外接电路 ΔU
优点；结构简单，性能较稳定，使用方便。 缺点；受阻经直径影响，分辩率不高，运用检测精 度不高的场合，噪声大.
电阻式位移传感器的性能及特点
滑线式 型式 测量范围 线位移 1～300mm* 角位移 0～360° 线位移 1～1000mm* 变阻器 角位移 0～60r
旋转变压 器
±60°
测量范围 ±0.2mm
精确度 直线性
±1% ±3%
±1% ±0.05%
±1% ±0.1%
特点
只适用于 测量范围 分辨力 用于微小 较宽使用 好，受 位移测量 方便可靠，到磁场 动态性能 干扰时 较差 需屏蔽
分辨力好， 非线性误差与变压 受被测物 比和测量范围有关 体材料， 形状加工 质量影响
测液面高度
2x C ln D / d
20 h hx 2hx h C ln r2 / r1 ln r2 / r1
r1
0
hx
r2
内外极板间要加绝缘层！
1.双向测量法
任意径向截面上的径向误差运动可采用置于x、y方向的 两只位移传感器来分别检测径向运动误差在x、y方向的分量。 在任何时刻两分量的矢量和就是该时刻径向运动误差矢量。 2.单向测量法 有时只需要测量运动误差在某个方向上的分量（例如分析机 床主轴的运动误差对加工形状的影响），则可将一只位移传 感器置于该方向来检测。
回转轴运动误差是指在回转过程中回转轴线偏离理想位置而 出现的附加运动。回转轴运动误差的测量，无论对于精密机 床主轴的运动精确度，还是对于大型、高速机组（例如汽轮 机一发电机组）的安全运行都有重要意义。
运动误差是回转轴上任何一点发生与轴线平行的移动和在 垂直于轴线的平面内的移动。前一种移动称为该点的端面 运动误差，后一种移动称为该点的径向运动误差。 端面运动误差因测量点所在半径位置不同而异，径向运动 误差则因测量点所在的轴向位置不同而异。
被测位移量ΔX 测杆运动 衡铁在线圈中运动 电感量ΔM变代 电量Δe 外接电路
电感式位移传感器的性能及特点
自感式 变气隙型 螺管型
1.5～ 2mm ±1% ±3%
型式
差动变 压器
±0.08～ 75mm* ±0.5％ ±0.5%
涡电流式
±2.5～ ±250m m* ±1～3% ＜3%
微动同 步器
±10°
电阻应变式位移传感器的性能及特点
型式
非粘贴的
粘贴的
半导体的
测量范围
精确度
±0.15%应变
±0.1%
±0.3%应变
±2%～3%
±0.25%应变
±2%～3%
直线性
±1%
±1%
满刻度±20%
特点
不牢固
牢固，使用方便，输出幅值大，温 度灵敏性高 需温度补偿 和高绝缘电 阻
差动变压器式位移传感器 工作过程:
精确度
±0.1%
±0.1%
±0.5%
±0.5%
直线性
±0.1%
±0.1%
±0.5%
±0.5%
特点
Байду номын сангаас
分辨力较好，可静态或动 态测量。机械结构不牢 固
结构牢固，寿命长，但分 辨力差，电噪声大
二、应变片式位移传感器
利用弹性元仵把位移量转换成应变量 应变式位移传感器工作过程:
被测位移量ΔX 弹簧作用 贴 外接电路 测杆运动 弹性元件(悬臂梁)产生应变 应变片 电量输出 电阻ΔR
测量时必须利用基准面来“体现”回转轴线。通常是选 用具有高圆度的圆球或圆环来作为基准面。直接采用回 转轴上的某一回转表面来作为基准面虽然可行，但由于 该表面的形状误差不易满足测量要求，测量精确度较差。
用双向测量法测量轴的径向运动误差
测量仪
位移传感器
测量仪
位移传感器
设Oo为理想回转中心，Om为基准球的几何中心，Or为瞬时回 转中心，e为基准球的安装偏心，θ为转角，并令e与x轴平 行时θ =0，r(θ)为径向运动误差。若基准球半径Rm远远大 于偏心e和径向运动误差r(θ)，则两传感器检测到的位移信 号dx和dy分别为：
二、物位的测量 物位是液位、料位、以及界面位置的总称。具体的液位如 罐、塔、槽等容器中液体或河道、水库中水的表面位置高 度；料位如仓库、料斗、仓储箱内堆积物体的高度；界面 位置一般指固体与液体或两种不相溶、密度不同的液体之 间存在的界面。
测量物位有时是为了测知容器中物体的存量；有时是为 了对容器中的物料进行监控，调节其进出速度，或在物 位接近极限位置时能提前报警。前者为物位的静态测量， 后者需采用动态连续的测量方法。
电容式位移传感器的性能及特点
型式 测量范围 精确度 直线性 特点 变面积 10-3～1000mm* ±0.005% ±1% 变间距 10-5～10mm* 0.1% 1%
受介电常数因环境温度， 分辨力很好，但测量范围很小， 湿度而变化的影响 只能在小范围内近似地保存 线性
第三节
位移测量的应用
一、回转轴径向运动误差的测量