2.1机械式位移测量仪（课件）-《传感器检测技术》同步教学（华南理工大学出版社）

项目二：位移检测 电子课件 学习重点 学习重点 掌握电位器传感器的原理和应用 掌握光栅位移传感器的基本原理 理解超声波传感器的基本原理 目 录 任务一：机械式位移测量仪 任务二：光栅位移传感器在机床工作台上的应用 任务三、简易汽车倒车雷达 过度页 任务一：机械式位移测量仪 任务一：机械式位移测量仪 电位器是一种常用的机电元件，广泛应用于各种电器和电子设备中。它主要是一种把机械的线位移或角位移输入量转换为与它成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件来使用。 机械式位移测量仪 任务一：机械式位移测量仪 同时，与其它种类的位移传感器相比，它结构简单、尺寸小、重量轻、精度高、输出信号大、性能稳定并容易实现任意函数。因此，在工程机械等方面经常采用。那么，如何设计一个采用电位器制作的位移测量仪哪？ 机械式位移测量仪 任务一：机械式位移测量仪 线性电位器 空载特性 线性电位器的理想空载特性曲线应具有严格的线性关系。图所示为电位器式位移传感器原理图。 机械式位移测量仪 任务一：机械式位移测量仪 如果把它作为变阻器使用,假定全长为xmax的电位器其总电阻为Rmax,电阻沿长度的分布是均匀的,则当滑臂由A向B移动x后,A点到电刷间的阻值为 机械式位移测量仪 任务一：机械式位移测量仪 机械式位移测量仪 图 电位器式位移传感器原理图 任务一：机械式位移测量仪 若把它作为分压器使用,且假定加在电位器A、B之间的电压为Umax,则输出电压为 机械式位移测量仪 任务一：机械式位移测量仪 所示为电位器式角度传感器。作变阻器使用,则电阻与角度的关系为 机械式位移测量仪 任务一：机械式位移测量仪 作为分压器使用,则有 机械式位移测量仪 图 电位器式角度传感器原理图 任务一：机械式位移测量仪 线性线绕电位器理想的输出、输入关系遵循上述四个公式。因此对如图所示的位移传感器来说,因为 机械式位移测量仪 任务一：机械式位移测量仪 其灵敏度应为 机械式位移测量仪 任务一：机械式位移测量仪 机械式位移测量仪 线性线绕电位器示意图 任务一：机械式位移测量仪 机械式位移测量仪 线性线绕电位器示意图 任务一：机械式位移测量仪 式中,SR、SU分别为电阻灵敏度、电压灵敏度;ρ为导线电阻率;A为导线横截面积;n为线绕电位器绕线总匝数。 机械式位移测量仪 任务一：机械式位移测量仪 由式可以看出,线性线绕电位器的电阻灵敏度和电压灵敏度除与电阻率ρ有关外,还与骨架尺寸h和b、导线横截面积A(导线直径d）、绕线节距t等结构参数有关;电压灵敏度还与通过电位器的电流I的大小有关。 机械式位移测量仪 任务一：机械式位移测量仪 阶梯特性、阶梯误差和分辨率 图所示为绕n匝电阻丝的线性电位器的局部剖面和阶梯特性曲线图。 机械式位移测量仪 任务一：机械式位移测量仪 电刷在电位器的线圈上移动时,线圈一圈一圈的变化,因此,电位器阻值随电刷移动不是连续地改变,导线与一匝接触的过程中,虽有微小位移,但电阻值并无变化,因而输出电压也不改变, 机械式位移测量仪 任务一：机械式位移测量仪 在输出特性曲线上对应地出现平直段;当电刷离开这一匝而与下一匝接触时,电阻突然增加一匝阻值,因此特性曲线相应出现阶跃段。 机械式位移测量仪 任务一：机械式位移测量仪 这样,电刷每移过一匝,输出电压便阶跃一次,共产生n个电压阶梯,其阶跃值亦即名义分辨率为 机械式位移测量仪 任务一：机械式位移测量仪 机械式位移测量仪 局部剖面和阶梯特性 任务一：机械式位移测量仪 实际上,当电刷从j匝移到(j+1)匝的过程中,必定会使这两匝短路,于是电位器的总匝数从n匝减小到（n-1）匝,这样总阻值的变化就使得在每个电压阶跃中还产生一个小阶跃。 机械式位移测量仪 任务一：机械式位移测量仪 这个小电压阶跃亦即次要分辨脉冲为 机械式位移测量仪 任务一：机械式位移测量仪 主要分辨脉冲和次要分辨脉冲的延续比,取决于电刷和导线直径的比。若电刷的直径太小,尤其使用软合金时,会促使形成磨损平台;若直径过大,则只要有很小的磨损就将使电位器有更多的匝短路,一般取电刷与导线直径比为10可获得较好的效果。 机械式位移测量仪 任务一：机械式位移测量仪 工程上常把图9.4那种实际阶梯曲线简化成理想阶梯曲线,如图9.5所示。这时,电位器的电压分辨率定义为:在电刷行程内,电位器输出电压阶梯的最大值与最大输出电压Umax之比的