第二讲_位移传感器分析
位移传感器的工作原理
位移传感器的工作原理位移传感器是一种用于测量物体位置或位移的设备。
它们在许多工业和科学应用中起着重要的作用，例如机械工程、自动化控制、航空航天等领域。
本文将详细介绍位移传感器的工作原理及其相关技术。
一、位移传感器的工作原理位移传感器的工作原理基于不同的物理效应，常见的工作原理包括电阻式、电容式、感应式、光电式等。
1. 电阻式位移传感器电阻式位移传感器利用物体位移引起的电阻变化来测量位移。
一种常见的电阻式位移传感器是电阻刻度尺。
它由一条导电材料制成，材料的电阻随着位移的变化而变化。
通过测量电阻的变化，可以确定物体的位移。
2. 电容式位移传感器电容式位移传感器利用物体位移引起的电容变化来测量位移。
一种常见的电容式位移传感器是平行板电容传感器。
它由两个平行金属板组成，当物体位移时，金属板之间的电容会发生变化。
通过测量电容的变化，可以确定物体的位移。
3. 感应式位移传感器感应式位移传感器利用物体位移引起的感应电流或感应电压来测量位移。
一种常见的感应式位移传感器是磁致伸缩位移传感器。
它由一个磁致伸缩杆和一个线圈组成，当物体位移时，磁致伸缩杆的长度会发生变化，从而改变线圈中感应的电压或电流。
通过测量电压或电流的变化，可以确定物体的位移。
4. 光电式位移传感器光电式位移传感器利用物体位移引起的光强度变化来测量位移。
一种常见的光电式位移传感器是光电编码器。
它由一个光源和一个光敏元件组成，当物体位移时，光源照射到光敏元件上的光强度会发生变化。
通过测量光强度的变化，可以确定物体的位移。
二、位移传感器的应用领域位移传感器广泛应用于各个领域，以下列举几个常见的应用领域：1. 机械工程位移传感器在机械工程中用于测量机械零件的位移，例如测量机械臂的位置、测量机床的工作台位移等。
2. 自动化控制位移传感器在自动化控制系统中用于测量物体的位移，例如测量机器人的位置、测量液位的变化等。
3. 航空航天位移传感器在航空航天领域中用于测量飞机、火箭等飞行器的位移，例如测量飞机翼展的变化、测量火箭发动机喷口的位移等。
第二讲_位移传感器
其形式有直滑式和旋转式， 旋转式有单圈和多圈两种。 电刷由
触头、 臂、 导向及轴承等装置组成； 触头常用银、 铂铱、 铂 铑等金属； 电刷臂用磷青铜等弹性较好的材料； 骨架常用陶瓷、
酚醛树脂及工程塑料等绝缘材料。 电阻元件有线绕电阻、 薄膜
电阻、 导电塑料电阻、 导电玻璃釉电阻等。
10
图3-2 （a） 直滑式； (b) 单圈旋转式； (c) 多圈旋转式
线圈绕于绝缘骨架上，滑动触点(电刷)在移动过程中, 从一匝滑到另一匝时，电阻值随位移发生变化。
b x
R
a
b
c
l R A
7
•
电阻体是由电阻系数很高的极细均匀导线， 按照一定的规律整齐地绕在一个绝缘的骨架上 制成的。在它与电刷相接触的部分，将导线表 面的绝缘去掉，然后加以抛光，形成一个电刷 可在其上滑动的接触道。电刷通常是由具有弹 性的金属薄片或金属丝制成，其末端弯曲成弧 形，利用电刷与电阻本身的弹性变形产生的弹 性力，使电刷与电阻元件有一定的接触压力， 以使两者在相对滑动过程中保持可靠的接触和 导电。电位器常用的电阻丝材料为铜镍合金 （铜60％、镍40％），电刷为磷青铜，骨架为 陶瓷酚醛树脂等。
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1、线绕电位器的结构
14
15
2、线绕电位器的输出特性
（1）空载下
U0 Usc R R0 U0 Usc L L0
电阻灵敏度 KR
R R0 L L0
L L0
线性电位器
电压灵敏度 K V U sc U 0
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（2）负载下
RL R U 0 Ux ( R 0 R)Ux RL R
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2） 金属膜电位器 金属膜电位器由合金、 金属或金属氧化物等材料通过真空
位移传感器的工作原理
位移传感器的工作原理一、引言位移传感器是一种用于测量物体位置变化的装置，广泛应用于工业、机械、汽车等领域。
本文将详细介绍位移传感器的工作原理，包括传感器的类型、工作原理及其应用。
二、传感器类型位移传感器根据测量原理的不同可分为多种类型，常见的有电阻式、电容式、电感式和光电式传感器。
1. 电阻式传感器：利用电阻值的变化来测量位移，常见的有电位器和应变片传感器。
电位器传感器通过测量电阻器的滑动片位置来确定位移大小，而应变片传感器则是通过测量应变片的形变来计算位移。
2. 电容式传感器：利用电容值的变化来测量位移，常见的有平行板电容传感器和微型电容传感器。
平行板电容传感器通过测量电容板之间的距离变化来计算位移，而微型电容传感器则是通过测量电容器的电容值变化来确定位移。
3. 电感式传感器：利用电感值的变化来测量位移，常见的有线圈式电感传感器和变压器式电感传感器。
线圈式电感传感器通过测量线圈的感应电动势来计算位移，而变压器式电感传感器则是通过测量变压器的感应电动势变化来确定位移。
4. 光电式传感器：利用光电效应来测量位移，常见的有光电编码器和激光位移传感器。
光电编码器通过测量光电传感器接收到的光信号来计算位移，而激光位移传感器则是通过测量激光束的反射位置来确定位移。
三、传感器工作原理不同类型的位移传感器具有不同的工作原理，下面将分别介绍几种常见的传感器工作原理。
1. 电阻式传感器工作原理：电位器传感器的工作原理是利用滑动片与电阻器之间的接触面积的变化来改变电阻值，从而测量位移。
应变片传感器的工作原理是利用应变片的形变来改变电阻值，从而测量位移。
2. 电容式传感器工作原理：平行板电容传感器的工作原理是利用电容板之间的距离变化来改变电容值，从而测量位移。
微型电容传感器的工作原理是利用电容器的电容值变化来测量位移。
3. 电感式传感器工作原理：线圈式电感传感器的工作原理是利用线圈感应电动势的变化来测量位移。
变压器式电感传感器的工作原理是利用变压器的感应电动势变化来测量位移。
位移传感器的工作原理
位移传感器的工作原理一、引言位移传感器是一种用于测量物体位置或者运动的设备，广泛应用于工业自动化、机器人技术、汽车工程等领域。
本文将详细介绍位移传感器的工作原理及其应用。
二、工作原理位移传感器的工作原理基于不同的物理效应，常见的工作原理包括电阻式、电感式、电容式和光电式等。
1. 电阻式位移传感器电阻式位移传感器利用电阻值随位移变化的特性进行测量。
常见的电阻式位移传感器包括电位器和应变片传感器。
（1）电位器：电位器是由一条电阻丝和一个滑动触点组成的。
当物体位移时，滑动触点会沿着电阻丝挪移，导致电阻值的变化。
通过测量电阻值的变化，可以确定物体的位移。
（2）应变片传感器：应变片传感器是将应变片粘贴在被测物体上，当物体受到外力作用时，应变片会发生形变，导致电阻值的变化。
通过测量电阻值的变化，可以确定物体的位移。
2. 电感式位移传感器电感式位移传感器利用线圈中感应电动势随位移变化的特性进行测量。
常见的电感式位移传感器包括差动变压器和感应式位移传感器。
（1）差动变压器：差动变压器由两个线圈组成，一个是主线圈，一个是副线圈。
当物体位移时，主线圈和副线圈之间的磁耦合会发生变化，导致感应电动势的变化。
通过测量感应电动势的变化，可以确定物体的位移。
（2）感应式位移传感器：感应式位移传感器由线圈和铁芯组成。
当物体位移时，铁芯的位置会发生变化，导致线圈中感应电动势的变化。
通过测量感应电动势的变化，可以确定物体的位移。
3. 电容式位移传感器电容式位移传感器利用电容值随位移变化的特性进行测量。
常见的电容式位移传感器包括平行板电容传感器和共振电容传感器。
（1）平行板电容传感器：平行板电容传感器由两个平行的金属板组成，当物体位移时，两个金属板之间的距离会发生变化，导致电容值的变化。
通过测量电容值的变化，可以确定物体的位移。
（2）共振电容传感器：共振电容传感器由电容和电感组成。
当物体位移时，电容和电感之间的谐振频率会发生变化，导致电容值的变化。
位移传感器的工作原理 (2)
位移传感器的工作原理位移传感器是一种用于测量物体位移的装置。
它通过将物体的位移转换为电信号来实现测量。
位移传感器在许多领域中都有广泛的应用，例如工业自动化、机械加工、医疗设备等。
位移传感器的工作原理基于不同的物理原理，常见的几种工作原理包括电阻式、电容式、电感式和光电式。
电阻式位移传感器是最常见的一种类型。
它利用电阻的变化来测量物体的位移。
普通情况下，电阻式位移传感器由一个固定电阻和一个活动电阻组成。
活动电阻的位置随着物体的位移而改变，从而导致电阻值的变化。
通过测量电阻值的变化，可以确定物体的位移。
电容式位移传感器利用电容的变化来测量物体的位移。
它通常由两个平行的电容板组成，当物体位移时，电容板之间的距离也会发生变化，从而导致电容值的变化。
通过测量电容值的变化，可以确定物体的位移。
电感式位移传感器利用电感的变化来测量物体的位移。
它通常由一个线圈和一个铁芯组成。
当物体位移时，铁芯的位置相对于线圈也会发生变化，从而导致电感值的变化。
通过测量电感值的变化，可以确定物体的位移。
光电式位移传感器利用光的变化来测量物体的位移。
它通常由一个发光二极管和一个光敏电阻组成。
当物体位移时，发光二极管照射到光敏电阻上的光强度会发生变化，从而导致电阻值的变化。
通过测量电阻值的变化，可以确定物体的位移。
除了上述几种常见的工作原理外，还有其他一些特殊的工作原理，如压电式、磁电式、超声波式等。
不同的工作原理适合于不同的应用场景，选择合适的工作原理可以提高位移传感器的测量精度和稳定性。
位移传感器的性能指标包括测量范围、灵敏度、分辨率、线性度、重复性和稳定性等。
测量范围是指位移传感器能够测量的最大位移值，灵敏度是指位移传感器输出信号与输入位移之间的关系，分辨率是指位移传感器能够分辨的最小位移值，线性度是指位移传感器输出信号与输入位移之间的线性关系，重复性是指位移传感器在相同位移条件下重复测量的一致性，稳定性是指位移传感器在长期使用过程中输出信号的稳定性。
位移传感器的原理与灵敏度分析
位移传感器的原理与灵敏度分析位移传感器是一种常见的传感器，用于测量物体相对于参考点的位移。
它在许多领域中都有广泛的应用，包括工业自动化、机械设备监测和医疗设备等。
本文将介绍位移传感器的原理和灵敏度分析。
位移传感器的原理主要基于物理变化的测量。
传感器通常使用不同的技术来实现位移的测量，包括电磁感应、电容变化和光电效应等。
其中，电磁感应是一种常见的技术，它利用感应线圈和磁场之间的相互作用来测量位移。
当物体位移时，感应线圈中的磁场发生变化，从而导致感应电压的变化。
该变化可以通过测量感应电压的大小来计算位移。
除了电磁感应，电容变化也是一种常用的位移测量技术。
在电容变化传感器中，被测物体和参考电极之间形成一个电容。
位移导致电容的变化，进而引起电压或电流的变化。
通过测量这些变化，可以计算出位移的大小。
光电效应是另一种常见的位移测量技术。
光电传感器通常由发射器和接收器组成。
发射器发射光束，接收器接收反射或透射的光束。
物体的位移导致光束的位置发生变化，从而引起接收器输出的电信号的变化。
通过测量这些变化，可以计算出位移的大小。
位移传感器的灵敏度是评估传感器性能的重要指标之一。
灵敏度可以理解为传感器输出信号与位移之间的关系。
一般来说，灵敏度越大，传感器对于位移的检测能力就越高。
根据传感器原理的不同，灵敏度可以通过不同的方式来衡量。
在电磁感应传感器中，灵敏度通常以感应电压的变化率来表示。
简单来说，灵敏度就是感应电压的变化与位移变化之间的比例关系。
通常情况下，灵敏度与感应线圈的参数和磁场的变化有关。
感应线圈的参数可以通过设计和优化来调整，以达到更高的灵敏度。
在电容变化传感器中，灵敏度可以通过电容的变化率来衡量。
与电磁感应传感器类似，灵敏度就是电容的变化与位移变化之间的比例关系。
通过调整电容的参数和测量电容的变化，可以提高传感器的灵敏度。
在光电传感器中，灵敏度通常以输出信号的变化率来表示。
与电磁感应和电容变化传感器类似，灵敏度就是输出信号的变化与位移变化之间的比例关系。
位移传感器的原理和应用
位移传感器的原理和应用
一、原理
1.接触式位移传感器原理：
接触式位移传感器通过机械接触的方式测量物体的位移。
常见的接触式位移传感器有滑动变阻器、电容变阻器、电感变阻器等。
这类传感器通过物体位移引起电阻、电容、电感元件的变化，从而测量位移。
2.非接触式位移传感器原理：
非接触式位移传感器通过无需物理接触的方式测量物体的位移。
常见的非接触式位移传感器有光电编码器、激光位移传感器、电磁感应位移传感器等。
这类传感器利用光学、电磁或其他无线技术测量位移。
二、应用
1.汽车工业：
在汽车制造中，位移传感器被广泛应用于测量车辆悬挂、翘曲、变形等情况，以提高车辆的安全性和驾驶舒适度。
例如，车辆的悬架系统中使用位移传感器测量悬挂裙的位移来调节车身的高度。
2.机械设备：
在机械制造过程中，位移传感器被广泛应用于测量机械元件的位移和变形，以确保机械设备的正常运行和精度。
例如，机床加工过程中使用位移传感器来实时监测工件位置，以确保加工质量。
3.工业自动化：
4.航空航天：
5.医疗领域：
总结：
位移传感器通过测量物体的位移，提供了在许多领域中实时定位、控
制和监测的重要数据。
无论是接触式还是非接触式，这些传感器都在汽车、机械设备、工业自动化、航空航天和医疗等领域发挥着重要的作用。
位移
传感器的发展不断推动着现代科技和工程的进步。
位移传感器的工作原理
位移传感器的工作原理一、引言位移传感器是一种用于测量物体位置或位移的设备，广泛应用于工业自动化、机械制造、航空航天等领域。
本文将详细介绍位移传感器的工作原理及其应用。
二、工作原理位移传感器的工作原理基于不同的物理原理，常见的包括电阻、电容、电感、光学、超声波等。
1. 电阻位移传感器电阻位移传感器利用电阻值的变化来测量位移。
常见的电阻位移传感器包括电阻式位移传感器和电位器。
电阻式位移传感器通过测量电阻值的变化来确定位移大小。
电位器则利用滑动触点在固定电阻器上的位置变化来测量位移。
2. 电容位移传感器电容位移传感器利用电容值的变化来测量位移。
它由两个电极组成，当位移发生时，电极之间的电容值会发生变化，通过测量电容值的变化来确定位移大小。
3. 电感位移传感器电感位移传感器利用电感值的变化来测量位移。
当位移发生时，线圈中的电感值会发生变化，通过测量电感值的变化来确定位移大小。
4. 光学位移传感器光学位移传感器利用光的原理来测量位移。
它通过发射一束光束，并通过接收器接收反射回来的光来确定位移大小。
5. 超声波位移传感器超声波位移传感器利用超声波的原理来测量位移。
它通过发射超声波并接收回波来确定位移大小。
三、应用领域位移传感器在各个领域都有广泛的应用。
1. 工业自动化位移传感器在工业自动化中用于测量机器人的位置、物体的位移等。
它可以帮助机器人实现精确的定位和控制，提高生产效率。
2. 机械制造位移传感器在机械制造中用于测量机械设备的位移、位置等。
它可以帮助监测机械设备的运行状态，及时发现故障并采取相应的措施。
3. 航空航天位移传感器在航空航天领域用于测量飞机、火箭等的位置和姿态。
它可以帮助飞行员或航天员实时监测飞行器的状态，确保飞行安全。
4. 汽车制造位移传感器在汽车制造中用于测量汽车零部件的位移和位置。
它可以帮助汽车制造商监测汽车的运行状态，改善车辆性能。
5. 医疗设备位移传感器在医疗设备中用于测量患者的位移和位置。
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1. 线绕电位器
线绕电位器电阻元件由康铜丝、铂铱合金及卡玛丝等电阻
丝绕制， 因而能承受较高的温度， 常被制成功率型电位器， 其额定功率范围一般为0.25～50 W， 阻值范围为100 Ω ～100 kΩ 。 线绕电位器的突出优点是结构简单， 使用方便； 缺点是 分辨率低， 这是由于电阻丝是一匝一匝地绕在骨架上的， 当接 触电刷从这一匝移到另一匝时， 阻值的变化呈阶梯式。
max 0.1%，确定负载电阻 RL 。
RL R0
0.15R 0
0.1%
4、阶梯特性、误差和分辨率
U0 U n U0 U0 Un m m n 1 n 1 1 U 0 m( ) n 1 n
11
变阻器式传感器的性能参数: 1)线性(或曲线的一致性); 2) 分辨率; 3)整个电阻值的偏差;
4)移动或旋转角度范围; 5)电阻温度系数; 6)寿命;
变阻器式传感器的分类
按测量类型： 单圈电位器 多圈电位器
直线滑动式电位器
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一、线绕电位器式传感器
机械位移信号
精密电位器
转换元件
电信号
位 移
8
电位器式传感器的转换原理 根据电工知识，我们很容易理解电位器的电压转换原理。
电位器的位移→电压转换原理如图3-1（c）所示。 设电阻体的
长度为l，电阻值为R，两端所加（输入）电压为Ui，则滑动端 输出电压为
Ui Uo x l
(3-1)
式中，x为位移量。
9
电位器式传感器的结构与类型 如图3-2所示，电位器由电阻元件、 电刷、 骨架等组成。
第二章 位移检测传感器
位移可分为线位移和角位移 电阻式、电容式、涡流式、压电式、 感应同步式、磁栅式、光电式
位移是指物体的某个表面或某点相对于参考表 面或参考点位置的变化。位移有线位移和角位移 两种。线位移是指物体沿着某一条直线移动的距 离；角位移是指物体绕着某一定点旋转的角度。 在机械工程中经常要精确测量零部件的位移或位 置，并且力、压力、扭矩、速度、加速度、温度、 流量等参数也可经转换为位移进行测量。位移测 量时，首先要根据不同的测量对象，选择适当的 测量点、测量方向和测量仪器。
精度不够高， 动态响应较差，仅适于测量变化较缓慢的量， 常 用作位置信号发生器。 图3-1(a)和(b)分别为直线位移和角位移传 感器的外形图。
5
图3-1 电位器式传感器的外形及电压转换原理图 （a） 直线位移传感器； (b) 角位移传感器； (c) 电位器的位移→电压转换原理图
6
结构和工作原理
RL R Ux U0 2 RLR 0 RR 0 R
R 令 K 分压系数 R0 KU 0 Ux 1 K (1 K )
R0 负载系数 RL
Ux Usc
R Usc U 0 KU 0 R0
Usc K ,Usc R,Usc 17 L
R 分压系数 令 K R0 KU 0 Ux 1 K (1 K )
其形式有直滑式和旋转式， 旋转式有单圈和多圈两种。 电刷由
触头、 臂、 导向及轴承等装置组成； 触头常用银、 铂铱、 铂 铑等金属； 电刷臂用磷青铜等弹性较好的材料； 骨架常用陶瓷、
酚醛树脂及工程塑料等绝缘材料。 电阻元件有线绕电阻、 薄膜
电阻、 导电塑料电阻、 导电玻璃釉电阻等。
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图3-2 （a） 直滑式； (b) 单圈旋转式； (c) 多圈旋转式
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位移传感器的分类
2
第一节 参量型位移传感器
一、电阻式位移传感器
电位器式传感器 电位器式传感器
线绕式电阻传感器 线绕式
非线绕式电阻传感器 非线绕式
薄膜电位器
导电塑料电位器
光电电位器
3
电阻、电容、电感式位移传感器的特点
• 常用的位移传感器
• 1. 电阻式 包括电位器式和电阻应变式两类。适 用于几毫米到几百毫米的位移测量。 • 2.电容式 可用来测量0.1 ～10mm的线位移和1(″) 到几十(°)的角位移。 • 3.电感式 电感式位移传感器分为自感和互感两 类。前者可适于测量较大位移(数mm到数百 mm)，。互感式 (±0.1～±200mm)，电涡流式 位移传感器，可以测量小到微米级，大到几百毫 米的位移。
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1、线绕电位器的结构
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15
2、线绕电位器的输出特性
（1）空载下
U0 Usc R R0 U0 Usc L L0
电阻灵敏度 KR
R R0 L L0
L L0
线性电位器
电压灵敏度 K V U sc U 0
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（2）负载下
RL R U 0 Ux ( R 0 R)Ux RL R
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电位器是人们常用到的一种电子元件， 它作为传感器可以
电位器式传感器
将机械位移或其他能变换成位移的非电量变换为电阻值的变化，
并容易转换成电压的变化。 电位器式传感器具有结构简单， 价 格低廉， 性能稳定， 对环境条件要求不高， 输出信号大， 易
于转换， 便于维修的优点。 其缺点是存在摩擦， 分辨力有限，
线圈绕于绝缘骨架上，滑动触点(电刷)在移动过程中, 从一匝滑到另一匝时，电阻值随位移发生变化。
b x
R
a
b
c
l R A
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•
电阻体是由电阻系数很高的极细均匀导线， 按照一定的规律整齐地绕在一个绝缘的骨架上 制成的。在它与电刷相接触的部分，将导线表 面的绝缘去掉，然后加以抛光，形成一个电刷 可在其上滑动的接触道。电刷通常是由具有弹 性的金属薄片或金属丝制成，其末端弯曲成弧 形，利用电刷与电阻本身的弹性变形产生的弹 性力，使电刷与电阻元件有一定的接触压力， 以使两者在相对滑动过程中保持可靠的接触和 导电。电位器常用的电阻丝材料为铜镍合金 （铜60％、镍40％），电刷为磷青铜，骨架为 陶瓷酚醛树脂等。
R0 负载系数 RL
负载误差
Usc KU 0
U Usc Ux
相对负载误差
一定，对K求一阶
导数，并令其= 0，得：
U 100% U0
2 K 时， 3
max
0.15
18
3、减小电位器负载误差的方法 —— 负载系数减小法
max 0.15
例2-1 设电位器总电阻 R0 1k ，要求负载误差