导电塑料位移传感器线性度的新型计算方法
位移传感器又称为线性传感器
位移传感器又称为线性传感器，它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，位移传感器超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。
电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，接通电源后，在开关的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量，使振荡器输出幅度线性衰减，然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。
简介电感式位移传感器具有无滑动触点，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，并且低功耗，长寿命，可使用在各种恶劣条件下。
位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制。
光电式位移传感器利用激光三角反射法进行测量，对被测物体材质没有任何要求，主要影响为环境光强和被测面是否平整。
比如公路测量用到真尚有的激光位移传感器，就对传感器进行了特殊配置，与普通情况不一样。
位移是和物体的位置在运动过程中的移动有关的量，位移的测量方式所涉及的范围是相当广泛的。
小位移通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器来检测，大的位移常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量。
其中光栅传感器因具有易实现数字化、精度高（目前分辨率最高的可达到纳米级）、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点，在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。
原理计量光栅是利用光栅的莫尔条纹现象来测量位移的。
“莫尔”原出于法文Moire，意思是水波纹。
几百位移传感器年前法国丝绸工人发现，当两层薄丝绸叠在一起时，将产生水波纹状花样；如果薄绸子相对运动，则花样也跟着移动，这种奇怪的花纹就是莫尔条纹。
一般来说，只要是有一定周期的曲线簇重叠起来，便会产生莫尔条纹。
计量光栅在实际应用上有透射光栅和反射光栅两种；按其作用原理又可分为辐射光栅和相位光栅；按其用途可分为直线光栅和圆光栅。
下面以透射光栅为例加以讨论。
透射光栅尺上均匀地刻有平行的刻线即栅线，a为刻线宽，b为两刻线之间缝宽，W=a+b称为光栅栅距。
位移传感器的性能参数与使用方法.
位移传感器的性能参数标称阻值：电位器上面所标示的阻值。
允许误差：标称阻值与实际阻值的差值跟标称阻值之比的百分数称阻值偏差，它表示电位器的精度。
允许误差一般只要在±20%以内就符合要求，因为一般位移传感器是以分压的方式来使用，具体电阻的大小对传感器的数据采集没有影响。
线性精度：直线性误差。
此参数越小越好。
寿命：导电塑料位移传感器都在200万次以上。
重复精度：此参数越小越好。
分辨率：位移传感器所能反馈的最小位移数值。
此参数越小越好。
导电塑料位移传感器分辨率为无穷小。
位移传感器的使用方法一般采用给位移传感器加上一个电压，利用其优良的平滑性，来检测输出电压（输出电阻改变输出电压）分压比。
小编通过搜集整理，以直线位移传感器及磁致伸缩位移传感器为例，简单的分析了位移传感器的使用方法。
（1）直线位移传感器的使用：美国tom公司生产的精密直线位移传感器，是带有一个长的持续传导轨迹分压计型传感器，在控制和测量运用中，适合于绝对位移传感，其线性精度为士0.05%。
具有移动快，寿命长等特点，符合龙门式精密油压机的控制要求。
根据实际要求在油压机的主缸、液压垫上分别安装kl下滑板式、ktc拉杆式直线位移传感器。
在一个半自动工作过程中，油压机的主缸、液压垫分别带动两只直线位移传感器移动，将采集到的两点模拟量值输入到fx2n-8ad，fx2n-8ad 将此模拟输入数值（此时是电压输入），转换成数字值，并且把他们传输到plc 主单元。
主缸、液压垫选用直线位移传感器的有效测量长度为500mm、400mm。
（2）磁致伸缩位移传感器使用中的注意事项：磁致伸缩位移（液位）传感器，通过内部非接触式的测控技术精确地检测活动磁环的绝对位置来测量被检测产品的实际位移值的;该传感器的高精度和高可靠性已被广泛应用于成千上万的实际案例中根据供应商提供的资料，强调了本传感器在使用中必须注意的一些事项，除了上面所介绍的接线方面之外，在与液压油缸的装配中也有一些需要注意的问题：一是装配部位的加工尺寸，按照下图的公差要求加以控制。
位移传感器
位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。
在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。
按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。
模拟式又可分为物性型和结构型两种。
位移传感器的主要分类根据运动方式直线位移传感器：直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号。
为了达到这一效果，通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。
传感器滑轨连接稳态直流电压，允许流过微安培的小电流，滑片和始端之间的电压，与滑片移动的长度成正比。
将传感器用作分压器可最大限度降低对滑轨总阻值精确性的要求，因为由温度变化引起的阻值变化不会影响到测量结果。
角度位移传感器：角度位移传感器应用于障碍处理：使用角度传感器来控制你的轮子可以间接的发现障碍物。
原理非常简单：如果马达角度传感器构造运转，而齿轮不转，说明你的机器已经被障碍物给挡住了。
此技术使用起来非常简单，而且非常有效；唯一要求就是运动的轮子不能在地板上打滑（或者说打滑次数太多），否则你将无法检测到障碍物。
一个空转的齿轮连接到马达上就可以避免这个问题，这个轮子不是由马达驱动而是通过装置的运动带动它：在驱动轮旋转的过程中，如果惰轮停止了，说明你碰到障碍物了。
根据材质电位器式位移传感器：它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。
普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。
但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。
图1中的电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。
物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。
阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。
通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出。
线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化，其输出特性亦呈阶梯形。
传感器几个必须掌握的公式
Ｅ＝ 应变ＳＦ＝ 应力径向应变轴向应变：＝１ＥＥ桥： 全２电桥： 双臂电桥：电桥的输出电压：单臂２σεσμεεμεεεε-=∆=∆⨯=∆==∆==∆=-rrLLKRRUKERRUKERRUEE,10//4/6εKRR=∆/）＋－－（４ＵＫ＝Ｕ电桥的和差特性：４３２１０εεεε)(443210RRRRRRRRUU∆+∆-∆-∆=二、几个名词•传感器•静态特性（线性度、灵敏度、回程误差、稳定性、漂移、重复性、分辨力）•动态特性•电阻应变效应•压电效应（正、逆压电效应）•霍尔效应•光电效应（外光电效应、内光电效应（光电导效应、光生伏特效应）•热电效应三、几个常见物理量的测量方法•位移：电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、磁电式传感器、霍尔传感器•转速：电容式传感器、磁电式传感器、霍尔传感器、光电式传感器、电涡流传感器•加速度：电阻应变式传感器、差动变压器式传感器、压电式传感器、电容式传感器•力：电阻应变式、压电式传感器、电容式传感器、电感式传感器•温度：热电偶、热电阻、热敏电阻四、几个问题•传感器的组成、作用？•传感器的分类？•传感器的静态特性指标、动态特性指标？•改善传感器性能（非线性）的途径有哪些？（差动连接的原理和作用）•电阻应变式传感器测力的基本原理？•电桥电路的特点？•电感式传感器、电容式传感器的后续测量电路？•热电偶测温的基本原理、基本定律？•内外光电效应对应的元器件？1传感器：国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律(数学函数法则)转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”2静态特性是指检测系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，系统的输出与输入之间的关系。
主要包括线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。
(1) 线性度：指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。
(2) 灵敏度：灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。
导电塑料位移传感器原理与制造工艺研究
导电塑料位移传感器原理与制造工艺研究引言导电塑料位移传感器是一种用于测量物体位移的传感器。
随着电子技术的飞速发展，导电塑料位移传感器在工业自动化控制、机器人和医疗设备等领域得到了广泛应用。
本文将深入探讨导电塑料位移传感器的工作原理及其制造工艺。
1. 导电塑料位移传感器的工作原理导电塑料位移传感器是通过测量导电塑料材料的电阻变化来实现对位移的测量。
其工作原理可以分为以下几个步骤：1.1 压电效应导电塑料材料具有压电效应，即在受到外力作用时会产生电荷分离。
当导电塑料材料受到位移力作用时，导电塑料内部的分子结构会发生变化，导致电荷分离。
1.2 电阻变化通过在导电塑料表面或内部布置导电电极，可以测量导电塑料材料的电阻值。
由于导电塑料材料的压电效应，位移力的变化将导致导电塑料材料的电阻值发生变化。
1.3 电阻测量与位移关系通过对导电塑料位移传感器上的导电电极进行电阻测量，可以得到位移力对应的电阻值。
根据导电塑料材料的电阻特性和力对位移的线性关系，可以将电阻值转换为位移值，从而实现对位移的测量。
2. 导电塑料位移传感器的制造工艺导电塑料位移传感器的制造工艺包括导电塑料材料的选择、导电电极的制备和传感器的封装等环节。
2.1 导电塑料材料的选择在导电塑料位移传感器的制造过程中，首先要选择合适的导电塑料材料。
常用的导电塑料材料包括聚苯乙烯（PS）和聚苯乙烯共聚物（PS-CO）等。
这些材料具有良好的导电性能、机械性能和化学稳定性，适合用于制造导电塑料位移传感器。
2.2 导电电极的制备导电电极是导电塑料位移传感器中的重要组成部分，它们的制备过程主要包括以下几个步骤：1.表面处理：通过对导电塑料表面进行清洗和化学处理，可以减少导电塑料表面的污染和氧化现象，提高导电电极的附着力和导电性能。
2.导电层材料选择：选择合适的导电材料，如金属薄膜、碳纳米管等，涂覆在导电塑料表面形成导电层。
3.布置导电电极：将导电层切割成所需形状，并粘贴在导电塑料位移传感器的表面或内部。
传感器选型计算公式(实用)
传感器选型计算公式(实用)传感器选型计算公式（实用）一、引言本文档旨在提供一些实用的传感器选型计算公式，以帮助选择合适的传感器用于特定应用。
以下是一些常见的传感器类型及其适用范围：- 温度传感器：用于测量温度- 压力传感器：用于测量压力- 加速度传感器：用于测量加速度- 光传感器：用于检测光线- 湿度传感器：用于测量湿度- 位移传感器：用于测量物体的位移二、传感器选型计算公式下面是一些常用的传感器选型计算公式，供参考：1. 温度传感器选型计算公式- 基于环境温度范围选择温度传感器：$T_{\text{sensor}} = T_{\text{operating}} + T_{\text{margin}}$其中：- $T_{\text{sensor}}$：传感器的工作温度范围- $T_{\text{operating}}$：预期的环境工作温度范围- $T_{\text{margin}}$：温度安全裕度，一般为正数- 基于测量精度选择温度传感器：$T_{\text{sensor}} = T_{\text{target}} \pm \Delta T$其中：- $T_{\text{sensor}}$：传感器的测量精度范围- $T_{\text{target}}$：目标测量温度- $\Delta T$：允许的温度误差范围2. 压力传感器选型计算公式- 基于压力范围选择压力传感器：$P_{\text{sensor}} = P_{\text{operating}} + P_{\text{margin}}$其中：- $P_{\text{sensor}}$：传感器的工作压力范围- $P_{\text{operating}}$：预期的环境工作压力范围- $P_{\text{margin}}$：压力安全裕度，一般为正数- 基于测量精度选择压力传感器：$P_{\text{sensor}} = P_{\text{target}} \pm \Delta P$其中：- $P_{\text{sensor}}$：传感器的测量精度范围- $P_{\text{target}}$：目标测量压力- $\Delta P$：允许的压力误差范围3. 其他传感器选型计算公式根据不同传感器的特性和应用需求，可以使用类似的方法选择合适的传感器，根据不同的目标和误差范围来计算传感器的选型参数。
线性度的概念
线性度的概念：
线性度是描述传感器静态特性的一个重要指标，以被测输入量处于稳定状态为前提。
在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差（ΔYmax）与满量程输出（Y）的百分比，称为线性度（线性度又称为“非线性误差”），该值越小，表明线性特性越好。
以上说到了“拟合直线”的概念，拟合直线是一条通过一定方法绘制出来的直线，求拟合直线的方法有：端基法、最小二乘法等等。
精度：由传感器的基本误差极限和影响量（如温度变化、湿度变化、电源波动、频率改变等）引起的改变量极限确定。
表示为公式如下：δ=ΔYmax/ Y*100%
以上说到了“拟合直线”的概念，拟合直线是一条通过一定方法绘制出来的直线，求拟合直线的方法有：端基法、最小二乘法等等。
具体步骤这里不赘述。
有关精度、线性度等几个基本概念
在谈精度、线性度之前，先谈谈几个误差的概念：
1.绝对误差：实测值与理想值之差；
2.相对误差：被测点的绝对误差与被测点的理想值之比；
3.引用误差：被测点的绝对误差与基准值（量程）之比；
4.基本误差：在标准条件下，基准值（量程）范围内的引用误差；
5.线性误差：实测曲线与理想直线之间的偏差；
精度：由传感器的基本误差极限和影响量（如温度变化、湿度变化、电源波动、频率改变等）引起的改变量极限确定。
线性度：线性度概念：测试系统的输出与输入系统能否像理想系统那样保持正
常值比例关系（线性关系）的一种度量。
线性范围：传感器在线性工作时的可测量范围。
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导电塑料位移传感器线性度的新型计算方法
摘要：目前，我国依然未曾对导电塑料位移传感器的线性度计算方法
进行明确，该行业国家标准也没有出台，导致市场上的产品很难有相
对统一的计算方法，甚至于任意标注产品的线性度。该文介绍并分析
了现有位移传感器的各种线性度的类型及计算方法，只能根据
GB/T15298-94的内容，其主要包括为：独立线性（最佳直线）、零基
线性（仅适用于线绕电位器）、绝对线性、端基线性（仅适用于线绕
电位器）等类型的计算方法。同时提出一种基于Excel技术对位移传
感器线性度的新型计算方法，到达了精确、快速、直观的计算目的，
并且大大的降低了计算时的劳动强度，提高了生产效率。
关键词：导电塑料、位移传感器、Excel、线性度、计算机图形技术、
正文：
现有位移传感器的各种线性度类型的计算方法都存在其比较不
合理之处和范围限制，下面将作一一介绍并比较。再根据现实的生产
情况提出一种基于Excel技术对位移传感器线性度的新型计算方法。
通过现实生产检验证明该方法符合有关要求，到达了预期的目标，大
大提高企业生产的效率。
因为零基线性和端基线性均仅适用于线绕电位器产品，而下面的
讨论主要是针对导电塑料膜式位移传感器产品，故将不提及上述两种
类型的计算方法，主要介绍独立线性、绝对线性，详细论述新型线性
度计算方法。
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一、 GB/T15298-94对电位器产品的线性度类型及计算方法
（1）、独立线性（最佳直线）（见图一，此图误差画大为了讲清原理，
实际值要小许多） independent linearity（best straight line）
是指符合性的一种特殊形式，它是有效电行程或其任一指定部分
的范围内实际规律对参考直线的最大垂直偏差，以总外加电压的百分
数表示，参考直线的斜率和位置是按垂直偏差达到最小来选择。
注：当规定了最大和最小输出比要求时，就限制了参考直线的斜率和位置，其数学表达式为:
CQPUUAacab)/(
式中：P——未加规定的斜率；
Q——在=0时未加规定的截距；
A——有效电行程。
其中：P和Q的选择应使C达到最小，但受输出比要求的限制。
图 一 独立线性
有效电行程
0
A
行程
Q
C max
规定规律
实际规律
输出比
acab
UU
独立线性
符合性极限
h
h
（2）绝对线性 （见图二，此图误差画大为了讲清原理，实际值要小
许多） asolute linearity
是指符合性的一种特殊形式，是在规定的有效电行程内，实际
规律与参考直线间的最大垂直偏差，以总外加电压的百分数表示。参
考值直线通过规定的有效电行程两端所规定的最大和最小输出比。除
另有规定外，最小和最大输出比分别为总外加电压的0和100%。
其数学表达式为：
CBAUUTacab)/(
式中：A——未加规定的斜率；
B——在=0时未加规定的截距；
T——有效电行程。
除非另有规定，A=1和B=0。
有效电行程 0 T 行程 C max 规定规律 实际规律 规定的最小值（B） 输出比acabUU，规定最大值 标定点的输出比 标定点行程
绝对线性
符合性极限
h
h
图 二 绝对线性
上述两种线性类型的计算方法在导电塑料位移传感器的领域中应
用较多的是独立线性， 因为其在生产应用中相对于绝对线性更加具
有优势，对于线性精度的要求控制较为容易。这主要是受导电塑料位
移传感器产品在整个生产工艺过程决定的。有些场合需要采用绝对线
性的位移传感器，那么该产品的生产成本与独立线性的通常不在一个
数量级别上。而且其绝对线性精度受外界环境因素影响较大，增加整
个系统的不稳定性。所以产品出厂时往往标注的是传感器的独立线性
度。独立线性度的计算方法比较简便如（图三）所示：在校准曲线中
找到一条最佳平均直线，并使平均输出特性相对于所选理论直线最大
正偏差等于最大负偏差。独立线性计算公式应写成：
︱＋Lmax︱+︱－Lmax︱
L=
2
在计算时的工作量往往会随着测试点的增加而递增。而采用基于
Excel技术的计算方法则可大大降低计算强度，提高计算精度和生产
效率。
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
－Lmax
+Lmax
h
h
图 三 独立线性度的理论曲线
二、 基于Excel技术对导电塑料位移传感器线性度的新型计算方法
该方法的理论依据为独立线性度（最佳直线），但其突破了其原
来的正负偏差须相等的旧思路。当使用时范围不在前、后零位
附近，那么可以任意标定前、后零位值的大小。即规定前后零
位电压作两端点，确定理论电气行程、两端点的连线作
参考直线。最大偏差范围（正的最大偏差与负的最大偏
差绝对值之和；正的最大偏差与0或负的最大偏差与0）
的一半，作为位移传感器线性偏差。下式为在Excel中
的函数公式：
)*))*)/((((PUQUINTLiii
式中： iL ——测试点的线性度；
INT——取整数；
i ——电气行程测试点；
——有效总电气行程；
U ——减去前、后零位后的负载电压；
iU——有效电气行程测试点的电压值；
Q ——标定的零位电压值；
P ——换算成万分比的参数。
详见下面一位移传感器的独立线性度的基于Excel的计算方法过程：
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
h
h
1、测试条件及方法，作简单介绍如下：
1) 、测试电压：5V；
2) 、标定前、后零位：500mV；
3) 、测试间距：10（可以为长度单位mm。也可以为角度单位°，
但须换算成十进制）；
4) 、测试点电压单位：mV。
按要求接好传感器线路，确保接触良好。启动测试设备，找到前零
位输出电压值500mV，然后每隔10个单位的距离逐点测试其点的输
出电压值iU，并一一记录。当测试到4500mV时记录好该点的有效总
电行程。后可以通过上述函数计算该传感器各点的独立线性度（见
图 四）。为10的点：)2*)797500)4000*)633.131/10((((INTLi=-13，
逐步计算即可。
测试点 电压值 独立线性度
10 797 -13
20 1100 -15
30 1403
-17
40 1710 -11
50 2014 -10
60 2319 -8
70 2625 -4
80 2932 2
90 3237 5
100 3542 7
110 3849
13
120 4150 7
130 4452 4
131.633 4500 0
图 四 某位移传感器独立线性度
h
h
2、利用Excel中“图表”功能，则可以生成该位移传感器的输出
特性曲线（见图 五），以及其独立线性度曲线（见图 六）
输出特性
0
1000
2000
3000
4000
5000
12345678910111213
测试点
输
出
电
压
独立线性度
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
1234567891011121314
测试点
线
性
偏
差
（
万
分
比
）
图 六 某位移传感器独立线性度
3、通过（图五）容易看出该位移传感器输出特性为线性输出，而
非其他函数类型；图六所示为该位移传感器各点的独立线性偏差，找
出第三点和第十三点的最大正负偏差为-17、13.利用公式：
︱＋Lmax︱+︱－Lmax︱
L=
2
则其独立线性度为：L=±0.15%。
三、总结
该新型计算方法相较于原来的传统手工计算大大的提高了生产效
率，且降低了劳动强度，以往修刻好位移传感器后依旧占用大量的时
图 五 某位移传感器输出特性
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间进行记录、计算。市场上也有位移传感器
h
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参数全自动测试仪，但其因软件或硬件的不足，不易任意定义前、
后零位，测试电压等参数，故不适合一些特殊的位移传感器产品，特
别是一些航空、军用产品。现将测试数据输入至Excel表格中即可以
将位移传感器的独立线性度以图表的形式呈现（只需事先将Excel中
函数公式列好即可），达到了精确、快速、直观的目的。且方便于需
要独立线性度电子档的客户、便于其生产调试。故该计算方法具备应
用于实际生产的意义，为生产节省了大量的宝贵时间。
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