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  电位器位移传感器原理与分类  电位器是人们常用到的一种电子元件,它作为传感器可以将机械位移或其他能转换为位移的非电量转换为其有一定函数关系的电阻值的变化,从而引起输出电压的变化。所以它是一个机电传感元件。电位器的种类繁多,下面是几...


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  电位器位移传感器原理与分类

  电位器是人们常用到的一种电子元件,它作为传感器可以将机械位移或其他能转换为位移的非电量转换为其有一定函数关系的电阻值的变化,从而引起输出电压的变化。所以它是一个机电传感元件。电位器的种类繁多,下面是几种工业位移传感器用的电位器

  1、非线绕电位器式位移传感器

  为了克服线绕电位器存在的缺点,人们在电阻的材料及制造工艺上下了很多工夫,发展了各种非线绕电位器

  (1)合成膜电位器

  合成膜电位器的电阻体是用具有某一电阻值的悬浮液喷涂在绝缘骨架上形成电阻膜而成的,这种电位器的优点是分辨率较高、阻范围很宽(100—4.7MΩ),耐磨性较好、工艺简单、成本低、输入—输出信号的线性度较好等,其主要缺点是接触电阻大、功率不够大、容易吸潮、噪声较大等。

  (2)金属电位器

  金属电位器由合金、金属金属氧化物等材料通过真空溅射或电镀方法,沉积在瓷基体上一层薄膜制成。

  金属电位器具有无限的分辨率,接触电阻很小,耐热性好,它的满负荷温度可达70℃。与线绕电位器相比,它的分布电容和分布电感很小,所以特别适合在高频条件下使用。它的噪声信号仅高于线绕电位器金属电位器的缺点是耐磨性较差,阻值范围窄,一般在10—100kΩ之间。由于这些缺点限制了它的使用。

  (3)导电塑料电位器

  导电塑料电位器又称为有机实心电位器,这种电位器的电阻体是由塑料粉及导电材料的粉料经塑压而成。导电塑料电位器的耐磨性好,使用寿命长,允许电刷接触压力很大,因此它在振动、冲击等恶劣的环境下仍能可靠地工作。此外,它的分辨率较高,线性度较好,阻值范围大,能承受较大的功率。导电塑料电位器的缺点是阻值易受温度和湿度的影响,故精度不易做得很高。

  (4)导电玻璃釉电位器

  导电玻璃釉电位器又称为金属陶瓷电位器,它是以合金、金属化合物或难溶化合物等为导电材料,以玻璃釉为粘合剂,经混合烧结在玻璃基体上制成的。导电玻璃釉电位器的耐高温性好,耐磨性好,有较宽的阻值范围,电阻温度系数小且抗湿性强。导电玻璃釉电位器的缺点是接触电阻变化大,噪声大,不易保证测量的高精度。

  2、线绕电位器式位移传感器

  线绕电位器的电阻体由电阻丝缠绕在绝缘物上构成,电阻丝的种类很多,电阻丝的材料是根据电位器的结构、容纳电阻丝的空间、电阻值和温度系数来选择的。电阻丝越细,在给定空间内越获得较大的电阻值和分辨率。但电阻丝太细,在使用过程中容易断开,影响传感器的寿命。

  3、光电电位器式位移传感器

  光电电位器是一种非接触式电位器,麦格赛直线位移传感器,它用光束代替电刷。光电电位器主要是由电阻体、光电导层和导电电极组成。光电电位器的制作过程是先在基体上沉积一层硫化镉或硒化镉的光电导层,然后在光电导层上再沉积一条电阻体和一条导电电极。在电阻体和导电电极之间留有一个窄的间隙。平时无光照时,电阻体和导电电极之间由于光电导层电阻很大而呈现绝缘状态。当光束照射在电阻体和导电电极的间隙上时,由于光电导层被照射部位的亮电阻很小,使电阻体被照射部位和导电电极导通,于是光电电位器的输出端就有电压输出,输出电压的大小与光束位移照射到的位置有关,从而实现了将光束位移转换为电压信号输出。光电电位器最*大的优点是非接触型,不存在磨损问题,它不会对传感器系统带来任何有害的摩擦力矩,从而提高了传感器的精度、寿命、可靠性及分辨率。光电电位器的缺点是接触电阻大,线性度差。由于它的输出阻抗较高,需要配接高输入阻抗的放大器。尽管光电电位器有着不少的缺点,但由于它的优点是其它电位器所无法比拟的,因此在许多重要场合仍得到应用。





  关于拉绳位移传感器大量程高稳定性的制造技术

  拉绳位移传感器是一款新型的将物理量转换成可计量的电信号量的传感装置,这些可方便应用于工控检测的信号,如4-20MA.0-10V MODBUS

RS485等。当这些国际标准信号在被采用前,一些物理的量需要被等正比例的采集与转换,放大,环境的多种可被采集量就需要这样的一个精密仪器来实现,于是拉绳位移传感器就赋予这一使命.

  拉绳位移传感器主要的核心部件分为电路转换器和机械转换装置,电路电子部分主要为0-10V的稳压装置,当不稳定的带有谐波干扰成分的电源通过稳压,滤波以后,变成高精度的电压信号应用于分压计上,便于与位移量变化一一对应的电压正比例信号供于分压电位器上,对于电流信号的输出与处理在基于稳定的电压信号基础上,用取样电阻的方式,将已经过电位器精密定量的信号转换成工业标准的4-20MA的电流信号。如需要输出4-20MA信号,则在电压为2-10V时取样电阻为5K

  对于信号的处理在相当复杂的工业环境下,做好抗干扰措施也是相当重要的,在脉冲尖峰抑制,电源谐波抑制方面,适当的加磁环和滤波电容组成差模和共模抗干扰电路。

  在应用较小的位移测量场合,如注塑机开合模的行程,数字直线位移传感器,成型机的位置预置与反馈,则需要较小位移量的量程50-1250MM就够了,当需要较大的位移量的检测的时候,如沼气囊气袋的位移变化量,大坝水位,轮船操舵,仓储定位。集装箱码头等,需要用到较大量程的位移检测,同时应用于测量的空间与重量又限制于一定的空间与体积,在这种场合,尽量减少传感器体积与重量的设计显得优为重要。在重量的减少方面我们可以采用相对轻的高强度铝合金材质为传感器外型整体结构,这既保证了拉绳位移传感器的刚性,又大大减少了重量,同时这种高强度的铝材是经过耐酸抗腐蚀处理,适用野外检测与监控。

  当需要减少体积时,我们用方便换算的办法来处理,这样当位移检测量程在超大范围时,确保较小的安装尺寸,在理想的状态运作。

  拉绳位移传感器的机械传感装置是一种具有回弹力的收绳装置来实现的,即当涂有聚四氟乙烯的钢丝绳被拉出去测量的时候,绕线轮放出去钢丝绳,此时弹簧收紧,具有弹性势能,此时如果拉力少于回弹力,弹簧将要带动与连结在一起的绕线轮原路收回钢丝绳,此时最重要的一点也就是目前很多类似产品最容易出现的问题是,弹簧在收回钢丝绳的时候,会瞬间有钢丝绳卡住,或是崩线的情况出现,这主要的原因,在使用时,如遵守拉力速度的情况下,出现这类问题的话,绝大多数产品是因为选用的弹簧质量弹力系数不达标,或是产品钢性系数本身导致回弹力不够,返回的速度大于弹簧收回速度时就会导致卡线.

  因此,要减少体积实现大量程的测量,首当其冲的就是减少绕线轮直径,从而达到减少拉绳位移传感器整体外型尺寸的目的。

  我们知道,直线位移传感器,直线运动转换成圆周运动与圆周率π有关,钢丝绳在与被测物理量一起运动时作直线运动,绕在绕线轮上的钢丝绳带动绕线轮,绕线轮的作用就是此时把等量的直线运动转换成正比例的圆周运动,即周长=2πR,直线运动即量程越长,就是周长越长,相当于绕线轮半径也就越大,这样体积就会成正比的增加,因此此时减少绕线轮半径的方法就是增加绕线轮转的圈数得以实现。要增加圈数,可以从两个方面来考虑:1;增加齿轮齿数比,2选用多圈增量或是绝*对值编码器

  如:1实现80米的大量程测量,选用齿数比为8:1的齿轮,电位器式直线位移传感器,如选用模拟输出电位器10圈计算方法为:80米/10=8米。8000MM/8=1000MM

1000/3.1415926=318.3098MM。即80米的拉绳位移传感器只要做到350MM*360MM的长和宽就可以相对减少体积了。

  对于拉绳位移传感器的崩线,会使采集数据突变,突然造成设备的异常动作。轻则影响正常测控与生产,重则造成安全隐患,检测系统的紊乱与数据丢失。

  对于此类问题的解决,取决于拉绳位移传感器内部是否有良好的排线机构。高效的润滑导线轮,自动在绕线轮平面均匀的排线,如排线导轮的布置数量不足或是排线导轮行走不光滑的导柱上面,行走不畅,造成排线不能及时的按序排列,钢丝绳的叠加会引起线的重叠从而突增绕线轮直径。引起电信号采集比例突变而造成传感器检测问题。因此,高质量的导线轮行走于导线轮柱上的排线装置对于杜绝崩线的意外是绝*对的保证。



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