位移传感器的种类很多,但现场常用的主流方案就那么几种。这篇把电阻式、LVDT 差动变压式、超声波式、光栅式这四种的原理、特点和局限放在一起对比,方便按场合初筛。
一、电阻式直线位移传感器
原理:接近初中物理里的滑动变阻器。导电线路长度不同,阻值就不同,再配一个串联分压电路,把阻值变化转换成电压信号,位移量就输出出来了。原理简单直接。
优点:结构简单,成本低。
缺点:靠滑动接触测量,摩擦是绕不开的问题。用得久了导电层被磨薄、磨窄,线性度随之变差。这是它最本质的局限。
二、LVDT 差动变压式直线位移传感器
原理:可以理解为"铁芯移动的变压器"。它由一个初级线圈、两个次级线圈、铁芯、线圈骨架和外壳等部件组成。铁芯处在不同位置时,两个次级线圈感应的电压不同,差分输出对应不同的电压值。
优点:能在很严苛的环境下工作,典型例子是核反应堆主安全壳内的高温、强辐射场合。
缺点:为了让输出保持线性,外壳长度要比实际行程长;另外它不是"接上就能用"的器件,输出信号与激励电源相关,需要配相应的信号调理电路才能得到可用的直流输出。
三、超声波位移传感器
原理:用的是回声定位法,和蝙蝠靠发出声波、收集回音来判断物体位置和尺寸是同一个思路。传感器发出超声波,接收从被测物反射回来的回波,按时间差算距离。
优点:检测范围很宽,属于非接触测量。
缺点:目标物外形稍有变化,对检测结果影响就比较大。表面形状复杂、有斜坡或有遮挡的场合要谨慎使用。
四、光栅式直线位移传感器
原理:红外光线在到达光电二极管之前,先穿过带有刻线轨迹的标尺和栅格窗。标尺与栅格窗之间产生相对运动,透过光强呈正弦波规律变化,经光电二极管接收后转换成原始电流正弦信号,这个信号的周期与栅距相同。通过计数信号周期就能算出位移。
优点:检测精度很高。
缺点:使用时需要小心保护,怕振动,也怕粉尘污染。环境条件差的场合要加装防护。
四种方案怎么选
| 类型 | 精度 | 接触方式 | 主要短板 |
|---|---|---|---|
| 电阻式 | 一般 | 接触式 | 磨损导致线性变差 |
| LVDT 差动变压式 | 高 | 非接触 | 外壳需长于行程,需配调理电路 |
| 超声波式 | 中 | 非接触 | 受被测物外形影响大 |
| 光栅式 | 很高 | 非接触 | 怕振动、怕粉尘 |
大致规律是:预算优先、精度要求不高,电阻式最省;需要高精度、环境恶劣,LVDT 更稳;被测物不便接触,考虑超声波;要求微米级精度,上光栅。具体到现场,还要结合量程、温度、防护等级一起判断。
相关产品:FER8笔式LVDT位移传感器