直线位移传感器

　　直线位移传感器功能原理：1900系列直线位移传感器

　　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。

寿命：>100X106次

线性精度：0.001%

阻值误差：±10%                电阻式拉杆直线位移传感器

重复精度：0.015mm（磁致可达0.0001）

解析度：无限解析（取决于控制器）

最大操作速度：1m/s

温漂系数：1.5ppm/℃

最大容许电压：60VDC/5～20KΩ

工作温度：-60℃～+85℃

直线位移传感器图册(4)

直线位移传感器图册(4)

KTC是一般通用型，适合各类型设备的位置检测。如：注塑机、压铸机、橡胶机、鞋机、EVA注射机、木工机械、液压机械等。

KTF是通用型的安装小型化，特别适应减少机械长度方向的安装尺寸，适合于较大行程的应用。如：大型注塑机合模行程、橡胶机合模行程、木工机械、液压机械等。

KPC是两端带绞接安装方式，适用于较大机械行程且有摆动的位置检测，对安装的对中性无任何要求。如：机器人、取出机、砖机、陶瓷机械、水闸控制、木工机械、液压机械等。

KPM是微型绞接式结构，适合于较小机械行程且有摆动的位置检测，对安装的对中性无任何要求。如：机器人、取出机、砖机、陶瓷机械、水闸等。

KTM是微型拉杆系列，特别适合空间狭小的应用场合，如：飞机操舵、船舶操舵、制鞋机械（前帮机、后帮机）、注塑机的顶针位置控制、印刷机械、纸品包装机械。

KTR是微型自恢复式，特别适合空间狭小安装不便的场合。如：真空吹瓶机、IT设备、张力调节、速度调节、印刷机械、纸品包装机械。

KFM是微型滑块式，是最小尺寸的最小型化结构，特别适合安装空间狭小，不便于对中的场合。如：医疗设备、大厦自动门、列车自动门、轻工设备等。

KPF是微型拉杆式的法兰面安装结构，适合设备及腔体内部检测的应用场合。如：煤炭机械、液压机械、腔体内部检测等。

注塑机（注塑成型机）的工作原理：利用塑料的热塑性，将物料经料筒加热圈加热，使物料熔融，再以高速、高压使其快速流入模具的型腔中，经一段时间的保压、冷却、固化定型后，模具在合模系统的作用下开启模具，通过顶出装置把定型好的制品从模具顶出。注射成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料-熔融塑化-锁合模-注射台前移-施压注塑-充模冷却-注射台后退-开模-顶出制品，取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。在这个循环工程中有这么几个工位是需要精确控制的，分别是锁合模、注射台移动、注塑和顶出制品。注射机的注塑与锁合模直线位移传感器行程控制对一台注塑机的表现和产品精度发挥了决定性的作用。电感式直线位移传感器目前正用在德国接插件生产商Escha公司车间的注塑机上，每台注塑机使用四只这款传感器，在恶劣的工作环境下直线位移传感器具有非常良好的表现。在每台机器的锁合模、注塑、射台和顶出四个工位上传感器都精确、稳定的保证了位置检测。

电阻式直线位移传感器实际上就是一个滑动变阻器，是作为分压器使用，以相对电压来显示所测量位置的实际位置。因此，就对这个装置（电子尺）提出了几点要求：

一、供电电压要稳定，工业电源要求±0.1%的稳定性，比如基准电压10V，允许有±0.01V的波动，否则，会导致显示的较大波动。如果这时的显示波动幅度不超过波动电压的波动幅度，电子尺就属于正常。

二、供电电源要有足够的容量，如果电源容量太小，容易发生如下情况：合模运动会导致射胶电子尺显示跳动，或熔胶运动会导致合模电子尺的显示波动。特别是电磁阀驱动电源于电子尺供电电源在一起时容易出现上述情况，严重时可以用万用表的电压档测量到电压的波动。如果在排除了静电干扰、高频干扰、对中性不好的情况下仍不能解决问题，也可以怀疑是电源的功率偏小。

三、不能有外界的干扰，包括静电干扰和高频干扰。因此，设备的强电线路与电子尺的信号线应分开线槽。电子尺应使用强制接地支架，且使电子尺外壳（可测量端盖螺丝与支架之间的电阻，应小于1Ω电阻）良好接地，信号线应使用屏蔽线，且在电箱的一端应予将屏蔽线接地或接直流电源负极。静电干扰时，一般万用表的电压测量非常正常，但就是显示数字跳动；高频干扰时其现象也一样。验证是不是静电干扰，用一段电源线将电子尺的封盖螺丝与机器上某一点金属短接即可，只要一短接，静电干扰立即消除。但高频干扰就难以用上述办法消除，而且机器手、变频节电器多出现高频干扰，可以用停止机器手或变频节电器的办法验证。

四、不能接错电子尺的三条线，1#、3#线是电源线，2#是输出线除1#、3#线电源线可以调换外，2#线只能是输出线。上述线一旦接错，将出现线性误差大，控制精度差，容易显示跳动等现象。如果出现控制非常困难，就应该怀疑是接错线。

五、安装对中性要好，角度容许±12°误差，平行度偏差容许±0.5mm，是指某一误差，如果角度误差和平行度误差都偏大，就会导致显示数字跳动。在这种情况下，一般可以用万用表的电压档测出电压的波动。一定要作角度和平行度的调整。请特别注意：在现场将电子尺的铝合金支架更换成不锈钢支架后，同时应将拉杆牵引安装位升高2 mm。否则，接地问题解决了，又形成了不对中的问题，必须同时解决。

六、对于使用时间很久的电子尺，由于前期产品无密封，可能有很多杂质，并有油、水混合物，影响电刷的接触电阻，导致显示数字跳动，可以认为是电子尺本身的早期损坏。 

七、电子尺显示故障的处理简单。设备上只要一只数字式万用表，一段电线即可，只要综合分析，判断问题和解决问题不是困难。

　　问题一：传感器供电电源容量小

　　供电电源容量不足，就会造成以下的情况：造成测量误差变大。如果电磁阀的驱动电源与直线位移传感器供电电源共用的时候，更容易出现这种情况。

　　问题二：调频干扰和静电干扰

　　调频干扰和静电干扰都有可能让直线位移传感器的电子尺的显示数字跳动的。所以，电子尺的信号线与设备的强电线路要分开线槽。电子尺必须强制性地接地。只需用一段电源线把电子尺的封盖螺丝跟机器上的某一些的金属短接起来就可以了，只要一短接起来，静电干扰就会马上消除掉。但是如果要消除掉高频干扰就很难用上面的方法了，可以试下暂停高频干扰源，看显示结果会不会更好，以此来判断是不是高频干扰的问题。

　　问题三：显示数据有规律地跳动，或者是没有显示数据

　　出现这种情况就需要检查连接线绝缘是不是出现破损的现象，并且跟机器的外壳很有规律地接触而导致的对地短路。

　　问题四：传感器的对中性、平行度以及角度有那些要求

　　问题五：传感器接线错误

　　直线位移传感器的三条线是不可以接错的，电源线和输出线是不可以调换的。如果上面的线接错的话，就会出现线性误差很大的情况，要控制的话是很难的，控制的精度也会变得很差，而显示很容易出现跳动的现象等等。

LVDT（Linear Variable Differential Transformer）是线性可变差动变压器缩写，属于直线位移传感器。工作原理简 单地说是铁芯可动变压器。它由一个初级线圈，两个次级线圈，铁芯，线圈骨架，外壳等部件组成。LVDT工作过程中，铁心的运动不能超出线圈的线性范围，否则将产生非线性值，因此所有的LVDT均有一个线性范围。

初级线圈、次级线圈分布在线圈骨架上，线圈内部有一个可自由移动的杆状铁芯。当铁芯处于中间位置时，两个次级线圈产生的感应电动势相等，这样输出电压为零；当铁芯在线圈内部移动并偏离中心位置时，两个线圈产生的感应电动势不等，有电压输出，其电压 　

　 大小取决于位移量的大小。为了提高传感器的灵敏度，改善传感器的线性度、增大传感器的线性范围，设计时将两个线圈反串相接、两个次级线圈的电压极性相反，LVDT输出的电压是两个次级线圈的电压之差，这个输出的电压值与铁芯的位移量成线性关系。

　　LVDT的工作电路称为调节电路或信号调节器。一个典型的调节电路应包括稳压电路、正弦波发生器、解调器和一个放大器。 　

　正弦波发生器应具有恒定的幅度和频率，且不受时间和温度的影响。正弦可用文氏电桥产生，或用方波、阶梯波经滤波产生，或用其它合适的方法产生。 　　

解调器可以是一个简单的二极管结构，当LVDT次级线圈的交流输出大于1VF.S时，使用简单二极管解调器；如果信号幅度低于此值，由于两个二极管正向电压的差异，会存在温度敏感问题，但对较大的信号电压，二极管误差的影响并不明显。也可以用同步解调器，在同步解调器中，两个场效应管交替地开关，其定时与为初级供电的正弦波同步。在初级与解调器开关间所需相移量取决于LVDT指标和LVDT与信号调节器间的导线长度。 　

　正弦波发生器、解调器和放大电路已组合成商品化IC，使用这些器件将极大地简化LVDT信号调节器的设计。最常用的有Philips出品的NE5521和ADI公司的AD598/698。此外，细间距封装的标准模拟和数字器件的出现，使电路设计更加简化，并可固定在LVDT外壳的内部。 

LVDT 直线位移传感器^[1]的应用

LVDT 具有众多值得称道的优势和特点，应用范围广泛：

　　（1）无摩擦测量 　　LVDT 的可动铁芯和线圈之间通常没有实体接触，也就是说LVDT是没有摩擦的部件。它被用于可以承受轻质铁芯负荷，但无法承受摩擦负荷的重要测量。两个例子，精密材料的冲击挠度或振动测试，或纤维或其它高弹材料的拉伸或蠕变测试。 　

　（2）无限的机械寿命 　　由于LVDT的线圈及其铁芯之间没有摩擦和接触，因此不会产生任何磨损。这样，LVDT的机械寿命，理论上是无限长的。在对材料和结构进行疲劳测试等应用中，这是极为重要的技术要求。此外，无限的机械寿命对于飞机、导弹、宇宙飞船以及重要工业设备中的高可靠性机械装置也同样重要的。因此LVDT在航空发动机数字控制系统中，广泛用于对油门杆位置、油针位置、导叶位置、喷口位置等位移进行精确测量与控制。 　　（3）无限的分辨率 　　LVDT的无摩擦运作及其感应原理使它具备两个显著的特性。第一个特性是具有真正的无限分辨率。这意味着LVDT可以对铁芯最微小的运动作出响应并生成输出。外部电子设备的可读性是对分辨率的唯一限制。 　　

（4）零位可重复性 　　LVDT构造对称，零位可回复。LVDT的电气零位可重复性高，且极其稳定。用在高损益闭环控制系统中，LVDT是非常出色的电气零位指示器。它还用于复合输出与零位的两个自变量成比例的比率系统。 　　（5）轴向抑制 　　LVDT对于铁芯的轴向运动非常敏感，径向运动相对迟钝。这样，LVDT可以用于测量不是按照精准直线运动的铁芯，例如，可把LVDT耦合至波登管的末端测量压力。 　

　（6）坚固耐用 　　制造LVDT所用的材料以及接合这些材料所用的工艺使它成为坚固耐用的传感器。即使受到工业环境中常有的强大冲击、巨幅振动，LVDT也能继续发挥作用。铁芯与线圈彼此分离，在铁芯和线圈内壁间插入非磁性隔离物，可以把加压的、腐蚀性或碱性液体与线圈组隔离开。这样，线圈组实现气密封，不再需要对运动构件进行动态密封。对于加压系统内的线圈组，只需使用静态密封即可。 　

　（7）环境适应性 　　LVDT是少数几个可以在多种恶劣环境中工作的传感器之一。例如，密封型LVDT采用不锈钢外壳，可以置于腐蚀性液体或气体中。有时，LVDT被要求在极端恶劣的环境下工作。例如，在类似液氮的低温环境中。又如，在核反应堆主安全壳内工作的LVDT，工作温度高至550℃，外加10Rads的辐射和/或3X10 NVT的中子通量。再如，在210bar承压流体中工作的LVDT。LVDT设计巧妙，可以同时适应多种恶劣环境。但是，需要特别注意的是，虽然在大多数情况下，LVDT具有无限的工作寿命（理论上），置于恶劣环境下的LVDT ，工作寿命却因环境不同的各不相同。 　　

（8）输入/输出隔离 　　LVDT被认为是变压器的一种，因为它的励磁输入（初级）和输出（次级）是完全隔离的。LVDT无需缓冲放大器，可以认为它是一种有效的模拟信号计算元件。在高效的测量和控制回路中，它的信号线与电源地线是分离开的。 　　如上所述，LVDT具有诸多卓越的品质。它的主要限制是，为得到线性性能，传感器的外壳要比行程长，还有输出信号对输入被测量存在一定的非线性。采用专门的调节技术，可以改进行程对外壳的长度比和非线性问题，其中一个技术就是增加微控制器进行校正。LVDT具有良好的重复性，这一技术是可行的。

　　虽然LVDT已问世多年，但它仍不失为很多位置传感问题行之有效的解决方案。坚固的结构提供高可靠性，而其性能十分适合行程小于±100mm的多数应用。 　　

　差动变压器式位移传感器（LVDT）可广泛应用于航天航空，机械，建筑，纺织，铁路，煤炭，冶金，塑料，化工以及科研院校等国民经济各行各业，用来测量伸长,振动,物体厚度，膨胀等的高技术产品。

　　应用领域 ： 轴径跳动检测 ，阀位检测与控制，辊缝间隙控制，金属加工检测，直流拖动式LVDT具有优良的性能，采用方便的单电源9-28V DC供电，电子电路密封在304不锈钢金属管内,可以在潮湿和灰尘等恶劣环境中工作,输出信号为标准的可被计算机或PLC使用的0-5V或4-20mA输出。 　　

工业电源要求±0.1%的稳定性，比如基准电压10V，允许有±0.01V的波动，否则，会导致显示的圈套波动。如果这时的显示波动幅度不超过波动电压的波动幅度，位移传感器电子尺就属于正常。

静电干扰和调频干扰很容易使电子尺显示数字跳动。设备的强电线路与电子尺的信号线分开线槽。电子尺应使用强制接地支架，且使电子尺外壳（可测量端盖螺丝与支架之间的电阻，应小于1Ω电阻）良好接地，信号线使用屏蔽线，且在电箱的一端应予将屏蔽线接地。静电干扰时，一般万用表的电压测量非常正常，但就是显示数字跳动；高频器干扰时其现象也一样。验证是不是静电干扰，用一段电源线将电子尺的封盖螺丝与机器上某一点金属短接即可，只要一短接，静电干扰立即消除。但高频干扰就难以用上述办法消除，而且机器手、变频器多出现高频干扰，可以用停止机械手或变频节电器的办法验证。

“1”、“3”线是电源线，“2”是输出线，除电源线（“1”、“3”线）可以调换外，“2”线只能是输出线。上述线一旦接错，将出现线性误差大，出现控制非常困难,控制精度差，容易显示跳动等现象。

如果电源容量太小，容易发生如下情况：合模运动会导致射胶电子尺显示跳动，或熔胶运动会导致合模电子尺的显示波动。特别是电磁阀驱动电源于电子尺供电电源在一起时容易出现上述情况，严重时可以用万用表的电压档测量到电压的波动。如果在排除了静电干扰、高频干扰，对中性不好的情况下仍不能解决问题，也可以怀疑是电源的功率偏小。

角度容许±12°误差，平行度容许±0.5mm，如果角度误差和平行度误差都偏大，就会导致显示数字跳动。在这种情况下，一定要对角度和平行度的调整。

位移传感器电子尺工作过程中,有规律的在某一点显示数据跳动或不显示数据,这种情况就要检查连接线绝缘是否有破损并与机器的金属外壳有规律的接触引发的对地短路。

对于使用时间很久的电子尺，密封老化，可能有很多杂质，并有油、水混合物，影响电刷的接触电阻，导致显示数字跳动，可以认为是位移传感器电子尺本身的早期损坏。

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。

问题一：传感器供电电源容量小

供电电源容量不足，就会造成以下的情况：造成测量误差变大。如果电磁阀的驱动电源与直线位移传感器供电电源共用的时候，更容易出现这种情况。[1]

问题二：调频干扰和静电干扰

调频干扰和静电干扰都有可能让直线位移传感器的电子尺的显示数字跳动的。所以，电子尺的信号线与设备的强电线路要分开线槽。电子尺必须强制性地接地。只需用一段电源线把电子尺的封盖螺丝跟机器上的某一些的金属短接起来就可以了，只要一短接起来，静电干扰就会马上消除掉。但是如果要消除掉高频干扰就很难用上面的方法了，可以试下暂停高频干扰源，看显示结果会不会更好，以此来判断是不是高频干扰的问题。

问题三：显示数据有规律地跳动，或者是没有显示数据

出现这种情况就需要检查连接线绝缘是不是出现破损的现象，并且跟机器的外壳很有规律地接触而导致的对地短路。

问题四：传感器的对中性、平行度以及角度有那些要求

问题五：传感器接线错误

直线位移传感器的三条线是不可以接错的，电源线和输出线是不可以调换的。如果上面的线接错的话，就会出现线性误差很大的情况，要控制的话是很难的，控制的精度也会变得很差，而显示很容易出现跳动的现象等等。

一、如果电子尺已经使用很长时间了，而且密封已经老化，同时夹杂着很多杂质，而且水混合物和油会严重影响电刷的接触电阻的，这样会使显示的数字不停地跳动。这个时候可以说直线位移传感器的电子尺已经损坏了，需要更换。[2]

二、若电源的容量很小，就会出现很多情况的，所以，供电电源需要有充分的容量。那么，容量不足，就会造成如下的情况：熔胶的运动会使合模电子尺的显示变换，有波动，或者合模的运动会使射胶电子尺的显示波动，造成测量结果误差很大。如果电磁阀的驱动电源于直线位移传感器供电电源同时在一起的时候，更容易出现以上的情况，情况严重时用万用表的电压档甚至可以测量到电压的有关波动。如果情况不是因为高频干扰、静电干扰或者是中性不够好的造成的，那么就有可能是电源的功率太小造成的。

三、调频干扰和静电干扰都有可能让直线位移传感器的电子尺的显示数字跳动的。电子尺的信号线与设备的强电线路要分开线槽。电子尺必须要强制性地使用接地支架，而且同时让电子尺的外壳跟地面良好地接触。信号线需要使用屏蔽线，而且电箱的一段应该跟屏蔽线接地的。如果有高频干扰的时候，通常使用万用表的电压测量就会显示正常，但是显示数字就是会跳动不停的;而出现静电干扰时，出现的情况也是跟高频干扰一样的。要证明看是否是静电干扰时，可以先使用一段电源线把电子尺的封盖螺丝跟机器上的某一些的金属短接起来就可以了，只要一短接起来，静电干扰就会马上消除掉的。但是如果要消除掉高频干扰就很难用上面的方法了，变频节电器和机器手都经常出现高频干扰的，所以可以试一下用停止高频节电器或者机械手的方法来验证是不是高频干扰的。

四、如果直线位移传感器的电子尺在工作的过程当中，在某一点的显示数据有规律地跳动，或者是没有显示数据的时候。

五、供电的电压一定要稳定，工业的电压需要符合±0.1[%]的稳定性，例如，基准电压是10V的话，就可以允许有±0.01V的波动变化，如果不是的话，就会引起显示的圈套波动这样的情况。但是如果这个时候的显示波动的幅度没有超过波动电压的波动的幅度的话，那么电子尺就是正常的了。

六、安装直线位移传感器的对中性需要很好，但是平行度可以允许有±0.5mm的误差，角度可以允许有±12°的误差。但是如果平行度误差和角度误差都是偏大的话，这样会出现显示数字跳动的情况。那么出现这样的情况的时候，必须要对平行度和角度进行调整了。

七、在连接的过程当中，一定要多加注意，电子尺的三条线是不可以接错的。