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位移传感器性能指标解析

浏览次数: 日期:2018-11-27 15:02:53

    位移传感器又称为线性传感器,是用于位移测量与位置定位的重要电子元器件。在工业自动化应用中,位移传感器的测量一般分为尺寸测量和机械位移测量。量程、线性度、灵敏度、重复性、分辨率、迟滞、稳定性、零点漂移与动态特性等是位移传感器的基本特性,也是传感器选型的重要性能指标。


传感器静态特性


    位移传感器的静态特性是指对于静态的输入信号,传感器输入与输出之间的相互关系。传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程,或以输入量为横坐标,对应的输出量为纵坐标绘制的特性曲线来描述。位移传感器静态指标包括:量程、线性度、灵敏度、重复性、分辨率、迟滞、稳定性、零点漂移等。
1、 量程
    量程是传感器的测量范围,是指测量上下限之差的值。被测量处于量程范围内时,位移传感器的输出信号才具有一定的准确性。
2、 线性度
    线性度是表征传感器输入量与输出量之间实际关系曲线偏离拟合直线程度的性能指标,是位移传感器在满量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值与满量程输出值之比。通常情况下,位移传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。有的位移传感器的输入-输出关系非常接近线性,在其量程范围内可以直接用一条直线来拟合其输入-输出关系。有的位移传感器则偏离很大,但通过进行非线性补偿等方式处理,或者在工作点附近一定的范围内用直线来拟合其输入-输出关系。选取拟合直线的方法很多,最小二乘法求得的拟合直线是拟合精度最高的一种方法。
    位移传感器在测量过程中,误差是不可避免的,主要有系统误差和随机误差。引起系统误差的原因有:测量原理及算法固有的误差、仪表标定不准确、环境温度影响、材料缺陷等。引起随机误差的原因有:传动部件间隙、电子元件老化等。线性度(或者精度)是一种反应系统误差和随机误差的综合指标。电阻式直线位移传感器在使用中阻值线性会渐渐变差,线性精度也随之降低;磁致伸缩位移传感器、LVDT位移传感器等则不存在此类问题。
3、 灵敏度:
    灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。是输出量的增量与引起该增量的相应输入量增量之比。当位移传感器的输入、输出量的量纲相同时,灵敏度可理解为放大倍数。灵敏度高通常意味着传感器的信噪比高,这将会方便信号的传递、调理与计算。提高灵敏度,可得到较高的测量精度。但灵敏度越高,传感器测量范围越窄,稳定性往往也越差。
4、 重复性
    重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试时,所得持性曲线不一致性的程度。多次按相同输入条件测试的输出特性曲线越重合,其重复性越好.误差也越小。位移传感器输出持性的不重复性主要由传感器机械部分的磨损、间隙、松动、部件的内摩擦、积尘、辅助电路老化及漂移等原因造成。
5、 分辨率
    分辨率是指传感器可感受到的被测量的最小变化的能力。当输入变化值小于分辨率时,位移传感器的输出不会发生变化。通常位移传感器在量程范围内各点的分辨率并不相同,因此常用最大值作为指标。分辨率与位移传感器的稳定性有负相相关性。采用离散计数方式工作的脉冲信号输出位移传感器,例如:光栅尺、磁栅尺、旋转编码器等,它们的工作原理就决定了其分辨率的大小;采用数字信号输出的位移传感器,例如磁致伸缩位移传感器、LVDT位移传感器等,传感器内部集成了A/D转换功能,因此其A/D的分辨率也就限制了位移传感器的分辨率;采用模拟量信号输出的位移传感器,例如电阻式直线位移传感器、拉绳式位移传感器等,理论上讲传感器的分辨率无限小。但是,当输入信号变化值小到一定程度时,其输出信号变化值和噪声将处于同一水平,已没有意义,这也相当于限制了位移传感器的分辨率。
6、 迟滞
    传感器在输入量由小到大(正行程)及输入量由大到小(反行程)变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。对于同一大小的输入信号,位移传感器的正反行程输出信号大小不相等,这个差值称为迟滞差值。
    迟滞特性能表明位移传感器在正行程和反行程期间,输出—输入特性曲线不重合的程度。产生迟滞现象的主要原因包括传感器敏感元件的材料特性、机械结构特性等,例如运动部件的摩擦、传动机构间隙、磁性敏感元件的磁滞等。
7、 稳定性
    稳定性是指在室温条件下,经过长时间间隔,传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。
8、 漂移
    漂移是指在外界的干扰下,传感器输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。漂移包括零点漂移和灵敏度漂移等。
    零点漂移或灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。时间漂移是指在规定的条件下.零点或灵敏度随时间的缓慢变化。温度漂移为环境温度变化而引起的零点或灵敏度的漂移。引起位移传感器零点漂移的原因有很多,比如传感器内敏感元件的特性随时间而变化、应力释放、元件老化、电荷泄露、环境温度变化等。其中,环境温度变化引起的零点漂移是最为常见的现象。

 

传感器动态特性


    所谓动态特性,是指传感器在输入变化时输出的特性。在实际工作中,位移传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得,也便于运算。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号,所以传感器的动态特性常用阶跃响应或者频率响应来表示。

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      深圳市米朗科技有限公司是一家专业生产位移传感器的高新技术企业。公司自2003年成立以来专注于位移传感器产品的研发、生产与销售,现今米朗品牌的产品已经广泛应用于世界各类自动化控制领域。我们的发展方向是:以技术创新为核心,以客户的需求为导向,以质量求生存,致力于在位移、角度等测控领域为客户提供一站式解决方案的产品和服务。

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