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    影響直線位移傳感器線性精度因素技術分析


           線性精度是描述位移傳感器靜態特性的一個重要指標。在被測輸入量處于穩定狀態前提下,傳感器輸出校準曲線與擬合直線間的最大偏差與滿量程輸出的百分比(線性度又稱為非線性誤差)。線性度越小,表明位移傳感器線性特性越好,測量精準度越高。為適應自動化設備伺服控制系統日益增長的高精度測控需求,如果改進原位移傳感器加工工藝,提高其測量精度與穩定性,也成為生產廠家孜孜追求的目標。
           電位計原理直線位移傳感器是目前國內外自動化設備廣泛使用的一種位移傳感器,傳感器主要由電刷與碳膜板組成,采用電阻分壓原理接入測控系統,輸出直流電壓信號。電位計原理直線位移傳感器具有機械結構簡單牢固,受溫濕度與電磁場等因素影響較小,分辨率高,成本低,安裝使用方便等優。傳感器為接觸式結構設計,絕對位置測量型位移傳感器。

           電位計原理直線位移傳感器線性精度與傳感器總阻值大小無關,主要取決于傳感器電阻板阻值均勻程度(即線性度)。理論上講,隨著環境溫度升高,電阻體內電子的活躍程度升高,會造成傳感器阻值上升。鑒于溫度升高對傳感器碳膜板各處的阻值影響幾乎一致,因此溫度變化不會影響到直線位移傳感器信號輸出的線性度。同樣道理,環境濕度增加時,傳感器電阻板阻值會逐漸增大(直至環境濕度達到飽和狀態),但是碳膜板阻值線性度不發生變化,信號輸出的線性度同樣也不受影響。在外界電場、熱等作用下,碳膜板吸附水分子膜被擊穿或者解吸附,電阻板阻值還可以逐漸降低,直至恢復原來狀態。

           但是直線位移傳感器從設計、裝配到應用環節等,均無法避免接觸電阻與不對稱電阻的影響。例如:電刷與碳膜板焊接工藝引起的阻值變化;傳感器電刷與碳膜板之間存在的接觸電阻變化等。因此,直線位移傳感器長期使用,電刷與碳膜板逐漸磨損,可造成傳感器阻值線性度緩慢下降,進而影響傳感器輸出信號線性度。當受外界溫濕度變化影響時,此現象更加明顯。

          為提高直線位移傳感器線性精度,生產廠家采用精度修刻提高電阻體的阻值線性度(早期主要為手工修刻,現在多采用自動化修刻)。焊接與裝配工藝盡量標準化流程操作,減少人為因素對傳感器質量的影響。電刷常采用銀鈀合金等貴重金屬沖壓而成,具有很好的導電性、導熱性、較低且穩定的接觸電阻、很高的耐磨性、抗熔焊性和一定的機械強度,降低位移傳感器在使用過程中電刷的磨損以及對碳膜板的損傷。碳膜板是樹脂與膠體石墨等原料的混合液,按照嚴格的比例,經長時間球磨制成電阻液。然后采用噴涂法、模壓法、印刷法或者沉積法制備在聚酰亞胺層壓覆銅板等絕緣基板上,經干燥、聚合等工序制備而成。為了使碳膜板的性能穩定, 還要經過電、熱老化等工序。碳膜板基板應選用材質表面光潔,與碳膜材料匹配性好,耐高低溫,絕緣性好,機械加工性能好的骨架材料。傳感器安裝使用應規范操作,盡量減小對傳感器性能的影響(例如:拉桿式直線位移傳感器應注意安裝的對中性,如果偏差過大,可大幅降低傳感器測量精度和使用壽命;傳感器可水平安裝或者垂直安裝,水平安裝時應將安裝支架滑入卡槽,固定螺絲向下安裝,防止傳感器磨損物附著在電刷與碳膜板之間,增大傳感器接觸電阻;振動或者沖擊場合應采取適當的減震措施,減少傳感器電刷與碳膜板的磨損等)。部分特殊場合,如:水、油環境較為惡劣場合或者露天使用,應優先考慮防水型直線位移傳感器,減少外界環境對傳感器性能和使用壽命的影響。




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