接触式位移传感器：工作原理、类型与使用指南
接触式位移传感器：工作原理、类型与使用指南
接触式位移传感器是一种通过直接接触测量目标来检测位移变化的精密测量设备。它广泛应用于各种需要高精度位置测量的场景，如机床加工、检测仪表等。本文将详细介绍接触式位移传感器的工作原理、不同类型、驱动方式、关键参数以及使用注意事项，帮助读者全面了解这一重要测量工具。
接触式位移传感器是一种测量设备或物体位置变化的传感器，它通过直接接触测量目标并检测由此产生的物理变化（如电阻、电容、电感或压电效应等）来测量位移。接触式位移传感器通常具有较高的测量精度和灵敏度，因为它们直接与被测物体接触，能够直接感知微小的位置变化。
工作原理
对于小位移的测量，通常采用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器等技术来检测。这些传感器各有特点，适用于不同的应用场景和测量要求。
差动变压器式
差动变压器是感应式位移传感器中应用最广的一种。它是一个其原边有一个绕组，副边有两个按差动方式连接的绕组的开口变压器。变压器开口上有一活动铁芯，该铁芯产生位移时使磁路改变，从而使输出差动电压随之改变。其输出电压Es与铁芯位移成线性关系且十分灵敏。
对于大位移的测量，则常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术。其中，光栅传感器因其独特的优势而得到日益广泛的应用。
CMOS光栅测量
它是一种通过光电效应来测量物体位移的原理，具有高精度、高灵敏度和快速响应的特点。它基于CMOS(互补金属氧化物半导体)技术，结合了光栅和光电二极管阵列。
CMOS光栅传感器由一个微小的光栅图案组成，通常是在芯片表面上制造的。光栅由一系列等间距的透明和不透明线条组成。当光线通过光栅时，会发生衍射现象，形成干涉条纹。这些干涉条纹的间距与光栅线条的间距相对应。光电二极管阵列位于光栅的下方，用于检测经过光栅的光强变化。每个光电二极管都可以测量特定位置的光强。当物体位移时，光栅图案也会相应地移动，导致干涉条纹的位置发生变化。通过比较不同位置上的光强，可以计算出物体的位移。
因具有易实现数字化、精度高（目前分辨率最高的可达到纳米级）、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点，在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用
驱动方式
接触式位移传感器的驱动方式多样，以下是几种常见的驱动方式及其特点：
回弹式（弹簧自复位）
采用弹簧自复位驱动方式，内置弹簧弹力可选
量程范围广泛分体式（带铁芯连杆）
传感器主体和铁芯连杆分离，驱动机构直接连接铁芯连杆。
基于电感原理，具有高性能、高精度和高稳定性等特点真空抽吸式
采用真空发生器对传感器腔体抽吸驱动回弹的方式。
同时可以当做常规回弹式传感器使用自由跌落超轻接触式
采用垂直自由落体驱动，无内置弹簧。
具有高性能、高精度和高稳定性等特点。气动式
气动式接触式位移传感器采用压缩空气充气驱动，泄气时自行回弹的方式工作。
虽然气动式传感器仍然需要通过接触来进行测量，但其内部测量原理为非接触式，无滑动触点，因此使用寿命长。
除了上述的驱动方式外，还存在其他特定的驱动方式，取决于具体的应用场景和设计需求。
参数释义
- 测量行程：传感器能够测量出的数值的上限和下限
- 全程精度：量程范围内检测值与实际值的误差
- 分辨率：传感器可以测量和检测的最小位移或位置变化的变量
- 响应时间：传感器产生测量动作后并输出信号的所需要的时间
- 测量力：传感器的测量头都需要施加一定的压力来和被测量面(或线、点)相接触才能进行测量
- 输出方式：目前提供串口、网口通讯及IO高低电平信号输出
使用注意事项
使用接触式位移传感器时，需要注意以下几个方面，以确保其准确、可靠地工作
- 检测时施加的压力不可超出所标注的范围
- 垂直安装
检测头请尽量垂直于测量面进行安装。倾斜安装除了会导致测量误差外，还会显著缩短传感器寿命；
对螺母进行紧固时，请注意避免损伤橡胶波纹管 - 确认橡胶波纹管是否变形。如果橡胶波纹管变形，请采取旋转橡胶波纹管等措施使其恢复正常形状
注意外界的干扰
包括静电干扰和高频干扰。因此，设备的强电线路与接触式位移传感器的信号线应分开线槽。接触式位移传感器应使用强制接地支架，且使接触式位移传感器外壳(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，用一段电源线将接触式位移传感器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。空气要求
气动式位移传感器对空气有要求(需要不含有灰尘等异物、水、油等的空气)避免对产品的供给压力不足
空气供给源的空气配管长度以及增加空压零件(如针阀、速度控制器或微型过滤器等)会导致压力降低，因此请避免对产品的供给压力不足。此外，请选择与供给空气压力相符的空压零件。