位置传感器 常见位置传感器类型

位置传感器广泛应用于各种工业和商业应用，从高端军事和国防应用到低成本汽车和家用电器。事实上，在温度测量之后，位置测量是我们生活中第二常见的特征。

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现在有很多眼花缭乱的位置传感器可供选择。如何选择合适的位置传感器？本节总结了传感器的主要类型及其优缺点。

1电位计

虽然有非接触式传感器的趋势，但电位计仍然是最常见的位置传感器。该传感器沿电阻条测量电触点的电压降，测量位置与电压输出成比例。电位计有旋转、直线和弯曲结构形式，结构紧凑，重量轻。一个简单的电位器只要几便士，而一个高精度的电位器可能要200多美元。通过对电阻条进行激光微调，线性度可以达到0.01%以下。

电位计在工作周期适当、环境良好且无严格性能要求的应用中工作良好。不幸的是，电位计容易磨损，尤其是在高振动环境中，或者灰尘/沙粒等异物可能导致电阻条磨损。优质电位器的寿命指标由工作周期数给出，但振动的影响往往被忽略。

还必须注意，电位计指示器通常指“无限分辨率”。虽然理论上是这样，但是很多控制系统需要数字数据，所以实际的分辨率会是模数转换器的分辨率。

奇怪的是，在航空空航空航天、医疗和石化行业的一些安全相关应用中，电位计被归类为“简单传感器”。这意味着，虽然电位计有许多故障模式，但它们不像电子传感器那样受到严格的设计和选择审查。这是一个愚蠢但真实的情况，这使得在某些应用中很难更换不可靠的电位计。

优点:成本低；结构简单；重量轻；且制造精度高。

缺点:容易磨损；抗振性差；对异物敏感；不适合恶劣的温度环境。

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2光电位置传感器

光电传感器通常被称为编码器，是位置传感器的一种常见形式，从价格为几美元的简单编码器到价格超过1万美元的高精度编码器。在所有这些传感器中，基本原理都是一样的:光束照射光栅，光电探测器测量光线产生位置信号。

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整体旋转编码器应用广泛，通常每转输出50-5000个脉冲。实践证明，它在良好的应用环境中运行良好。然而，在更恶劣的环境中，如果透镜或光栅系统被灰尘、碎片或水等异物阻挡，测量将失败。

当选择光电传感器时，应该注意的是，如果传感器标称每转输出1000个脉冲，并不意味着它可以达到1/1000转的精度。需要仔细阅读传感器的数据表，尤其是编码器套件或环形编码器。传感器的安装需要非常精确，并确保不受污染。

如果编码器采用玻璃编码盘，编码器抗冲击性有限。

优点:分辨率高；精确安装可以获得良好的精度；广泛使用。

缺点:对异物敏感；失败前没有任何预兆；抗冲击性差；不适合极端温度。

3磁性位置传感器

磁传感器都采用类似的测量原理:当永磁体和磁检测器相对运动时，磁场的变化与其相对位移成正比。一种常见的形式是霍尔效应传感器，它可以以芯片的形式制造。它们通常用于性能适中的汽车和电机应用。

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磁传感器克服了许多与光电编码器相关的缺陷，因为它们对外来物质更具耐受性。然而，这些传感器很少用于要求高精度的应用中，这是由于运动部件和静止部件之间的滞后效应和精密加工。应仔细研究任何磁性传感器数据表中的安装公差、温度系数和工作温度指数。

此外，应考虑磁性材料或电缆的邻近性。永磁体可能会吸引一些外部杂质，传感器故障的因素之一是杂质碎屑随着时间的推移而积累。

在冲击严重的环境中，通常不会选择磁性传感器，因为当今的钕铁硼永磁体以其脆性而闻名。

优点:非常坚定，坚定；大多数液体没有效果。

缺点:温度漂移；迟滞；不适用于高精度应用；对附近的磁性材料和DC磁场敏感；抗冲击性差。

4磁致伸缩位置传感器

这种传感器使用一种叫做“磁致伸缩”的特殊现象。这种现象存在于一些材料中。当磁铁靠近材料时，会反射沿材料传递的能量。位置可以从能量脉冲沿磁致伸缩材料来回运动的时间开始测量，磁致伸缩材料通常是细线或条带。

几乎所有的磁致伸缩传感器都是线性传感器，因为细磁致伸缩带必须小心地安装在外壳中，如铝制的。外壳使磁致伸缩传感器不受磨损和寿命的影响，适用于高压应用，如液压缸。

每一个传感器在与精密外壳结合后都需要厂家进行校准，使得磁致伸缩传感器相对昂贵。这项技术对影响飞行时间的一些因素很敏感，其中最明显的是对温度的敏感性。

磁致伸缩数据表中的标称精度指标通常处于恒温状态，因此设计工程师需要使用给定的温度系数来计算实际精度。

微小的磁致伸缩材料非常精细，其长度两端的支撑非常重要。最终的结果是磁致伸缩传感器不应被选择用于恶劣的冲击/振动环境。

优点:坚定，坚定；适用于高压环境；长度增加，精度提高。

缺点:相当贵；不耐冲击；温度漂移大；近程精度低。旋转形式包括同步器，分解器和RVDT。LVDT采用变压器结构，至少有三个线圈:一个初级线圈和两个线圈级。当磁棒在线圈中移动时，它改变了初级线圈和次级线圈之间的电磁耦合。感应信号的比率表示磁棒相对于线圈的位置。这种比值测量技术是实现LVDT高稳定性和测量性能的关键。

光电和磁传感器要求电子电路部分靠近测量点，而电感传感器可以将电子电路部分移离测量点，这样传感器可以在恶劣的环境下工作，而电子电路部分可以在较温和的环境下工作。

然而，由于绕线变压器的结构，它们通常体积庞大且昂贵。

优点:精度高；可靠性高；坚强、坚定；适合恶劣环境；广泛使用。

缺点:价格高，体积大，重量大。

7新一代感应编码器IncOder

新一代电感传感器，俗称IncOder，采用与传统电感传感器相同的原理，因此可以在恶劣环境下提供出色的非接触测量性能。然而，这些传感器不采用传统电感传感器的粗线缠绕结构，而是在柔性或刚性基板上使用印刷电路板技术。

印刷卷绕技术具有以下特殊优势:

生产成本、尺寸和重量大幅降低结构形式上更大的灵活性消除了传统感应式传感器绕线过程中的不准确性可实现复杂的几何图形测量，如曲线、二维和三维位置测量采用多层印制电路板可将多个传感器集成在一起（安全相关应用冗余传感器）

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EMC的性能通常与resolver和LVDT一样好。航空空航空航天和军事应用的选择越来越多就证明了这一点。