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拉绳位移传感器误差来源的简单分析

发布时间:2019-06-21人气:10

拉绳位移传感器也叫拉线位移传感器,相对于光栅尺、激光干涉仪等传感器,虽然其精度并不高,但由于它的安装方便、价格低廉、测量距离大、抗干扰能力强等诸多优点而被广泛使用。

  由于拉绳位移传感器在设计、安装、检测、计量及使用过程中均需要考虑各种因素对误差的影响。

  下面通过初步分析,寻找出不同的因素带来的误差。

  1、拉绳位移传感器原理及应用

  拉绳位移传感器是利用高柔韧性复合钢丝来测量位移的。钢丝通过弹簧被绕于滚筒之上,榆次将位移转变成旋转运动。滚筒直接与一个精密旋转编码器连接在一起,位移量从而转变成电流、电压或数字脉冲形式输出。

  在使用时,将位移传感器安装在一个固定位置上,拉绳连接在移动物体上,拉绳直线运动和移动物体运动轴线对准,物体运动时位移传感器即输出数字信号。拉绳位移传感器可用于测量运动距离、运动速度、感应位置或限位传感器、记录机械运动次数的计算器等。应用领域有测试、仪器计算、运输、机器人、液压装置、气动装置、工业自动化、运动控制等。测量距离从几十毫米到十几米不等,应用较为广泛。

  2、传感器的因素

  根据JJF 1305-2011《线位移传感器校准规范》,典型的拉绳位移传感器的基本误差一般在±0.05%~±0.5%之间。选择时还要注意线性度、重复性、回程误差等参数。而在线性度上还要注意全量程百分比以及测量数值的百分比的区别。如无法确认其误差应该用测长机等仪器对其校准。

  在分辨力选择上,建议按需求选择分辨力,够用即可。模拟信号传感器号称式理论无穷,实际使用时则受到仪器的精度及稳定性、重复性等的影响。而有的数字信号传感器号称分辨力0.001mm,但分辨力高的传感器有可能与读取速度低的显示仪表不匹配,造成数据丢失的问题。

  拉绳位移传感器按输出信号分模拟信号和数字信号。模拟信号分为电压输出和电流输出。模拟信号应注意传输距离的问题,如果传输距离过大则严重影响精度。模拟信号会有信号干扰、稳定性、漂移及负载大小等问题。

  而数字输出分为方波脉冲输出和格雷码信号。数字信号一般不存在信号干扰、漂移等问题、数字输出型传感器一般要选择增量型,否则无法分辨方向。

  传感器在内部结构上要注意其排线是否叠层,不叠层的结构可保证每圈行程一致、重复精度高。

  3、仪表的因素

  在选择二次仪表上要注意与传感器配套的问题。首先仪表在显示位数上,在比率设定的位数上都应满足整体精度的要求。有的显示仪表或者使用单片机时比率位数较少,这就影响了调整的精度。例如传感器的最大允许误差是±0.5%,而比率位数只能1%地调整,这样影响的精度最多只能达到±0.1%的精度。

  其次还要注意计数装置读取速度的问题。数字输出型的传感器在运动速度过快时存在严重丢失数据的情况。造成这种现象的原因是由于显示仪表或者计数装置数据读取慢的原因、有些仪表是为计数器而设计的,这种仪表不能用在拉线式位移传感器上。另外分辨力的因素也很重要如需应用在速度较快的场合如运动速度>0.5m/s,建议选择分辨力低的传感器或者读取速度高的显示仪表。一般情况下对于0.01mm/脉冲的传感器,仪表的读取速度建议≥30Hz。

  4、安装位置及环境因素的影响

  安装时应尽量符合阿贝原理,以减少系统误差。阿贝原理是指在长度测量中,应将标准长度量(标准线)安放在被测长度量(被测线)的延长线上。另外尽量使传感器测量方向与运动方向水平。而如果是测量距离较长而且是而且是水平安装的情况下应注意拉线自重带来的影响。

  在环境问题上应注意由于材料膨胀系数不同于对精度的影响。如果是应用在户外且测量距离较长的,侧风的影响同样应予以考虑。

  但以上几个因素的影响对位移传感器都相对较低。如安装时传感器测量方向与运动方向不平行,在1m长的测量长度上,与之垂直的方向偏移了10mm(肉眼可明显观察到)。但误差才增加了0.05mm,即0.005 %,相对普通的拉绳位移传感器4-0.05%~4-0.5%的误差来说影响非常小。

  另外应根据使用环境选择相应的防护等级,包括传感器、仪表、转换器及连接线等。在恶劣的环境下如果没有相应的防护等级,使用都无法保证,更不用谈精度了。选择不锈钢的、耐腐蚀的拉线对长期使用是有保障的。

  结语

  总体来说传感器的因素及仪表的因素对整体精度影响较大应予以重点考虑。读者可根据自身的情况,参考以上几点,科学合理地选择传感器及显示仪表,尽量排除各类影响误差的因素,提高整体精度。


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