接触式位移传感器的工作原理是什么

• 电阻式位移传感器：它通常由电阻元件和可动触点组成。可动触点与被测物体相连，当物体发生位移时，触点在电阻元件上滑动，改变触点与电阻元件两端之间的电阻值。根据欧姆定律，在恒定电压下，电阻的变化会导致电流或电压的变化，通过测量这些电信号的变化，就可以得出物体的位移量。例如，在一些机械加工设备中，用于测量工作台位移的电位器式位移传感器就是基于这种原理工作的。
• 电容式位移传感器：由两个平行极板组成，其中一个极板固定，另一个极板与被测物体相连。当物体产生位移时，会使两极板之间的距离、面积或介电常数发生变化，从而导致电容值改变。通过测量电容值的变化，就可以计算出物体的位移。这种传感器具有精度高、响应速度快等优点，常用于微小位移的测量，如半导体制造中的光刻设备，用于精确控制光刻头的位移。
• 电感式位移传感器：利用电磁感应原理，主要由线圈和铁芯组成。当铁芯随被测物体产生位移时，会改变线圈的电感量。例如，自感式位移传感器中，铁芯插入线圈的深度变化会引起线圈自感系数的变化；互感式位移传感器（如差动变压器式）中，初级线圈通入交变电流，在两个次级线圈中产生感应电动势，当铁芯位移时，两个次级线圈的感应电动势会发生差动变化，通过测量这种差动电压的变化来确定位移量。电感式位移传感器常用于测量较大的位移，如在起重机的限位控制中，可检测吊臂的伸缩位移。
• 光电式位移传感器：通过光电转换原理来测量位移。例如，光栅位移传感器由光源、光栅尺和光电探测器等组成。光栅尺上刻有等间距的明暗条纹，当光栅尺与被测物体一起移动时，光源发出的光透过光栅尺，形成明暗相间的莫尔条纹，光电探测器将光信号转换为电信号，通过对电信号的计数和处理，就可以得到物体的位移量。此外，还有激光位移传感器，它利用激光的反射原理，通过测量激光从发射到接收的时间来计算物体与传感器之间的距离变化，从而得到位移信息，常用于高精度的位移测量，如汽车制造中的车身尺寸检测。
• 超声波位移传感器：它发射超声波脉冲，当超声波遇到被测物体后反射回来，传感器接收反射波。通过测量超声波发射和接收之间的时间间隔，结合超声波在空气中的传播速度，就可以计算出传感器与物体之间的距离。当物体发生位移时，距离会发生变化，从而通过距离的变化量得到位移信息。这种传感器适用于非接触式测量，且对环境光线不敏感，常用于液位测量、物体定位等领域，如在仓储物流中，用于检测货架上货物的位置。
• 磁致伸缩位移传感器：利用磁致伸缩效应工作。传感器内部有一根磁致伸缩波导丝，当电子单元产生的电流脉冲在波导丝中传播时，会产生一个环形磁场。同时，被测物体上安装的永磁体也会产生一个磁场，两个磁场相互作用，在波导丝中产生一个应变脉冲，这个应变脉冲以固定的速度传播到传感器的检测端，通过测量电流脉冲和应变脉冲之间的时间差，就可以精确计算出永磁体的位置，从而得到物体的位移量。该传感器具有精度高、可靠性强、寿命长等优点，常用于液压、气动系统中测量活塞的位移。

• 电阻式接触式位移传感器
  • 电位器式：通过滑动触点与电阻元件接触，当被测物体带动滑动触点移动时，改变电阻元件接入电路的电阻值。根据串联电阻分压原理，电阻值的变化会导致输出电压变化，从而将位移量转换为电压信号输出。例如在汽车油门踏板位置传感器中，踏板的转动通过连杆机构带动电位器的滑动触点，从而实时反映油门踏板的位置变化。
  • 应变片式：将应变片粘贴在弹性体上，当弹性体受到外力作用产生变形时，应变片也随之变形，导致其电阻值发生变化。这种电阻变化与被测物体的位移引起的弹性体变形相关，通过测量应变片电阻变化来计算出物体的位移。常用于电子秤等测量设备中，通过测量承载重物时弹性体的微小变形来计算物体重量，而重量与弹性体的变形位移存在一定关系。
• 电感式接触式位移传感器
  • 自感式：由线圈、铁芯和衔铁组成。当衔铁与被测物体相连并产生位移时，衔铁与铁芯之间的气隙发生变化，从而引起线圈电感量的变化。根据电感的基本原理，电感量与线圈匝数、气隙长度等因素有关，通过检测电感量的变化就能得到物体的位移信息。例如在一些机床的工作台位移测量中，自感式位移传感器可以精确测量工作台在一定范围内的移动距离。
  • 差动变压器式（互感式）：有一个初级线圈和两个次级线圈，初级线圈通入交变电流，在两个次级线圈中产生感应电动势。当与被测物体相连的铁芯发生位移时，改变了初级线圈与两个次级线圈之间的互感耦合程度，使两个次级线圈的感应电动势产生差动变化。通过测量这种差动电压的变化来确定铁芯的位移，进而得到被测物体的位移量。常用于一些需要高精度位移测量的自动化生产线中，如电子元件的贴装设备，可精确控制贴装头的位置。
• 电容式接触式位移传感器：通常由固定极板和可动极板组成，可动极板与被测物体相连。当物体发生位移时，可动极板与固定极板之间的距离、面积或介电常数发生变化，根据电容的计算公式$C=\genfrac{}{}{0ex}{}{ϵS}{d}$（其中$C$为电容，$ϵ$为介电常数，$S$为极板面积，$d$为极板间距），电容值会相应改变。通过测量电容值的变化来反映物体的位移，这种传感器在一些对微小位移测量精度要求较高的场合应用广泛，如微机电系统（MEMS）中的位移测量。

比如这款CD8B回弹式位移传感器是工作原理

• 初始状态：在初始状态下，测量部件处于未受位移的正常位置，传感器元件的相关参数，如电阻、电容或电感等处于初始状态。
• 位移引起变形：当物体发生位移时，测量部件受到外力作用发生变形，比如弯曲、扭曲等。以弹簧作为测量部件为例，物体位移会使弹簧拉伸或压缩。这种变形会使传感器元件的参数发生改变，例如使电阻值增大或减小、电容值改变、电感值变化等。
• 电信号变化：传感器元件参数的变化导致其特性改变，进而使传感器输出的电信号发生变化，该电信号可以是电压、电流或频率等形式。通过测量和分析这些电信号的变化，就能得出物体的位移量。