申思测控：影响直线位移传感器线性精度因素技术分析

线性精度是描述位移传感器静态特性的一个重要指标。在被测输入量处于稳定状态前提下，传感器输出校准曲线与拟合直线间的最大偏差与满量程输出的百分比（线性度又称为非线性误差）。线性度越小，表明位移传感器线性特性越好，测量精准度越高。为适应自动化设备伺服控制系统日益增长的高精度测控需求，如果改进原位移传感器加工工艺，提高其测量精度与稳定性，也成为生产厂家孜孜追求的目标。

电位计原理直线位移传感器是目前国内外自动化设备广泛使用的一种位移传感器，传感器主要由电刷与碳膜板组成，采用电阻分压原理接入测控系统，输出直流电压信号。电位计原理直线位移传感器具有机械结构简单牢固，受温湿度与电磁场等因素影响较小，分辨率高，成本低，安装使用方便等优。传感器为接触式结构设计，绝对位置测量型位移传感器。

电位计原理直线位移传感器线性精度与传感器总阻值大小无关，主要取决于传感器电阻板阻值均匀程度（即线性度）。理论上讲，随着环境温度升高，电阻体内电子的活跃程度升高，会造成传感器阻值上升。鉴于温度升高对传感器碳膜板各处的阻值影响几乎一致，因此温度变化不会影响到直线位移传感器信号输出的线性度。同样道理，环境湿度增加时，传感器电阻板阻值会逐渐增大（直至环境湿度达到饱和状态），但是碳膜板阻值线性度不发生变化，信号输出的线性度同样也不受影响。在外界电场、热等作用下，碳膜板吸附水分子膜被击穿或者解吸附，电阻板阻值还可以逐渐降低，直至恢复原来状态。

但是直线位移传感器从设计、装配到应用环节等，均无法避免接触电阻与不对称电阻的影响。例如：电刷与碳膜板焊接工艺引起的阻值变化；传感器电刷与碳膜板之间存在的接触电阻变化等。因此，直线位移传感器长期使用，电刷与碳膜板逐渐磨损，可造成传感器阻值线性度缓慢下降，进而影响传感器输出信号线性度。当受外界温湿度变化影响时，此现象更加明显。

为提高直线位移传感器线性精度，生产厂家采用精度修刻提高电阻体的阻值线性度（早期主要为手工修刻，现在多采用自动化修刻）。焊接与装配工艺尽量标准化流程操作，减少人为因素对传感器质量的影响。电刷常采用银钯合金等贵重金属冲压而成，具有很好的导电性、导热性、较低且稳定的接触电阻、很高的耐磨性、抗熔焊性和一定的机械强度，降低位移传感器在使用过程中电刷的磨损以及对碳膜板的损伤。碳膜板是树脂与胶体石墨等原料的混合液，按照严格的比例，经长时间球磨制成电阻液。然后采用喷涂法、模压法、印刷法或者沉积法制备在聚酰亚胺层压覆铜板等绝缘基板上，经干燥、聚合等工序制备而成。为了使碳膜板的性能稳定， 还要经过电、热老化等工序。碳膜板基板应选用材质表面光洁，与碳膜材料匹配性好，耐高低温，绝缘性好，机械加工性能好的骨架材料。传感器安装使用应规范操作，尽量减小对传感器性能的影响（例如：拉杆式直线位移传感器应注意安装的对中性，如果偏差过大，可大幅降低传感器测量精度和使用寿命；传感器可水平安装或者垂直安装，水平安装时应将安装支架滑入卡槽，固定螺丝向下安装，防止传感器磨损物附着在电刷与碳膜板之间，增大传感器接触电阻；振动或者冲击场合应采取适当的减震措施，减少传感器电刷与碳膜板的磨损等）。部分特殊场合，如：水、油环境较为恶劣场合或者露天使用，应优先考虑防水型直线位移传感器，减少外界环境对传感器性能和使用寿命的影响。

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