線(xiàn)性精度是描述位移傳感器靜態(tài)特性的一個(gè)重要指標。在被測輸入量處于穩定狀態(tài)前提下,傳感器輸出校準曲線(xiàn)與擬合直線(xiàn)間的最大偏差與滿(mǎn)量程輸出的百分比(線(xiàn)性度又稱(chēng)為非線(xiàn)性誤差)。線(xiàn)性度越小,表明位移傳感器線(xiàn)性特性越好,測量精準度越高。為適應自動(dòng)化設備伺服控制系統日益增長(cháng)的高精度測控需求,如果改進(jìn)原位移傳感器加工工藝,提高其測量精度與穩定性,也成為生產(chǎn)廠(chǎng)家孜孜追求的目標。
電位計原理直線(xiàn)位移傳感器是目前國內外自動(dòng)化設備廣泛使用的一種位移傳感器,傳感器主要由電刷與碳膜板組成,采用電阻分壓原理接入測控系統,輸出直流電壓信號。電位計原理直線(xiàn)位移傳感器具有機械結構簡(jiǎn)單牢固,受溫濕度與電磁場(chǎng)等因素影響較小,分辨率高,成本低,安裝使用方便等優(yōu)。傳感器為接觸式結構設計,絕對位置測量型位移傳感器。
電位計原理直線(xiàn)位移傳感器線(xiàn)性精度與傳感器總阻值大小無(wú)關(guān),主要取決于傳感器電阻板阻值均勻程度(即線(xiàn)性度)。理論上講,隨著(zhù)環(huán)境溫度升高,電阻體內電子的活躍程度升高,會(huì )造成傳感器阻值上升。鑒于溫度升高對傳感器碳膜板各處的阻值影響幾乎一致,因此溫度變化不會(huì )影響到直線(xiàn)位移傳感器信號輸出的線(xiàn)性度。同樣道理,環(huán)境濕度增加時(shí),傳感器電阻板阻值會(huì )逐漸增大(直至環(huán)境濕度達到飽和狀態(tài)),但是碳膜板阻值線(xiàn)性度不發(fā)生變化,信號輸出的線(xiàn)性度同樣也不受影響。在外界電場(chǎng)、熱等作用下,碳膜板吸附水分子膜被擊穿或者解吸附,電阻板阻值還可以逐漸降低,直至恢復原來(lái)狀態(tài)。
但是直線(xiàn)位移傳感器從設計、裝配到應用環(huán)節等,均無(wú)法避免接觸電阻與不對稱(chēng)電阻的影響。例如:電刷與碳膜板焊接工藝引起的阻值變化;傳感器電刷與碳膜板之間存在的接觸電阻變化等。因此,直線(xiàn)位移傳感器長(cháng)期使用,電刷與碳膜板逐漸磨損,可造成傳感器阻值線(xiàn)性度緩慢下降,進(jìn)而影響傳感器輸出信號線(xiàn)性度。當受外界溫濕度變化影響時(shí),此現象更加明顯。
為提高直線(xiàn)位移傳感器線(xiàn)性精度,生產(chǎn)廠(chǎng)家采用精度修刻提高電阻體的阻值線(xiàn)性度(早期主要為手工修刻,現在多采用自動(dòng)化修刻)。焊接與裝配工藝盡量標準化流程操作,減少人為因素對傳感器質(zhì)量的影響。電刷常采用銀鈀合金等貴重金屬沖壓而成,具有很好的導電性、導熱性、較低且穩定的接觸電阻、很高的耐磨性、抗熔焊性和一定的機械強度,降低位移傳感器在使用過(guò)程中電刷的磨損以及對碳膜板的損傷。碳膜板是樹(shù)脂與膠體石墨等原料的混合液,按照嚴格的比例,經(jīng)長(cháng)時(shí)間球磨制成電阻液。然后采用噴涂法、模壓法、印刷法或者沉積法制備在聚酰亞胺層壓覆銅板等絕緣基板上,經(jīng)干燥、聚合等工序制備而成。為了使碳膜板的性能穩定, 還要經(jīng)過(guò)電、熱老化等工序。碳膜板基板應選用材質(zhì)表面光潔,與碳膜材料匹配性好,耐高低溫,絕緣性好,機械加工性能好的骨架材料。傳感器安裝使用應規范操作,盡量減小對傳感器性能的影響(例如:拉桿式直線(xiàn)位移傳感器應注意安裝的對中性,如果偏差過(guò)大,可大幅降低傳感器測量精度和使用壽命;傳感器可水平安裝或者垂直安裝,水平安裝時(shí)應將安裝支架滑入卡槽,固定螺絲向下安裝,防止傳感器磨損物附著(zhù)在電刷與碳膜板之間,增大傳感器接觸電阻;振動(dòng)或者沖擊場(chǎng)合應采取適當的減震措施,減少傳感器電刷與碳膜板的磨損等)。部分特殊場(chǎng)合,如:水、油環(huán)境較為惡劣場(chǎng)合或者露天使用,應優(yōu)先考慮防水型直線(xiàn)位移傳感器,減少外界環(huán)境對傳感器性能和使用壽命的影響。