位移传感器的分类及优缺点解析-磁致伸缩拉绳差动变压器等

位移传感器就是把物体的位移、位置、形变、振动、尺寸这些不方便直接测的物理量，转成容易定量测量和传输的电信号。小位移常用应变式、电感式、差动变压器式（LVDT）、涡流式、霍尔式；大位移常用光栅、容栅、磁栅、磁致伸缩式。选型第一步就是把原理分清楚，下面按常用类型说各自的长短。

按原理分，常见几类

1. 电位器式（导电塑料/碳膜电子尺）

电刷随被测体移动，把机械位移转成电阻或电压变化。结构简单、输出大、便宜，但有摩擦磨损，温度变化对阻值影响大，分辨率不高。导电塑料型平滑性好、分辨力高、耐磨、寿命长；线绕式输出是阶梯的，用在伺服反馈里阶跃电压大会引起振荡。

2. 磁致伸缩式

靠波导丝和活动磁环测时差定位，非接触、绝对值输出，断电重启不丢位置、不用重新归零。分辨率高、耐油抗污、寿命长，行程可到数米。缺点是怕磁场干扰、不能贴着导磁材料装。

3. 光栅式

靠光栅叠栅条纹把位移放大成电脉冲，精度高、量程大、响应快。缺点是怕污染、怕油污水汽，安装环境要干净，多用在数控、三坐标这类恒温洁净场合。

4. 差动变压器式（LVDT）

骨架上绕一组初级、两组次级线圈，铁芯移动改变感应电压。非接触、线性好、重复精度高、寿命长，能输出 0-10V、4-20mA 或 SSI、Modbus 等。缺点是超大量程（超过1米）时整机太长，不方便。

5. 电涡流式

非接触测金属导体到探头的距离，分辨率高、采样快，不怕潮湿灰尘，专测轴的径向振动、振幅和轴向位置，用在旋转机械在线监测。

6. 电容式、霍尔式、超声波式

电容式非接触、频响宽、温漂小，但量程小（几十毫米）、易受分布参数干扰，适合微小位移。霍尔式结构简单、功耗小、响应快，测微位移和机械振动。超声波式非接触、可测液位料位，但对环境要求高，恶劣场合回波不稳。

图：常见位移传感器原理与适用特点对照

选型看哪几个指标

灵敏度不是越高越好，太高了对环境变化敏感，要和信号处理匹配。量程按实际运动范围留余量，别打满。带宽要够测被测速度：测振动带宽要上百 Hz，测倾角几十 Hz 就够。输出方式按 PLC 接口选模拟量还是数字量。还要注意极限过载——超过就永久损坏。安装对中也很关键，电子尺平行度允许 ±0.5mm、角度 ±12° 左右，偏差大了就会跳数。

现场最常见的跳数原因不是传感器坏，而是供电纹波、信号线和强电同槽、接地不良。信号线走屏蔽线、和动力线分槽、外壳接地，大部分跳数就能压下去。位移传感器种类多，选型先定原理，再定量程和输出，最后核安装和环境，思路就清晰了。

常见问题

问：测几米行程又要断电不丢位置，电容式和磁致伸缩怎么挑？
答：选磁致伸缩。它靠波导丝配活动磁环测时差来定位，非接触、出绝对值信号，断电重启不用归零，行程能拉到数米；电容式量程只有几十毫米，微小位移才考虑它，长行程不合适。

问：LVDT 行程超过 1 米，为什么现场一般不建议用？
答：主要是整机太长。LVDT 不接触，线性也顺，重复精度还高，能给 0-10V 电压，或者 4-20mA 电流，SSI、Modbus 也能出；但量程一超一米，骨架和铁芯都得加长，现场装不下，它更适合短到中行程的高精度闭环。

问：电子尺装上就跳数，该怀疑传感器坏了还是接线问题？
答：先查接线和供电，别急着换传感器。跳数八九成不是传感器坏了，而是电源纹波、信号线跟强电挤一个槽、或者接地没做好；信号线用屏蔽线，跟动力线分开走槽、外壳接地，多数跳数都能压下去。

问：电子尺安装平行度和角度，偏差多少就会跳数？
答：平行度允许 ±0.5mm、角度容许 ±12° 左右，两个都超了读数就会跳，得重新调对中。另外注意极限过载，超过会永久损坏，这跟跳数不是一回事，要分开判断。