LVDT直线位移传感器原理对比：电阻式超声波光栅怎么选

选直线位移传感器，先把四种原理的脾气摸清：电阻式便宜、对现场不挑，但存在接触磨损；LVDT直线位移传感器非接触、寿命长，适合小行程精密测量；超声波能隔着空间测液位；光栅精度高，可它怕粉尘油污。一句话，常规工况先看电阻式和 LVDT，超声波和光栅留给它们各自擅长的活。下面把四种原理挨个讲透，再给一张按工况对号的选型判据。

四种原理速览：先看各自的活是什么

常用的直线位移传感器就四种：电阻式（电位计式）、LVDT 差动变压式、超声波、光栅式。原理不一样，优缺点自然不一样，选型之前先把各自的脾气搞清楚，比上来就问价格有用得多。下面先讲两样我们主推的——电阻式和 LVDT，这两类覆盖了绝大多数常规工况；超声波和光栅再单独说，它们有明确的适用场合，但不是通用解。

电阻式：便宜够用，代价是有接触磨损

电阻式的原理像中学物理的滑动变阻器：一根电阻体上有个电刷在滑，电刷位置不同，取出来的分压就不同，串个分压电路输出就是位移量。结构简单、成本低、量程可以做得比较长、输出直接，这些都是它的长处，注塑机、普通液压缸、木工机械这类场合用得很多。

缺点是明摆着的：电刷一直在电阻体上摩擦。用久了电阻体被磨薄，线性变差，某一段甚至会出现读数跳变；动作越频繁、行程越长，磨得越快。导电塑料型比早期的碳膜型耐磨一些、分辨率也高一些，但本质还是接触式，寿命有天花板，具体次数以厂家样本为准。

LVDT直线位移传感器：非接触，小行程精密测量的主力

LVDT 的结构是一个初级线圈、两个次级线圈，再加一个能轴向移动的铁芯。给初级线圈加交流激励，两个次级线圈感应出电压，铁芯位置不同，两个次级电压的差就不同，把这个差值解调出来就是位移。铁芯和线圈之间不接触，这是它立足的根本：没有磨损，寿命长，重复性好。

它的长处还在环境适应上。因为核心是线圈加铁芯，没有脆弱的滑动接触件，高温、高湿、有辐射的场合它都能扛，这也是航空航天测试、汽车零部件尺寸检测、材料试验机这类地方爱用它的原因。缺点也得说清楚：为了取到线性段，壳体通常做得比行程长，量程一般偏短；输出对被测点存在一定非线性，要标定；另外它需要激励和解调，早年得配信号调理模块，现在多为一体化变送，直接给 0-10V 或 4-20mA。

超声波与光栅：各有专长，但不是通用解

超声波靠回声定位：发一束超声波出去，接收回波，按往返时间差算距离。好处是不用碰到被测物，罐里的液面也能隔着空间测。短板是受影响的因素多——温度一变声速就变，介质换了解算就不准，被测面反射不好还容易收不到回波，另外还有波束角和近端盲区的问题。论准头，它比不过电阻式和 LVDT。

光栅式靠光栅尺上的刻线计数来测位移，精度高、响应快，这是它的强项。代价是娇气：粉尘、油污、切屑一沾上去，读数就出问题，安装面还要平整、要和运动轴平行，整体成本也高。所以它基本待在恒温、洁净的精密机床和计量场合，普通车间里不合适。

四种原理对照表与选型判据

落到选型上，其实就几个问句：预算紧不紧、动作频不频繁、现场脏不脏、要不要非接触、量程多长。把这几个问句的回答填进下面的表，基本就能对号。

现场两个典型问题：现象、原因和处理

现象一：电子尺用了两三年，某个位置读数老是跳。现象是行程走到中段读数抖几十微米，两端反而正常，而且和温度、负载都无关。原因是电刷长期反复摩擦，那一段正是动作频繁的区域，电阻体被磨薄了，接触电阻变大。处理办法：先确认是该段磨损而不是接线松动；确认后要么换传感器，要么把动作区挪到电阻体上使用较少的段位；平时尽量让电刷的工作区避开同一个点长期停留。

现象二：LVDT 装上去读数就是不准，数值对不上标准件。现象是量程两端还行、中间偏差大，或者干脆全程线性都不好。原因多半是铁芯和壳体不同轴，铁芯被侧向力别着，或者安装时铁芯没走到机械零位。处理办法：松开重新对中，保证铁芯能在壳体内自由轴向移动、不碰壁；按说明把机械零位对到电气零位，再做一次零点和满量程标定。

常见问题

问：LVDT直线位移传感器，壳体为什么比行程长？
答：LVDT 是一个初级线圈、两个次级线圈加一个铁芯，靠铁芯位置变化输出电压。为了取到线性段，壳体做得比行程长，所以它量程一般偏短，输出对被测点还有一定非线性，需要标定后再用。

问：超声波测液面，为什么老感觉不准？
答：它是发一声超声波出去、等回波返回，按时间差算距离。不用碰被测物是优点，罐里液面也能量；但温度一变声速就变，介质换了要重新解算，被测面反射不好还收不到回波，准头比不过电阻式和 LVDT。

问：精密机床上光栅尺和电阻式，怎么取舍？
答：只有精度要求极高的场合才值得上光栅，它测得准、反应快，但粉尘油污一多就受不了，价格高、对安装条件挑得很。预算不多、动作又慢的，电阻式就够用；反过来要求长期不漂、动作还频繁，那得用 LVDT 这类非接触的。

问：电阻式用久了为什么线性变差？
答：原理像滑动变阻器，靠电刷在电阻体上滑、串分压电路输出位移量。结构简单便宜，但一直摩擦，久了电阻体磨薄、线性就变差。导电塑料型能好一些，可本质还是接触式，寿命有上限。

问：有没有一种原理什么场合都能用？
答：没有。每种原理都是拿某方面长处换另一方面的短处：要便宜、量程长就接受磨损，要无磨损就接受量程短和要标定，要极限精度就接受环境和成本要求。先想清楚工况里不能妥协的是哪一条，再往上对原理。