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德國(guó)TURCK圖爾克位移傳感器的常見故障與維修指南
TURCK位移傳感器又稱為線性傳感器，是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件，傳感器的作用是把各種被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電量。在生產(chǎn)過程中，位移的測(cè)量一般分為測(cè)量實(shí)物尺寸和機(jī)械位移兩種。按被測(cè)變量變換的形式不同，TURCK位移傳感器可分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式又可分為物性型和結(jié)構(gòu)型兩種。常用TURCK位移傳感器以模擬式結(jié)構(gòu)型居多，包括電位器式TURCK位移傳感器、電感式TURCK位移傳感器、自整角機(jī)、電容式TURCK位移傳感器、電渦流式TURCK位移傳感器、霍爾式TURCK位移傳感器等。數(shù)字式TURCK位移傳感器的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是便于將信號(hào)直接送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這種傳感器發(fā)展迅速，應(yīng)用日益廣泛。
位移是和物體的位置在運(yùn)動(dòng)過程中的移動(dòng)有關(guān)的量，位移的測(cè)量方式所涉及的范圍是相當(dāng)廣泛的。小位移通常用應(yīng)變式、電感式、差動(dòng)變壓器式、渦流式、霍爾傳感器來檢測(cè)，大的位移常用感應(yīng)同步器、光柵、容柵、磁柵等傳感技術(shù)來測(cè)量。其中光柵傳感器因具有易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、精度高（目前分辨率最高的可達(dá)到納米級(jí)）、抗干擾能力強(qiáng)、沒有人為讀數(shù)誤差、安裝方便、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)床加工、檢測(cè)儀表等行業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用。
電位器式TURCK位移傳感器，它通過電位器元件將機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成與之成線性或任意函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出。普通直線電位器和圓形電位器都可分別用作直線位移和角TURCK位移傳感器。但是，為實(shí)現(xiàn)測(cè)量位移目的而設(shè)計(jì)的電位器，要求在位移變化和電阻變化之間有一個(gè)確定關(guān)系。電位器式TURCK位移傳感器的可動(dòng)電刷與被測(cè)物體相連。
物體的位移引起電位器移動(dòng)端的電阻變化。阻值的變化量反映了位移的量值，阻值的增加還是減小則表明了位移的方向。通常在電位器上通以電源電壓，以把電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓輸出。線繞式電位器由于其電刷移動(dòng)時(shí)電阻以匝電阻為階梯而變化，其輸出特性亦呈階梯形。如果這種TURCK位移傳感器在伺服系統(tǒng)中用作位移反饋元件，則過大的階躍電壓會(huì)引起系統(tǒng)振蕩。因此在電位器的制作中應(yīng)盡量減小每匝的電阻值。電位器式傳感器的另一個(gè)主要缺點(diǎn)是易磨損。它的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出信號(hào)大，使用方便，價(jià)格低廉。
磁致伸縮TURCK位移傳感器通過非接觸式的測(cè)控技術(shù)精確地檢測(cè)活動(dòng)磁環(huán)的絕對(duì)位置來測(cè)量被檢測(cè)產(chǎn)品的實(shí)際位移值的；該傳感器的高精度和高可靠性已被廣泛應(yīng)用于成千上萬的實(shí)際案例中。
由于作為確定位置的活動(dòng)磁環(huán)和敏感元件并無直接接觸，因此傳感器可應(yīng)用在極惡劣的工業(yè)環(huán)境中，不易受油漬、溶液、塵?；蚱渌廴镜挠绊?，IP防護(hù)等級(jí)在IP67以上。此外，傳感器采用了高科技材料和先進(jìn)的電子處理技術(shù)，因而它能應(yīng)用在高溫、高壓和高振蕩的環(huán)境中。傳感器輸出信號(hào)為絕對(duì)位移值，即使電源中斷、重接，數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失，更無須重新歸零。由于敏感元件是非接觸的，就算不斷重復(fù)檢測(cè)，也不會(huì)對(duì)傳感器造成任何磨損，可以大大地提高檢測(cè)的可靠性和使用壽命。
磁致伸縮TURCK位移傳感器，是利用磁致伸縮原理、通過兩個(gè)不同磁場(chǎng)相交產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖信號(hào)來準(zhǔn)確地測(cè)量位置的。測(cè)量元件是一根波導(dǎo)管，波導(dǎo)管內(nèi)的敏感元件由特殊的磁致伸縮材料制成的。測(cè)量過程是由傳感器的電子室內(nèi)產(chǎn)生電流脈沖，該電流脈沖在波導(dǎo)管內(nèi)傳輸，從而在波導(dǎo)管外產(chǎn)生一個(gè)圓周磁場(chǎng)，當(dāng)該磁場(chǎng)和套在波導(dǎo)管上作為位置變化的活動(dòng)磁環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)相交時(shí)，由于磁致伸縮的作用，波導(dǎo)管內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號(hào)，這個(gè)應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號(hào)以固定的聲音速度傳輸，并很快被電子室所檢測(cè)到。
由于這個(gè)應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號(hào)在波導(dǎo)管內(nèi)的傳輸時(shí)間和活動(dòng)磁環(huán)與電子室之間的距離成正比，通過測(cè)量時(shí)間，就可以高度精確地確定這個(gè)距離。由于輸出信號(hào)是一個(gè)真正的絕對(duì)值,而不是比例的或放大處理的信號(hào),所以不存在信號(hào)漂移或變值的情況,更無需定期重標(biāo)。
磁致伸縮TURCK位移傳感器是根據(jù)磁致伸縮原理制造的高精度、長(zhǎng)行程絕對(duì)位置測(cè)量的TURCK位移傳感器。它采用非接觸的測(cè)量方式，由于測(cè)量用的活動(dòng)磁環(huán)和傳感器自身并無直接接觸，不至于被摩擦、磨損，因而其使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可靠性高，安全性好，便于系統(tǒng)自動(dòng)化工作，即使在惡劣的工業(yè)環(huán)境下，也能正常工作。此外，它還能承受高溫、高壓和強(qiáng)振動(dòng)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械位移的測(cè)量、控制中。
直線的工作原理是跟滑動(dòng)變阻器一樣的，它作為分壓器使用的，它是以相對(duì)的輸出電壓來呈現(xiàn)出所測(cè)量位置的實(shí)際上的位置。對(duì)這個(gè)裝置的工作有下面幾點(diǎn)要求：
1、如果電子尺已經(jīng)使用很長(zhǎng)時(shí)間了，而且密封已經(jīng)老化，同時(shí)夾雜著很多雜質(zhì)，而且水混合物和油會(huì)嚴(yán)重影響電刷的接觸電阻的，這樣會(huì)使顯示的數(shù)字不停地跳動(dòng)。這個(gè)時(shí)候可以說直線TURCK位移傳感器的電子尺已經(jīng)損壞了，需要更換。
2、若電源的容量很小，就會(huì)出現(xiàn)很多情況的，所以，供電電源需要有充分的容量。那么，容量不足，就會(huì)造成如下的情況：熔膠的運(yùn)動(dòng)會(huì)使合模電子尺的顯示變換，有波動(dòng)，或者合模的運(yùn)動(dòng)會(huì)使射膠電子尺的顯示波動(dòng)，造成測(cè)量結(jié)果誤差很大。如果電磁閥的驅(qū)動(dòng)電源于直線TURCK位移傳感器供電電源同時(shí)在一起的時(shí)候，更容易出現(xiàn)以上的情況，情況嚴(yán)重時(shí)用萬用表的電壓檔甚至可以測(cè)量到電壓的有關(guān)波動(dòng)。如果情況不是因?yàn)楦哳l干擾、靜電干擾或者是中性不夠好的造成的，那么就有可能是電源的功率太小造成的。
3、調(diào)頻干擾和靜電干擾都有可能讓直線TURCK位移傳感器的電子尺的顯示數(shù)字跳動(dòng)的。電子尺的信號(hào)線與設(shè)備的強(qiáng)電線路要分開線槽。電子尺必須要強(qiáng)制性地使用接地支架，而且同時(shí)讓電子尺的外殼跟地面良好地接觸。信號(hào)線需要使用屏蔽線，而且電箱的一段應(yīng)該跟屏蔽線接地的。
如果有高頻干擾的時(shí)候，通常使用萬用表的電壓測(cè)量就會(huì)顯示正常，但是顯示數(shù)字就是會(huì)跳動(dòng)不停的；而出現(xiàn)靜電干擾時(shí)，出現(xiàn)的情況也是跟高頻干擾一樣的。要證明看是否是靜電干擾時(shí)，可以先使用一段電源線把電子尺的封蓋螺絲跟機(jī)器上的某一些的金屬短接起來就可以了，只要一短接起來，靜電干擾就會(huì)馬上消除掉的。但是如果要消除掉高頻干擾就很難用上面的方法了，變頻節(jié)電器和機(jī)器手都經(jīng)常出現(xiàn)高頻干擾的，所以可以試一下用停止高頻節(jié)電器或者機(jī)械手的方法來驗(yàn)證是不是高頻干擾的。
4、如果直線TURCK位移傳感器的電子尺在工作的過程當(dāng)中，在某一點(diǎn)的顯示數(shù)據(jù)有規(guī)律地跳動(dòng)，或者是沒有顯示數(shù)據(jù)的時(shí)候，出現(xiàn)這種情況就需要檢查連接線絕緣是不是出現(xiàn)破損的現(xiàn)象，并且跟機(jī)器的外殼很有規(guī)律地接觸而導(dǎo)致的對(duì)地短路。
5、供電的電壓一定要穩(wěn)定，工業(yè)的電壓需要符合±0.1[%]的穩(wěn)定性，例如，基準(zhǔn)電壓是10V的話，就可以允許有±0.01V的波動(dòng)變化，如果不是的話，就會(huì)引起顯示的圈套波動(dòng)這樣的情況。但是如果這個(gè)時(shí)候的顯示波動(dòng)的幅度沒有超過波動(dòng)電壓的波動(dòng)的幅度的話，那么電子尺就是正常的了。
6、安裝直線TURCK位移傳感器的對(duì)中性需要很好，但是平行度可以允許有±0.5mm的誤差，角度可以允許有±12°的誤差。但是如果平行度誤差和角度誤差都是偏大的話，這樣會(huì)出現(xiàn)顯示數(shù)字跳動(dòng)的情況。那么出現(xiàn)這樣的情況的時(shí)候，必須要對(duì)平行度和角度進(jìn)行調(diào)整了。
7、在連接的過程當(dāng)中，一定要多加注意，電子尺的三條線是不可以接錯(cuò)的，電源線和輸出線是不可以調(diào)換的。如果上面的線接錯(cuò)的話，就會(huì)出現(xiàn)線性誤差很大的情況，要控制的話是很難的，控制的精度也會(huì)變得很差，而顯示很容易出現(xiàn)跳動(dòng)的現(xiàn)象等等。
辨向原理
在實(shí)際應(yīng)用中，位移具有兩個(gè)方向，即選定一個(gè)方向后，位移有正負(fù)之分，因此用一個(gè) 光電元件測(cè)定莫爾條紋信號(hào)確定不了位移方向。為了辨向，需要有 π/2相位差的兩個(gè)莫爾條紋信號(hào)。如圖2，在相距1/4條紋間距的位置上安放兩個(gè)光電元件，得到兩個(gè)相位差π/2的電信號(hào)u01和u02，經(jīng)過整形后得到兩個(gè)方波信號(hào)u01’和u02’。光柵正向移動(dòng)時(shí)u01超前u02 90度，反向移動(dòng)時(shí)u02超前u01 90度，故通過電路辨相可確定光柵運(yùn)動(dòng)方向。
細(xì)分技術(shù)
隨著對(duì)測(cè)量精度要求的提高，以柵距為單位已不能滿足要求，需要采取適當(dāng)?shù)拇胧?duì)莫爾條紋進(jìn)行細(xì)分。所謂細(xì)分就是在莫爾條紋信號(hào)變化一個(gè)周期內(nèi)，發(fā)出若干個(gè)脈沖，以減少脈沖當(dāng)量。如一個(gè)周期內(nèi)發(fā)出n個(gè)脈沖，則可使測(cè)量精度提高n備，而每個(gè)脈沖相當(dāng)于原來柵距的1/n。由于細(xì)分后計(jì)數(shù)脈沖頻率提高了 n倍，因此也稱n倍頻。
通常用的有兩種細(xì)分方法：其一：直接細(xì)分。在相差1/4莫爾條紋間距的位置上安放兩個(gè)光電元件，可得到兩個(gè)相位差90o的電信號(hào)，用反相器反相后就得到四個(gè)依次相差90o的交流信號(hào)。同樣，在兩莫爾條紋間放置四個(gè)依次相距1/4條紋間距的光電元件，也可獲得四個(gè)相位差90o的交流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)四倍頻細(xì)分。其二：電路細(xì)分。
根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式
直線TURCK位移傳感器：
直線TURCK位移傳感器的功能在于把直線機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。為了達(dá)到這一效果，通常將可變電阻滑軌定置在傳感器的固定部位，通過滑片在滑軌上的位移來測(cè)量不同的阻值。傳感器滑軌連接穩(wěn)態(tài)直流電壓，允許流過微安培的小電流，滑片和始端之間的電壓，與滑片移動(dòng)的長(zhǎng)度成正比。將傳感器用作分壓器可最大限度降低對(duì)滑軌總阻值精確性的要求，因?yàn)橛蓽囟茸兓鸬淖柚底兓粫?huì)影響到測(cè)量結(jié)果。
角度TURCK位移傳感器：
角度TURCK位移傳感器應(yīng)用于障礙處理：使用角度傳感器來控制你的輪子可以間接的發(fā)現(xiàn)障礙物。原理非常簡(jiǎn)單：如果馬達(dá)角度傳感器構(gòu)造運(yùn)轉(zhuǎn)，而齒輪不轉(zhuǎn)，說明你的機(jī)器已經(jīng)被障礙物給擋住了。此技術(shù)使用起來非常簡(jiǎn)單，而且非常有效；要求就是運(yùn)動(dòng)的輪子不能在地板上打滑（或者說打滑次數(shù)太多），否則你將無法檢測(cè)到障礙物。一個(gè)空轉(zhuǎn)的齒輪連接到馬達(dá)上就可以避免這個(gè)問題，這個(gè)輪子不是由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)而是通過裝置的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)它：在驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)的過程中，如果惰輪停止了，說明你碰到障礙物了。
根據(jù)材質(zhì)
霍耳式TURCK位移傳感器：它的測(cè)量原理是保持霍耳元件（見半導(dǎo)體磁敏元件）的激勵(lì)電流不變，并使其在一個(gè)梯度均勻的磁場(chǎng)中移動(dòng)，則所移動(dòng)的位移正比于輸出的霍耳電勢(shì)。磁場(chǎng)梯度越大，靈敏度越高；梯度變化越均勻，霍耳電勢(shì)與位移的關(guān)系越接近于線性。圖2中是三種產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的磁系統(tǒng)：a系統(tǒng)的線性范圍窄，位移Z=0時(shí)，霍耳電勢(shì)≠0；b系統(tǒng)當(dāng)Z<2毫米時(shí)具有良好的線性，Z=0時(shí)，霍耳電勢(shì)=0；c系統(tǒng)的靈敏度高，測(cè)量范圍小于1毫米。圖2中N、S分別表示正、負(fù)磁極。霍耳式TURCK位移傳感器的慣性小、頻響高、工作可靠、壽命長(zhǎng)，因此常用于將各種非電量轉(zhuǎn)換成位移后再進(jìn)行測(cè)量的場(chǎng)合。
光電式TURCK位移傳感器：它根據(jù)被測(cè)對(duì)象阻擋光通量的多少來測(cè)量對(duì)象的位移或幾何尺寸。特點(diǎn)是屬于非接觸式測(cè)量，并可進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。光電式TURCK位移傳感器常用于連續(xù)測(cè)量線材直徑或在帶材邊緣位置控制系統(tǒng)中用作邊緣位置傳感器。
