按其使用的传感器测量原理可分为电感式、压电式、感应式轮廓仪等。

1．电感式轮廓仪

电感式轮廓仪所使用的传感器在原理上与电感式测微仪的传感器相同，图4.2.5为其结构示意图。传感器在驱动箱的拖动下，其触针随工件表面起伏而上下运动，通过测杆带动磁芯在线圈中上下运动，从而改变线圈的电感量，使电桥输出与触针位移成正比的调幅信号。这种电感轮廓仪的优点是精度高，信噪比大，传感器的滑行速度可根据需要选择。缺点如下：

①调整麻烦。由于传感器的两个线圈接入测量电桥，所以仪器只能在电桥平衡位置工作，否则信号将超出仪器的工作范围。因此触针对工件的初始位置必须精确调整。另外，传感器水平运动方向应与工件表面平行，测曲面时传感器的运动轨迹应与曲面相符二这些都需要通过调整达到。

②电路复杂。电桥要求专门的振荡电源供电，还要对调幅信号进行解调，因此整个电路环节较多。

③传感器的电阻、磁滞、涡流损耗等会造成较大的零点残压，影响进一步提高传感器的精度。

2．压电式轮廓仪

使用压电式传感器的轮廓仪称为压电式轮廓仪，压电传感器的原理是将微小的不断变化的尺寸参数转换成压电晶体表面的电荷变化。压电晶体是一种具有压电效应的晶体。当它沿一定方向受外力而变形时，其表面就会产生电荷；当外力去掉后，晶体重新回到不带电状态。在几何量测量中，常用压电陶瓷做压电晶体的材料，其中以错钦酸铅和妮镁酸铅的机械加工性能较好，受温度变化影响小，性能稳定，不易潮解；但压电陶瓷是一种绝缘体，所以需要在它两面烧渗银电极，并经极化处理后才有压电效应。所谓极化处理就是在100～170℃温度下，对两个银电极表面加以1～4kV/mm高压电场，经几小时后使陶瓷内部晶格排列趋向极化。垂直极化面(即烧渗银电极的面)或平行极化面对陶瓷施加压力时，两极化面上就会出现正负电荷，并通过银电极引出。如图4.2.6所示。压电晶体受力后输出的电压是很小的，必须经过放大器放大，放大器相当于一个电阻R，当力F为定值时，极化面上的电荷就会通过R放电，并按指数曲线下降而逐渐消失。输出电压将按同样规律变化。所以用压电晶体制成的传感器不适合测量恒定参数，而适合测量不断变化的参数，且要求被测参数变化的角频率。满足1/ω<<RC，这样才可忽略放电的影响。同时要求放大器的阻抗(R)足够大，以减小放电对测量的影响。

图4.2.5 电感式传感器的结构示意图

图4.2.6 极化面对陶瓷施压

图4.2.7为压电式传感器的结构示意图。传感器由驱动箱拖动，其触针在工件表面以恒速滑行。表面的起伏使触针上下运动，通过针杆使压电晶体发生压力变化。于是，在晶体极化面上产生电荷，由引线引出的便是与触针位移成正比的电信号。

图4.2.7 压电式传感器的结构示意图

图4.2.8(a)为压电式传感器的实际结构。金刚石触针I靠自重及簧片3的作用力与工件表面接触，在驱动箱的拖动下随工作表面起伏而上下运动，通过与触针固连的杠杆2将运动传递给压电晶体6，它是由两片经极化处理后的错钦酸铅压电陶瓷用导电银胶黏在一起的。黏合时应注意把B-B面(或A-A面)对接，如图4.2.8(c)所示。压电晶体片6的尾部黏一块有机玻璃制成的夹片8，插在摩擦片9的槽内，槽内充满黏滞性很强的硅油(图4.2.8(b))。当触针上下快速运动时，便通过针杆2把运动传给压电晶体6和夹片8。由于硅油黏滞性很强，所以液体摩擦很大，可认为夹片8被夹紧在摩擦片9的槽内，这时的压电晶体片6相当于一根悬臂梁。触针1向上，悬臂梁则向上弯曲，晶体片6的上片受压缩而变短，下片则受到拉伸而变长，于是在两片的A极化面上产生电荷，其极性正好相反；当触针向下运动时、各极化面产生的电荷的极性也要改变；如果把每一片压电片看成一个电容量为C的电容器，则两片的总电容应等于它们串接后的电容量C/2，总电荷仍为Q。因此正、负引线间的电压等于两片压电陶瓷各自产生的电压之和。

图4.2.8 压电式传感器实际结构
1.触针；2针杆：3.簧片；4.导流丝；5.弓形簧片：6.压电晶体；
7.导电片：8.夹片；9.摩擦片；10外壳；11.插头；12.导电电杆

相关链接：电动轮廓仪的用途及工作原理

文章来源：《计量器使用与维护》

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