自动检测技术与仪表控制系统-机械量测量.ppt

8.机械量测量;;主要内容;一、电容式位移检测方法;变极距式;变面积式;二、电感式位移检测方法;虚线表示磁路，其中空气隙长度为2d，工作时衔铁与被测物相连，被测物的位移引起气隙的磁阻变化，从而使线圈的电感值发生变化，将线圈接入测量电路后，就可以将电感的变化转为电压、电流或频率的变化;为了提高灵敏度，减小非线性，采用差动接法，如图。;互感式—差动变压器式;光纤是用来传送光信号的; 光源的光经发送光缆的端面处呈圆锥状扩散，照射到物体表面；被测物体反射光的一部分经接受光缆传到光敏元件，照射光圆锥和发射光圆锥相重叠部分的光强将被检测出。光强随物体的位移的变化而变化; 数字式位移检测是利用栅格编码器长度或角度的变化直接转换成脉冲个数或二进制符号的方法。包括光栅标尺和磁栅标尺等多种方式。 ; 如图所示，当两光栅栅线不平行，相差微小角度θ时，在与栅线近似成直角的方向上有粗条纹产生，称为莫尔条纹。;8.3.转速检测;一、离心力检测法;二、光电码盘转速检测方法;光电耦合器分为反射型和透射型，如图。透射型的在发光和受光元件之间插入透光率不同的遮光片—透明玻璃上的黑色条码；对于反射型的在被测轴上设有反射记号（涂以白色的点或线），光源投入到反射记号处，光敏元件有光电流产生，在非光电处，反射率低，几乎没有反射光线，光敏元件不感光。这样光线每经过一次反射记号，光敏元件感光一次，发出一个电脉冲信号，对脉冲信号计数就可以测出轴的转速;光电码盘：透明玻璃上按一定的规律涂上黑白条码。分为绝对光码盘和增量光码盘。 绝对光码盘：把旋转轴的旋转角度用二进制编码输出。可检测绝对角度，断电恢复后可准确检测位置信息。;增量光码盘：随旋转轴的旋转角度输出一列连续脉冲波，累计脉冲的个数可测量转角。使用一个时只能检测转速，而不能检测转轴的绝对转角和转向，改进的三个可以检测转角和转向。;8.4.力的检测方法;一、概述;当被测力张紧一振动弦，该弦的固有频率将随被测力的大小而改变，测频率可知被测力 通过测量在被测力作用下某弹性元件的变形或位移来测得被测力 上述5种方法大部分用于静态力或缓慢变化的力的测量，而最后一种方法则可适用于静态力或数千频以下的动态力的测量，故应用十分广泛，仅介绍与之有关的方法。 常用的检测弹性元件变形的传感器有 金属应变片 半导体应变片 压电元件 压敏导电橡胶;原理：金属电阻丝的电阻R取决于金属材料的电阻率ρ、长度l和截面积S，有如下关系：;应变灵敏度K 表示单位应变的阻值变化;如图，一种是把金属丝贴在塑料薄膜基片上，在电阻丝上外加覆盖层；一种是在基板上加工箔片式薄膜电阻（采用光刻技术，均匀，阻值一致性好，传递应变性能好，常用）;随测量目的的不同而不同。利用应变片检测圆柱体所受压力或扭矩时，应变片的粘帖方法如图8-18所示。;工作原理：基于半导体的压阻效应—单晶半导体材料在沿某一轴向受外力作用时，其电阻率发生很大变化。 特点： 单位应变的电阻率变化（即灵敏度）很大，电阻率变化与应变量的关系如下：; 扩散硅半导体应变膜;定义：某些物质如石英、陶瓷等在受外力作用时不仅几何尺寸发生变化而且内部分子极化，使材料表面带电荷的现象 特点：表面电荷很快被材料内部的自由电荷或环境中的杂散电荷中和掉，呈电中性。故不能测恒压力，可响应动态压力，还可用于加速度与振动的测试。环境温度的变化和压电材料本身的时效，都会引起压电常数的变化，导致传感器灵敏度的变化，故需经常校准。 逆压电效应：将压电材料置于电场中，其几何尺寸也会发生变化，即机械变形。因此可对其施加交流电做振动源，如高频振动台和扬声器等。;四、压敏导电橡胶;; 能够检测位移和速度的检测原理都可以用于加速度与振动检测。以弹簧质量系惯性检测法为基础，类型包括应变片转换法、压电转换法、动电转换法、涡电流非接触法、可变电容法、差动变压器法等。;设检测系统外壳与质量 m之间的相对位移为y，支点位移为z=Asinω t，那么质量m的绝对位移x为：;此式说明支点位移为; (1)支点位移检测(ωω0 的情况) 固有角振动频率ω0 比支点的角频率ω小。代入解中，得：;二、动电型振动检测方法;应变片悬臂梁检测加速度：由悬臂梁、质量块和基座组成。基座固定在振动体上，悬臂梁相当于惯性系统中的“弹簧”，工作时，梁的应变与质量相对于基座的位移成正比，且与振动体的加速度成正比，应变片把应变变为电阻的变化，再通过电桥转为电压输出，可测得振动加速度和振动频率。;三、微机械加速度传感元件;作业：P143 8-3 8-4 8-6 8-7