武汉理工大学检测技术课件Chapter5.ppt

(4).金属应变计 金属应变计有: 1、丝式 2、箔式 3、薄膜式 优点:稳定性和温度特性好. 缺点:灵敏度系数小. (5).半导体应变计 优点：应变灵敏度大;体积小;能制成具有一定应变电阻的元件. 缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。 应变片受力后，电阻的变化dR 对于圆形截面积的导线，若其直径为D，则 半导体霍尔元件的结构 半导体磁敏电阻 半导体磁敏电阻的结构(蛇形元件) 利用磁场造成的电流偏转使元件阻抗增加这种特点制成的双端磁敏传感器。 磁性体磁敏电阻 利用强磁材料的磁场异向性制成的磁敏元件。 磁性体磁敏电阻的结构 电磁感应型磁敏传感器 原理： 范围： 法拉第电磁感应定律 只能检测交流磁场，不能检测直流磁场 电磁感应型磁敏传感器 2. 磁敏传感器的应用 电流计 磁感应开关 磁敏电位器 霍尔电动机 纸币及预付卡识别设 卡形电流计的结构 霍尔电动机的结构示意图 霍尔电动机等效电路 ▲ 5.8 传感器选用原则 选择传感器主要考虑灵敏度、线性范围、响应特性、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。 1. 灵敏度 一般说来，传感器灵敏度越高越好，但在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。 a)灵敏度过高引起的干扰问题； b)量程范围。 1. 可变磁阻式(自感型) 原理:电磁感应 W:线圈匝数； L1:软铁长度； μ1：软铁磁导率； μ0：空气磁导率 A1：铁芯导磁截面 A0：空气导磁截面 可变磁阻式传感器基本原理 1．线圈 2. 铁芯 3. 衔铁 (1).间隙变化型 间隙变化型可变磁阻式传感器结构 当μ0 、A0固定不变，改变δ时，L与δ呈非线形（双曲线）关系， L与δ的双曲线关系 传感器灵敏度： (2).面积变化型 面积变化型可变磁阻式传感器结构 当μ0 、 δ 固定不变，改变A0时，L与A0呈线形关系， 传感器灵敏度 L与A0的线形关系 =常数 (3).螺线管型 当其它参数不变，仅改变L1，使Rm变化，从而产生电感的变化。 (4).差动型 变间隙型差动变压器 输出特性 传感器灵敏度 2. 涡流式电感传感器 当金属板置于变化磁场中或者在磁场中运动时，在金属板中产生感应电流，这种电流在金属体内是闭合的，称为涡流。 涡流的大小与金属板的电阻率ρ、磁导率μ、厚度t，以及金属板与线圈距离、激励电流、角频率等参数有关。 涡流式电感传感器可分为 1）高频反射式 2）低频投射式 原线圈的等效阻抗Z变化： (1).高频反射式（集肤效应） 高频反射式涡流传感器 δ (2).低频透射式（互感原理） 低频透射式涡流传感器 e2随材料厚度增加变化的规律 4.涡流式传感器的应用 案例：位移、振幅、轴心轨迹的测量 径向振动的测量 构件振幅的测量 构件振型的测量 轴心轨迹的测量 其中，n为转轴的转速；f为脉冲频率；z为转轴上的槽数或齿数。 案例:转速的测量 案例： 测厚 案例： 零件计数 案例： 连续油管的椭圆度测量 Coiled Tube Eddy Sensor Reference Circle 原理： 案例： 无损探伤 原理 裂纹检测，缺陷造成涡流变化。 火车轮检测 油管检测 3. 变压器式--差动变压器 工作原理:互感现象. 应用: 厚度,角度,表面粗糙度;拉伸,压缩,垂直度; 压力,流量,液位;张力,重力,负荷量;扭矩, 应力,动力;气压,温度;振动,速度,加速度;等. 案例：板的厚度测量 ~ 案例：张力测量 ▲ 5.5 磁电传感器 1. 变换原理 磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应电动势的一种转换器。 感应线圈的感应电动势e为 磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，改变其中一个因素，都会改变线圈的感应电动势。 2. 分类 磁电式 动圈式 磁阻式 线速度型 角速度型 N 3. 动圈式传感器 l:每匝线圈的平均长度；B:线圈所在磁场的磁感应强度； A:每匝线圈的截面积；θ :线圈运动方向与磁场方向的夹角； k:传感器的结构系数。 4. 磁阻式传感器 5. 磁电传感器的应用 测速电机 磁电式测速传感器 测频数 测转速 偏心测量 振动测量 ▲ 5.6 压电传感器 1. 变换原理 某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。 压电效应 式中，q为电荷[量]；D为压电常数，与材质及切片方向有关；F为作用力。 q=DF