常用机械量测试方法与系统组成要点.ppt

转速检测 1、离心力检测法 一个经典的自动控制模型 瓦特的飞球调节器控制蒸汽机转速 转速检测 2、光电码盘转速检测 绝对光电码盘和增量光电码盘 绝对光电码盘是把旋转轴的旋转角度用二进制编码输出，它可以检测绝对角度，而且有外部干扰或电源断电事故发生后恢复正常时，可以立即准确检测位置信息，但缺点是结构复杂，成本高，并需要用阵列光电元件检测来自各位的脉冲信号。 增量光电码盘是随旋转轴的旋转角度输出一列连续脉冲波的码盘，通过累计脉冲个数测量旋转角，一般使用一个透射型光电藕合器只检测转速，而不能检测转轴的绝对转角和转向。 增量光电码盘在工业应用的数量上远比绝对码盘多。 转速检测 转速检测 转速检测 力的检测 力的检测方法 弹性体受力作用时将发生弹性形变，检测弹性体变形可求得力的大小。力矩是通过测量弹性体的扭转变形而求得的。 测量位移的检测方法是检测力、力矩的基础。 测力计 力的检测 1、金属应变元件 金属电阻丝的电阻R取决于金属材料的电阻率、长度和截面积。 在拉伸力的作用下，金属丝被拉长，截面积缩小，导致电阻率也发生变化。(忽略弹性形变影响) 电阻应变片的两种结构： a, 把金属丝贴在塑料薄膜基板上 b, 在基板上加工薄膜电阻 力的检测 2、半导体应变元件 半导体应变元件基于半导体压阻效应，它的特点是单位应变的电阻率变化很大。 半导体应变片反应灵敏，体积小，被广泛应用在压力传感器上。它的缺点是温度依赖性大，需要温度补偿电路，而且价格比较高。所以金属应变片仍然在被广泛使用。 力的检测 3、压电效应 有些结晶材料(如石英SiO2等)、陶瓷材料(如铁铁酸铅PZT等)以及高分丁材料(如聚二氟乙烯PVDF)等在压力作用下，内部分子的极化情况发生变化，使材料表面带电荷，称为压电效应。 但这些表面电荷会很快与环境中的杂散电荷或材料内部自由电荷中和，呈电中性，因此压电效应不能用来检测恒定压力。因为电荷中和时间远远大于在压力作用下的极化变化时间，所以它可以响应动态压力，用于加速度与振动检测中。 力的测量 （四）压磁式力传感器 某些铁磁材料（如正磁致伸缩材料）受压缩时，其导磁率沿应力方向下降，而沿着与应力垂直的方向则增加。材料受拉时，导磁率变化正好相反。 三、空间力系测量装置 一般空间力系包括三个互相垂直的分力和三个互相垂直的力矩分量。对未知作用方向的作用力，如需完全测定它，也需按空间力系来处理。 在空间力系测量工作中，巧妙地设计受力的弹性元件和布置应变片或选择压电晶体片的敏感方向是成功的关键。 力的测量 力的测量 零应力点 零应力点 h r 当八角环的h/r较小时（h—环的厚度，r—环的平均半径），零应变点在39.6o附近。随h/r比值的增大此角度也增大；当h/r＝0.4时，零应变点在45o处，故一般八角环的一部分应变片贴在45°处 力的测量 力的测量 力的测量 力的测量 四、动态测力装置的使用特点 动态测力装置除了在灵敏度、线性误差、频率范围等方面应满足预定要求外，使用时还应考虑动力学方面的一些特点。 （一）动态测力装置的动态误差 在一般情况下，由于上述三方面的原因，测力弹性元件的弹性力（或弹性变形）和被测力总有幅值和相位的差异。因此在实际使用条件下，在整个工作频率范围内进行全面的定度和校准是一件必不可少的工作。 此外，从图8-13中可以看到，如果能测出阻尼 力Fc和惯性力Fm，将它们与Fk相加，就可以得出实际作用力F来，从而消除了测量的方法误差。由于Fk、Fc和Fm分别和测力装置的位移、速度和加速度成正比，但方向相反，若用一个质量甚小的加速度计来测量测力装置的加速度，用微分电路由弹性位移信号求得速度信号，然后用运算放大器将这两项信号按适当比例加进位移信号中，对Fk进行补偿，便可得到实际作用力F，消除了测量方法误差。 扭矩的测量 一、通过转轴应变或应力来测量扭矩 在这种测量方法中，最常采用的是应变式扭矩传感器、在转轴的适当部位按图8-14粘贴四片应变片，作全桥连接，便成为扭矩传感器。若能保证应变片粘贴位置准确、应变片特性匹配，则这种装置具有良好的温度补偿和消除弯曲应力、轴向应力影响的功能。粘贴后的应变片必须准确地与轴线成45°，应变片1和3、2和4应在同一直径的两端。采用应变花可以简化粘贴并易于获得准确的位置。为了把随轴旋转的应变片产生的信号送到固定的应变仪，或采用集流环（见图3－11），通过此旋转元件和静止元件（电刷）的接触，将信号传输出来；或采用发射器件和接收器件之间电磁场的耦合方式，无接触地将信号耦合到接收端。由于应 变片电阻的变化率本来就很小，因此要求集流环和电刷的接触电阻变化应很小，以免造成测量误差。 显