第3章几何量传感器及应用.ppt

第3章 几何量传感器及应用 知识目标 通过本课题的学习，认识、了解检测几何量的传感器器件。了解它们的主要特点和性能。掌握电容式传感器工作原理，了解电容式传感器的基本结构、工作类型及它们各自的特点，了解电容式传感器的测量电路及其工作原理；掌握自感式和互感式电感传感器的工作原理，熟悉电感传感器的基本结构和工作特性，了解电感传感器的测量转换电路组成及其工作原理；掌握涡流效应的概念，了解涡流传感器结构、工作类型和测量电路原理；掌握超声波的概念，了解超声波的折射、反射特性，熟悉超声波探头结构，了解超声波探头产生、接收超声波原理。 技能目标 通过本课题的学习，要求掌握差动电容器工作方式，能根据不同测量物理量选择合适的工作类型，正确分析由电容器组成的检测系统，设计基本的电容器检测系统；掌握差动电感工作方式，能根据不同测量物理量选择合适的工作类型，正确分析由电感组成的检测系统工作原理，能设计基本的电感检测系统；掌握直探头、斜探头、双探头特性和使用方法，了解超声波探头耦合剂的作用和使用方法，灵活应用超声波探头对相应物理量进行检测。 3.1电位器式位移传感器 电位器式传感器具有一系列优点，如结构简单、尺寸小、重量轻、精度高、输出信号大、性能稳定。其缺点是要求输入能量大，电刷与电阻元件之间容易磨损。 电位器的种类很多，按其结构形式不同，可分为线绕式、薄膜式、光电式等；按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位器。目前常用的以单圈线绕电位器居多。 3.1.1?电位器位移传感器原理和基本结构 1.?电位器的转换原理 2.基本结构 由于测量领域的不同，电位器的结构不同，但是其基本结构是相近的。电位器通常都是由骨架、电阻元件及活动电刷组成 3.1.2??电位器传感器负载特性 3.1.3 电位器传感器的应用实例 1. 电位器式位移传感器 2.电位器式压力传感器 3.?电位器式加速度传感器 3.2 电容式几何量传感器 3.2.1 电容式传感器工作原理及类型 当被测参数变化使得式（3-6）中的A、d或发生变化时, 电容量C也随之变化。如果保持其中两个参数不变, 而仅改变其中一个参数, 就可把该参数的变化转换为电容量的变化, 通过测量电路就可转换为电量输出。因此, 电容式传感器工作方式可分为变极距式、变面积式和变介电常数式三种类型。 1 变极距式电容传感器 差动工作方式 2 变面积式电容传感器 差动式结构 3 变介电常数式电容传感器 3.2.2 电容式传感器的转换电路 1.交流电桥 2.调频电路 3.运算放大式电路 4,脉冲宽度调制电路 5.二极管双T型交流电桥 3.2.3 电容式传感器的的应用 1.电容式接近开关 2.电容式油量表 3.电容式差压传感器 4.电容测厚仪 3.3 电感式几何量传感器 3.3.1 自感式传感器 1. 基本工作原理 (1) 变气隙式（闭磁路式）自感传感器 （2）螺线管式（开磁路式）自感式传感器 2.自感式传感器的测量电路 (1) 变压器交流电桥 (2) 带相敏整流的交流电桥 相敏整流交流电桥输出特性 3.自感式传感器应用实例 (1) 自感式测厚仪 (2) 位移测量 3.3.2 差动变压器式传感器 1.基本工作原理 零点残余电动势 2.测量电路 (1) 差动整流电路 (2) 差动相敏检波电路 ②工作原理 3. 差动变压器式传感器应用实例 (1) 振动和加速度的测量 (2) 力和压力的测量 3.4 电涡流传感器 3.4.1 涡流效应 根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流, 该感应电流被称为电涡流或涡流，这种现象被称为涡流效应。 根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。按照电涡流在导体内的贯穿情况， 此传感器可分为高频反射式和低频透射式两类，但从基本工作原理上来说仍是相似的。 3.4.2 电涡流传感器的工作原理 3.4.3 电涡流传感器基本结构和类型 1. 电涡流传感器基本结构 2..电涡流传感器基本类型 ⑴高频反射式 ⑵低频透射式 3.4.4 测量电路 1..电桥电路 2.调幅式（AM）电路 3.调频（FM）式电路(100kHz~1MHz） 3.4.5 电涡流传感器的应用 1. 测量转速 2. 频透射式涡流厚度传感器 3.测位移 5. 电涡流探伤 3.5 超声波传感器 1. 超声波的概念和波形 机械振动在弹性介质内的传播称为波动，简称波。频率在20Hz～20kHz之间, 能为人耳所闻的机械波, 称为声波（可闻声波）； 低于20Hz的机械波, 称为次声波; 高于20kHz的机械波, 称为超声波。声波频率的界限划分如图3-64所示。 2．声速、波长与指向性 （1) 声速 纵波、横波及表面