第6章位移及速度检测案例.ppt

第6章 位移及速度检测 位移及速度是描述物体运动的量，可将其称为运动量。 运动量是最基本的量，运动量测量是最基本、最常见的测量，它是许多物理量，如力、压力、振动等测量的前提。 位移分线位移和角位移。 速度分线速度和角速度。 6.1 电感式传感器 电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，导致线圈电感量改变来实现测量的。 电感式传感器的工作基础：电磁感应定律 6.1.1 电感式传感器的工作原理及分类 电感式传感器亦可称为自感式传感器或可变磁阻式传感器。 传感器由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料制成。 6.1.1 电感式传感器的工作原理及分类 工作原理：铁芯和衔铁之间有气隙，传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚度δ发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化，因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。 6.1.1 电感式传感器的工作原理及分类 上式中, Rm为磁路总磁阻。气隙很小，可以认为气隙中的磁场是均匀的。 若忽略磁路磁损， 则磁路总磁阻为 通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻， 即 6.1.1 电感式传感器的工作原理及分类 将以上各式联立，即得到： 上式表明：当线圈匝数为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻Rm的函数，改变δ或A0均可导致电感变化。 变磁阻式传感器可分为变气隙厚度δ(变间隙式)的传感器和变气隙截面积A0的传感器以及 同时改变δ和A0的电感传感器(螺管式)。 6.1.1 电感式传感器的工作原理及分类 电感式传感器的分类： 6.1.2 电感式传感器的输出特性 当衔铁处于初始位置时，初始电感量为 当衔铁上移Δδ时，传感器气隙减小Δδ，即δ=δ0-Δδ， 则此时输出电感为 6.1.2 电感式传感器的输出特性 当Δδ/δ01时，进行泰勒级数展开 可求得电感增量ΔL和初始电感L0的相对增量ΔL/L0的表达式，即 6.1.2 电感式传感器的输出特性 同理，当衔铁随被测体的初始位置向下移动Δδ时，有： 对上列等式作线性处理，可得： 6.1.2 电感式传感器的输出特性 结论： 变气隙型自感式传感器的灵敏度较高； 非线性严重，自由行程小，制造装配困难。 适用于测量微小位移场合。 6.1.2 电感式传感器的输出特性 二、变截面型电感传感器 保持磁导率μ和气隙长度l固定不变，只改变气隙有效截面积S，即以S作为传感器的输入量，可以制成变截面型自感式传感器，常用于角位移的测量。其结构原理如上图所示。 6.1.2 电感式传感器的输出特性 变截面型自感式传感器其转换关系是线性的；同时，其灵敏度K为常数。 变面积式传感器在忽略气隙磁通边缘效应的条件下，输出特性呈线性，因此可得到较大的线性范围。与变气隙式相比较，其灵敏度较低。 6.1.2 电感式传感器的输出特性 三、螺管式电感传感器 磁场分布不均匀，理论上分析较困难； 由实验可知输出为非线性关系,且灵敏度较低； 测量范围广； 结构简单，装配容易，且螺管可做得较长，故宜于测量较大的位移。 6.1.3 差动电感传感器原理 为了提高测量的灵敏度，减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变隙式电感传感器。 6.1.3 差动电感传感器原理 当衔铁向上移动时，线圈总的电感变化量ΔL 对上式进行线性处理，即忽略高次项得 6.1.3 差动电感传感器原理 灵敏度K为 从上列各式可以得到： 差动变间隙式自感传感器的灵敏度是单线圈式传感器的两倍。 单线圈是忽略 以上高次项，差动式是忽 略 以上高次项，因此差动式自感式传感 器线性度得到明显改善。 6.1.3 差动电感传感器原理 与单边式相比，差动电感传感器有如下优点： 1.灵敏度提高一倍； 2.具有温度自补偿作用，抗外磁场干扰 能力强； 3.电磁吸力相互抵消，线性度高。 ? 6.1.4 电感式位移计 一、轴向电感式位移计的结构 二、电感式位移计的测量电路 A、B两点的电位差即输出电压 1.衔铁处于中间位置时，输出电压为 2.衔铁向上移动时，输出电压为 3.衔铁向下移动时，输出电压为 6.1 电感式传感器 电感式传感器与其它传感器相比，具有以下特点： 结构简单，工作可靠，测量力小； 分辨率高，能测量0.1μm甚至更小的机械位移，能感受0.1角秒的微小角位移； 重复性好，线性度高。在一定位移范围内，输出线性度可达±0.1%，且比较稳定。 其主要缺点是存在零点残余电压，灵敏度、线性度和测量范围相互制约，传感器自身频率响应低，不适用于快速动态测