机械量检测技术及仪表.ppt

光电码盘有绝对光电码盘与增量光电码盘之分。 如图7-22(a)所示的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；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，而不能检测转轴的绝对转角和转向。 增量光电码盘在工业中的应用远比绝对码盘多。为了使增量光电码盘也能检测转角及转向，可以采取图7-23所示的检测A，B和Z三个增量脉冲信号的办法。当只需检测转速时，选择带一个光电耦合器的单相输出增量码盘即可；若还要判别正负转向并控制转角位置时，则需要选择内部含三个光电耦合器的有三相输出的增量码盘。 7.6 转矩检测仪表 7.6.1力矩、转矩和扭转角 要想实现机械设备中运动部件转动状态和位置的精确控制，必须对设备中各部件的运动状态进行测量，转矩的测量是其中重要的组成部分。 图中的转轴看作刚体，力矩M为沿圆周切线方向的力F与转轴半径r的乘积 工程上，转轴被看作弹性体，作用在弹性转轴上的力矩被称作转动力矩，简称转矩。机械元件在转矩作用下都会产生一定程度的扭转变形，故转矩又称为扭矩。 当长度为l的转轴承受转矩M时，转轴的扭转角φ为： 7.6.2 转矩的测量 对于相对静止的转轴（一端固定，亦称扭力棒），转矩的测量一般采用在转轴表面粘贴应变片测剪切应变的方法。参考图7-24。 最大应变为 在确定了最大应变的方向后，在转轴表面沿该方向粘贴应变片，即可实现对转轴转矩的测量。 对于转动中的转轴，上述方法难以实现，目前应用最多的是扭转角测量法，如下图，两个全同调制轮与霍尔开关测转速系统分别安装在被测转轴的两端 。 在转矩为零时，两个传感器输出的信号是完全相同的，此时系统只有转速测量功能。当转矩不为零时，两个传感器输出的信号波形如图7-26所示 。 最终得到转矩计算公式为： 式中， 为常数，在理想情况下脉冲周期T也是常数，故只要测得时间差 即可由上式求得转轴的转矩M。 7.6.3 转矩的测量误差 在理想情况下，两个霍尔开关输出信号均为周期信号，对转矩M的测量精度产生影响的只有两个时间的计时误差。即主要应考虑单片机的计时误差，单片机的工作频率越高，计时误差越小。 实际情况是非理想的。调制盘上Z个磁极的分布不可能是完全均匀的，存在误差；调制轮与霍尔开关的间隙的不均匀性也要引入误差；各个磁极磁感应强度的不均匀性以及设备振动等各种干扰的共同影响，最终使得两个霍尔开关的输出信号波形不可能是准确的周期信号，这也会导致误差。 7.6.4 微机扭矩仪 图7-27是国产JW-3型微机扭矩仪的主机部分，它是采用微电脑技术设计的一种具有一定智能的、测定各种动力设备和动力传输机械的扭矩、转速和功率的高精度电子仪器。 7.7 振动与加速度检测仪表 7.7.1振动与加速度检测原理 由牛顿运动方程可知，加速度和力是通过质量联系在一起的。如图7-27所示，可以将弹簧质量系统作为传感器，使之与被调系统直接连在一起。 当从系统框架外部施加振动位移或加速度时，根据弹簧质量系的固有角振动频率ω0 与支点的角振动频率ω的关系，检测支点与质量m 的相对位移 y，不仅可求出支点的位移变化（即振动），而且还可求出支点的加速度以及速度。 (1) 支点位移检测(ωω0的情况) 相对位移y的振幅y0与支点位移的振幅A大小相等、方向相反，这种振动检测称为位移检测。 (2) 支点加速度检测(ωω0的情况) 相对位移y的幅值与支点加速度 成比例变化，这种振动检测称为加速度检测。 * * * * * 7 机械量检测技术及仪表 《过程检测技术及仪表》 内容安排： 7.1 概述 7.2 位移检测仪表 7.3 厚度检测仪表 7.4 力、应力与力矩检测仪表 7.5 转速检测仪表 7.6 转矩检测仪表 7.7 振动与加速度检测仪表 7.1 概述 机械量检测主要涉及物体形状和运动状态的测量。 在机械量测量中无不与力有关，力的测量具有普遍性，但直接测力是困难的，目前都是采用间接的方法测量。 可进行机械量测量的传感器有多种，如电阻应变式、电容式、电感式、霍尔式、磁电式、压电式、压磁式、超声波式和光电式等。各种机械量测量可采用的测量原理见表7-1。 机械量检测所涉及的理论和技术内容广泛，形式多样；与机械量检测相关的仪表种类繁多且与新材料新技术同步发展。工业过