感应同步器式位移检测.ppt

第2章 位移检测 适配教材《现代检测技术及应用》 李现明主编，高等教育出版社2012年第1版 从本章开始，依次阐述各种常见被测参数的检测技术。 基本阐述方法是首先对该被测参数的主要检测方法进行整体的、概要的介绍，然后择其一二进行较详细的阐述，以便兼顾教学内容宽度与深度的统一。 位移就是位置的移动量。物体或质点作直线运动时的位移称为线位移，作旋转运动时的位移称为角位移。 在自动检测技术领域，位移检测具有基础性： （1）位移是运动控制系统的基本参数； （2）位移是传感检测学科中很多被测参数的中间变量。很多被测参数可以通过先转换为位移、然后再通过一定的传感原理进一步将位移转换为电参数。 这种多级转换的策略，正是传感检测技术功能强大、魅力无穷的重要原因之一。 首先综述各种常用位移检测方法； 然后以： （1）差动变压器； （2）感应同步器； 为例，对相应的检测技术进行较深入的阐述。 2.1 常用位移检测方法 2.1.1 电阻式位移检测 所谓电阻式位移检测，就是将被测位移量转换为电阻参数的变化量、进而转化为电压等电信号输出，主要包括电位器式位移检测和电阻应变式位移检测两种具体方法。 电位器式位移传感器 原理：被测对象直接或通过传动机构带动电位器滑动触点移动，从而将被测位移转化为电阻的变化量。 参考指标：测量范围一般在几毫米至几百毫米，测量精度一般为±1%FS~±5%FS。 优点：输出信号大；误差不随被测量增大而增加。 缺点：由于金属触点的滑动，容易产生噪声、影响寿命，反应速度也较低。 注意：上述电位器式位移传感器的测量范围、精度等指标，都属于现阶段的参考性数据，它们不是一成不变的。这是因为在工作原理一定的前提下，传感器的性能还会随着材料、生产工艺的进步而不断提高。 以后在给出某类传感器技术指标时，皆指目前阶段的参考性数据。 电阻应变式位移检测方法 原理：核心元件是电阻应变片，它基于金属材料的应变效应。导体材料在受到力的作用时，产生机械变形，根据电阻定律，其阻值随之发生变化，这种现象称为电阻应变效应。 设导体材料由于受力的作用，在长度方向发生的相对变化量（称为纵向线应变）为ε 电阻应变式位移传感器的基本原理是首先借助某种机械结构，将被测位移转换为应变，再通过电阻应变片将应变转换成传感元件电阻值的变化，然后由转换电路将电阻值的变化变成电压信号、电流信号等电信号输出，从而完成位移量到电量一一对应的转换，实现位移量这种非电量的电测量。 优点：结构简单，能测微小位移； 缺点：易受温度、湿度、机械冲击的影响。 参考指标：测量范围可达100mm，测量精度一般为 ±0.1%FS~±0.5%FS。 2.1.2 电感式位移检测 原理：所谓电感式位移检测，就是将位移量输入转换为电感参数的变化量、进而转化为电信号输出。被测对象直接带动、或通过机械传动机构带动电感式传感装置中的可动部件移动，引起传感元件线圈自感的变化或互感的变化，通过测量电路将或转换为电压、电流等电信号输出，从而实现位移非电量的电测量。 分类：电感式位移传感器可分为自感型、互感型（差动变压器）和电涡流型三种类型，其中自感型位移传感器又分为变气隙式和螺旋管式两种结构形式。 变气隙式自感传感器 也称为变磁阻式自感传感器。 在变气隙自感式传感器中，铁芯、线圈、气隙组成闭合磁路。气隙参数的改变，引起磁路磁阻的改变，从而改变线圈自感的大小。气隙参数的改变可通过改变气隙长度和改变气隙截面积两种方式实现。传感器线圈又分单线圈和双线圈两种。 优点：结构简单、灵敏度高、输出功率大； 缺点：测量范围小、线性范围小、电磁引力大； 参考指标：测量范围一般为0~0.1mm，测量误差为±2%；螺旋管电感式位移传感器灵敏度高、测量精度高，但体积较大、响应速度低，其测量范围可达±125mm，测量误差一般为±（0.1~0.5）%。 电涡流位移传感器 是电涡流式传感器的一种。或者说，位移测量是电涡流传感原理的一种具体应用。 原理：金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，称之为电涡流，这种现象称为电涡流效应。如图2.2所示，一个通有交变电流的线圈，置于一块导电材料附近。由于交变电流的存在，在线圈周围就产生一个交变磁场，导电材料内便产生电涡流，电涡流也将产生一个新磁场，与方向相反，因而抵消部分原磁场，从而导致线圈的等效阻抗发生变化。 线圈与导电材料之间存在磁的联系。若把导电材料看成一个具有内阻的线圈，则图2.2可用图2.3所示的等效电路表示。M为互感参数，表征线圈与导电材料之间磁联系的强弱。 电涡流位移传感器又有阻抗变化式和电感变化式之分。 阻抗变化式线性好、不受非导电介质的影响，测量范围可达0~100mm，测量误差一般为±1%； 电感变化式测量范围可达0~1.5mm，测量误差一般为±2.5%。 差动变压器