工业仪表第二章节.ppt

工作原理： 对线圈l通以直流电流，所产生的磁通量沿内轴一气隙—外壳形成封闭回路。 内轴与外壳相对运动时，两边气隙中的线圈切割磁力线而使线圈中产生感应电势，因两边气隙中磁通量方向相反，故左右两边线圈所产生的感应电势方向相反。 如作反向串接．则两边的感应电势相互相加而提高其灵敏度。 输出感应电势与内轴和外壳相对运动速度成正比。因此，可用输出电势来测量相对运动速度。 中心细轴l由片状弹簧2支承在外壳6上，可以作左右直线移动，轴上安装有感应线圈4。永久磁铁3固定在外壳6上，与外壳形成封闭回路，留有一工作气隙。线圈4处于此工作气隙中。 2.3.2 压电式传感器 2.3.2.1 工作原理 正压电效应：沿一定方向对某些晶体电介质材料施加外力使之变形时，其表面将产生电荷，外力去除后，介质表面又回到不带电的状态。 逆压电效应：对电介质表面施以电场，则介质将产生机械变形。 压电效应具有极性! 若外加作用力由压力变为拉力，则介质表面上所产生的电荷的符号相应改变。 压电材料：具有压电效应的材料： 压电晶体―天然的单晶体，如天然石英晶体等； 压电陶瓷―人工制造的多晶体，如钛酸钡、锆钛酸铅(简称PZT)等； 压电薄膜:用有机聚合物的铁电体加工出―具有柔性的薄膜压电材料，常用的有聚偏氟乙烯(PVF2)等，它适用于特殊表面形状上的测力处，是一种很有前途的压电材料。 性能稳定，机械性能好 灵敏度较高 2.3.2.2 压电传感器 两片压电晶体片对放(以提高传感器灵敏度) 。被测力作用在弹性顶盖上，直接传递到压电片上，压电片受力变形产生电荷，由引线输出。所输出的电荷大小反映作用力的数值。 图2-19 压电力传感器 内部含有分别敏感三个方向力的压电片，排列(a)所示。每一方向敏感压电片均为二片。为分别敏感三个方向的分力，三组压电片利用了两种不同的压电效应： 横向或纵向压电效应：感受z方向正压力； 剪切压电效应：感受x和y方向的侧向压力。 三对压电片的电荷输出分别反映三个方向的力分量。 图2-20 三向压电力传感器 2.4 光导纤维传感元件 2.4.1定义及特点 光纤是用玻璃、石英、塑料等光透射率高的电介质制作的极细纤维，在近红外线至可见光范围内传输损耗非常小，是极为理想的传输线路。 光导纤维传送信息的特点： 低衰减、柔性好、信息量大、频带宽以及不受外界干扰、防水性、绝缘性、尺寸小、质量轻、节省贵重金属、成本低。 2.4.2 光纤结构 中心部分(纤芯)之外覆盖一层折射率比它稍低的介质(包层) 。 被测光在光纤断面的入射角小于临界角时，光线在界面上产生全反射，并沿光纤轴向传播。 图2-21 光导纤维原理结构 2.4.3 光纤传感器类型利用光纤制造的传感元件的类型： 传输型光纤传感元件：利用光纤的低损耗传输功能； 传感型光纤元件：利用光纤本身特性受被测参数影响发生变化，如其中光波的强度、相位、偏振面或频率，通过测量光纤中光波的这些特性参数，来感知被测量大小。以此原理制成的传感元件为传感性光纤元件。 2.4.4 反射式 光源发出的光沿光纤传输，在传感元件上有一反射面将此光束反射至接收光纤，再将之传输至接收器后加以处理，由显示器读出读数。 工作时，传感元件的反射表面角度随被测参数变化，使接收光纤所接受的光通量改变，显示器显示光通量变化，即反映出被测参数的变化。 据此原理可做成反映位移变化或可转化成位移变化参数的传感器。 2.4.5 吸收式 由光源发射的光经敏感元件二次反射后由接收光纤送到接收器处理后作显示。 工作时，敏感元件材料对光的吸收率随被测参数变化，而使显示值发生变化。 用此原理制成的光纤温度传感器：用半导体砷化钾作敏感元件，其光吸收率随温度而变化。 2.4.6 调制式 光源发出的光经半透明反分光镜分光后，一束由参考光纤传输，另一束由敏感光纤传输，两束光均送入接收器，经比较后，显示器显示出其差异值。 参考光纤不发生变化，敏感光纤受被测参数作用而产生传输特性变化，使通过光波的有关参数(光强、相位、偏振面、频率)发生变化，将此变化的光波与末变化的参考光波相比较后作出显示，反映被测参量的数值。 用此原理可做成测量压力、水声、振动、温度以及大电流测量的传感器。 问题： 反射式、吸收式和调制式光纤传感器的工作原理有何不同？ 2.5 智能传感器 2.5.1 智能传感器的概念 传感器(通过信号调理电路)与微处理器赋予足够的智能结合，并兼有信息检测与信息处理功能的传感器。 说明：不是简单的将传感器和微处理机集成在一块芯片上。 智能传感器的主要功能 自校零、自标定、自校正功能； 自动补偿功能； 自动采集数据，并对数据进行预处理； 自动进行检验、自选量程、自寻故障； 数据存储、记忆与信息处理功能； 双向通讯、标准化数字输出或者符号输出功能； 判断、决策处理