力敏材料与力传感器教学课件.ppt

2.相敏检波电路 下图是相敏检波电路图。图中，UX为电感传感器的输出信号，UR为参考电压，相敏检波电路起信号解调作用。当衔铁正位移时，仪表指针正向偏转，当衔铁负位移时，仪表指针反向偏转。因此，采用相敏检波整流电路，得到的输出信号既能反映位移大小，也能反映位移方向。 传感器的输出特性曲线图中，U0为零点残余电压，即当衔铁处于零点附近时存在的微小误差电压(零点几毫伏，有时可达数十毫伏)，这是由于差动变压器制作上的不对称以及铁心位置等因素所造成的，会给测量带来误差。 6.2 差动变压器 1．工作原理 差动变压器目前应用最广泛的是螺管式差动变压器在线框上绕有3组线圈，其中N1为输入线圈(称一次线圈)； N21和N22是两组完全对称的线圈(称二次线圈)，它们反向串联组成差动输出形式。 差动变压器等效电路图 差动变压器原理图 1-一次线圈 2-二次线圈 3-衔铁 4-测杆 2．测量电路 差动变压器输出的是交流电压，若用交流电压表测量，只能反映衔铁位移的大小，而不能反映移动方向。另外，其测量值中将包含零点残余电压。为了达到能辨别移动方向及消除零点残余电压的目的，实际测量时，常采用差动整流电路和相敏检波电路。 差动整流电路是把差动变压器的两个二次电压分别整流，然后将整流的电压或电流的差值作为输出。 差动整流电路 a)半波电压输出；b)半波电流输出；c)全波电压输出；d)全波电流输出 6.3 电感式传感器应用 （1）差动式压力变送器 (a)图是YST-1型差动压力变送器结构示意图。它适用于测量各种生产流程中液体、水蒸气及气体压力。当被测压力未导入膜盒时，膜盒无位移。这时，衔铁在差动线圈中间位置，因而输出电压为0。当被测压力从输入口导入膜盒时，膜盒中心产生的位移作用在测杆上，并带动衔铁向上移动，使差动变压器的二次线圈产生的感应电动势发生变化而有电压输出。（b）图是这种传感器的测量电路。220V交流电通过变压整流、滤波、稳压后，被VTl、VT2三极管组成的振荡器转变为6V、1000Hz的稳定交流电压，作为该传感器的激磁电压。 （2）加速度传感器 在汽车的电控防抱死(ABS)制动系统中，为了获得汽车的纵向或横向加速度的变化情况，通常在车身上安装加速度传感器。图3-46所示为差动变压器式加速度传感器的结构和工作原理图。汽车正常行驶时，差动变压器线圈内的铁心处于线圈中部，当汽车制动减速时，铁心受惯性力作用向前移动，从而使差动变压器线圈内的感应电压发生变化，以此作为输出信号来控制ABS系统的工作。 差动变压器式加速度传感器 1—差动变压器; 2—线圈；3—铁心；4—印制板；5—弹簧； 6—变压器油； 7—解调电路；8—振荡电路；9—电源电路 7. 转矩传感器 7.1 工作原理 把扭转轴连接在驱动源和负载之间，扭转轴就会产生扭转，所产生的扭转角可用下式表示，即 式中：L、D分别为扭转轴长和直径；T为扭矩；G为扭转轴材料的弯曲系数。 扭矩轴弹性元件 7.2 扭矩传感器 扭转轴发生扭转时，在相对于轴中心线45°方向上产生的应力和应变最大，从而将力加在旋转轴上。在扭转轴的表面贴上四个电阻应变片组成桥式电路，便可检测出压缩及拉伸力，即可测出扭矩的大小。 1．应变片式扭矩传感器 应变片式扭矩传感器工作原理图 振弦式传感器是频率式传感器的一种，是以被拉紧了的细弦作为敏感元件，能将力变换为频率。当细弦一端固定，另一端施加一变化的力时，弦的横向振动的固有频率也相应变化。振弦式转矩传感器的结构如图所示，将套筒1、2分别卡在被测轴的两个相邻面上，然后将振弦5与6分别安装在套筒上的支架3、4和3、4上，安装时必须使振弦具有一定的预应力。当被测轴转动传递转矩T时，轴产生扭转变形，致使其两相邻截面扭转一个角度，造成振弦5受到拉力，振弦6受到压力。在被测轴的弹性变形范围内，轴的扭转角与外加转矩T成正比，而振弦的张力又与扭转角成正比。与振弦式压力传感器一样，可以用测量传感器输出的差频信号来测量被测轴上所承受的转矩。 2．振弦式转矩传感器 1、2-套筒 3、4、3’、4’-支架； 5、6一振弦 振弦式转矩传感器 磁致伸缩式扭矩传感器的转换原理是磁致伸缩效应。采用铁磁材料制作的扭转轴在受到扭矩作用时，扭转轴中产生方向性应力，扭转轴表面在这种方向性应力的作用下，其表面的磁场分布会变得不对称，从而出现磁的各向异性。 3．磁致伸缩式扭矩传感器 磁致伸缩式扭矩传感器工作原理图 磁电式扭矩传感器是根据磁电转换和相位差原理制成的。它可以将转矩力学量转换成有一定相位差的电信号。