机械工程测试技术基础3-2.ppt

第三章、常用传感器;3.3 电感式传感器;可变磁阻式传感器的结构，它由线圈、铁芯及衔铁组成。在铁芯和衔铁之间有空气隙δ。根据电磁感应定律，当线圈(匝数W)中通以电流i时，产生磁通φm，其大小与电流 i成正比，即 根据磁路欧姆定律，磁通 φm为 所以线圈电感(自感)可用下式计算 :;磁路总磁阻:;当固定S0不变， 变化δ时， L 与δ呈非线性 （双曲线）关系， 传感器的灵敏度为 ;灵敏度S与气隙长度的平方成反比，δ愈小，灵敏度愈高。由于S不是常数，故会出现非线性误差，为了减小这一误差，通常规定δ在较小的范围内工作。 例如，若间隙变化范围为（ δ0, δ0+Δδ ），则灵敏度为 由上式可以看出，当Δδ ?δ0时 ;由上式可以看出，当Δδ ?δ0时 输出与输入近似成线性关系。 实际应用中，一般取 Δδ/ δ0 ≤0.1 这种传感器适用于较小位移的测量，一般约为0.001～1 mm。 ;如将δ固定，变化空气隙导磁截面积S0时，自感L与S0呈线性关系如下图所示。 ;几种常用可变磁阻式传感器的典型结构有:可变导磁面积型、差动型、单螺管线圈型、双螺管线圈差动型。 ;双螺管线圈差动型，较之单螺管线圈型有较高灵敏度及线性，被用于电感测微计上，其测量范围为0～300μm，最小分辨力为0.5μm。 这种传感器的线圈接于电桥上，构成两个桥臂，线圈电感L1、L2随铁芯位移而变化，其输出特性如下图所示。 ;;电感式接近传感器（金属）;教学用低成本四线制无二次仪表传感器;（2） 涡流式 ;涡流式传感器的变换原理:涡电流效应; 涡流式传感器可分为高频反射式和低频透射式两种。 ;高频反射式涡流传感器;低频透射涡流式传感器; 涡流式传感器的应用: 涡流式电感传感器主要用于位移、振动、转速、距离、厚度等参数的测量。;3.3 电感式传感器;3.3 电感式传感器;产品：;案例：连续油管的椭圆度测量;案例：无损探伤;2 互感型--差动变压器 工作原理:互感现象;Ew;W; 由于两个次级线圈极性反接，因此，传感器的输出电压为两者之差，即ey=e1-e2。活动衔铁能改变线圈之间的藕合程度。输出ey的大小随活动衔铁的位置而变。当活动衔铁的位置居中时，e1=e2，ey=0；当活动衔铁向上移时，e1e2，ey0；当活动衔铁向下移时，e1e2，ey0。活动衔铁的位置往复变化，其输出电压也随之变化。 ;值得注意的是：首先，差动变压器式传感器输出的电压是交流量，如用交流电压表指示，则输出值只能反应铁芯位移的大小，而不能反应移动的方向；其次，交流电压输出存在一定的零点残余电压，零点残余电压是由于两个次级线圈的结构不对称，以及初级线圈铜损电阻、铁磁材质不均匀、线圈间分布电容等原因所形成的。所以，即使活动衔铁位于中间位置时，输出也不为零。 鉴于这些原因，差动变压器式传感器的后接电路应采用既能反应铁芯位移极性，又能补偿零点残余电压的差动相敏检波直流输出电路。 ;差动相敏检波电路;差动变压器位移传感器 ;案例：板的厚度测量;案例：张力测量;差动变压器式微位移测量头;这种传感器经分挡可测量?4?104?6?104Pa的压力，精度为1.5?。;利用差动变压器加上悬臂梁弹性支承可以构成振动测量加速度计，如图所示。由于结构上的限制，该加速度计能测量的振动频率上限一般在150Hz以下。;第三章、常用传感器;3.4 电容式传感器 ;电容式传感器的类型: 根据电容器参数变化的特性，电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型和介质变化型三种，其中极距变化型和面积变化型应用较广。;3.4 电容式传感器 ;;极距变化型电容传感器的特点 优点:1)动态非接触测量; 2)灵敏度高,适用于较小位移测量(0.01μm—数百微米） 缺点：传感器的杂散电容对灵敏度和测量精度有影响，后续电子线路要求较高。 ;3.4 电容式传感器 ;3.4 电容式传感器 ;b)面积变化型;角位移型;;;平面线位移型;对于平面线位移型电容式传感器，当宽度为b的动板沿箭头x方向移动时，覆盖面积变化，电容量也随之变化，电容量为 变换关系:ΔX→ΔC 其灵敏度为 ;柱面线位移型.;对于圆柱线位移型电容式传感器，当覆盖长度x变化时，电容量也随之变化，其电容为 r1、r2——外圆筒内半径与内圆筒外半径， x——外圆筒与内圆筒覆盖部分长度 其灵敏度为 ;面积变化型电容传感器无论是角位移型、平面线位移型、柱面线位移型 特点：输出与输入成线性关系，但与极距变化型电容式传感器相比，灵敏度较低，适用于较大量程范围的角位移和直线位移的测量。;产品.;c) 介质变化型;这种传感器大多用于测量电介质的厚度(图a)、位移(图b)、液位(图c)，还可根据极板间介质的介电常数随温度、湿度、容量改变而改变来测量