机械常用传感器.ppt

一个电容测微仪其传感器的圆形极板半径r=4mm，工作初始间隙δ=0.3mm，问：1）工作时，如果传感器与工件的间隙变化量Δδ=±1μm时，电容变化量是多少？2）如果测量电路的灵敏度S1=100mV/pF，读数仪表的灵敏度S2=5格/mV，在Δδ=±1μm时，读数仪表的指示值变化多少格？例解：极距变化型电容传感器电容的变化量仪表的指示值变化为灵敏度？第25页,共57页，星期六，2024年，5月五、磁电式传感器一种将被测物理量转换为感应电动势的装置，又称电磁感应式或电动式传感器。由电磁感应定律可知，当穿过线圈的磁通Φ发生变化时，线圈中所感应产生的电动势磁通变化率与磁场强度、磁路磁阻、线圈的运动速度有关，改变其中一个因素，都可改变线圈的感应电动势。第26页,共57页，星期六，2024年，5月分类1、动圈式线速度型在永久磁铁产生的直流磁场内，线圈在磁场中作直线运动，切割磁力线，因此所产生的感应电动势说明当传感器的结构参数（B，l，N）选定，则感应电动势e的大小使正比于线圈的运动速度v。将测得的速度经微分和积分运算又可得加速度和位移，因此速度传感器又可用来测量运动物体的位移和加速度。第27页,共57页，星期六，2024年，5月可测量物体转速。角速度型线圈在磁场中转动时，产生的感应电动势说明当传感器的结构参数（N，B，A）选定时，感应电动势e与线圈相对于磁场的转动角速度成正比。第28页,共57页，星期六，2024年，5月动圈磁电式传感器等效电路导线电阻负载电阻线圈阻抗等效电路输出电压导线分布电容第29页,共57页，星期六，2024年，5月六、压电式传感器压电式传感器是一种可逆型换能器。机械能?电能：用来测量力、压力、加速度等；电能?机械能：用于高频振动台、超声发射器、扬声器。优点体积小；重量小；固有频率高（加速度传感器，可测频率范围0.1~20kHz)；灵敏度高（加速度传感器可测10-2～105m·s-2、力传感器分辨力达10-3N）。第30页,共57页，星期六，2024年，5月形式电轴机械轴光轴纵向压电效应：沿电轴X-X方向的作用力产生的压电效应。横向压电效应：将沿机械轴Y-Y方向的作用力产生的压电效应。切向效应：沿相对两平面加力。当沿光轴Z-Z方向作用有力时不产生压电效应。第31页,共57页，星期六，2024年，5月实验证明：压电效应呈线性。晶体表面出现的电荷的多少和形变的大小成正比，形变改变符号时，电荷也改变符号。说明石英晶体切片受x向压力，产生的电荷量与作用力成正比，与切片的几何尺寸无关；石英晶体切片受y向压力，产生的电荷量与切片的几何尺寸有关，且电荷的极性与沿x轴施加压力时产生的电荷极性相反。第32页,共57页，星期六，2024年，5月天然形成的石英晶体外形2、压电材料主要有压电单晶、压电陶瓷和有机压电薄膜三类。第33页,共57页，星期六，2024年，5月石英晶体薄片双面镀银并封装石英晶体切片及封装第34页,共57页，星期六，2024年，5月压电陶瓷未极化正极化极化后极化过程常用的有钛酸钡、锆钛酸铅等。利用强电场使陶瓷电畴规则排列，呈现压电性。极化电场去除后，电畴取向保持不变，常温下呈压电性。第35页,共57页，星期六，2024年，5月高分子压电薄膜第36页,共57页，星期六，2024年，5月测量电路前置放大器电路作用将传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出；放大传感器输出的微弱电信号。前置放大器电路的两种形式用电阻反馈的电压放大器，输出受连接电缆对地电容的影响。带电容反馈的电荷放大器。第37页,共57页，星期六，2024年，5月粘贴位置工程应用实例玻璃打碎报警装置将高分子压电测振薄膜粘贴在玻璃上，可以感受到玻璃破碎时会发出的振动，并将电压信号传送给集中报警系统。第38页,共57页，星期六，2024年，5月七、电阻应变式传感器可测参数：应变、力、位移、加速度、扭矩等。可分为金属电阻应变片式和半导体应变片式两类。（1）金属电阻应变片工作原理常用的金属电阻应变片有丝式、箔式两种。当应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。位移、力、力矩、加速度、压力弹性敏感元件应变第39页,共57页，星期六，2024年，5月金属丝电阻应变片金属丝式应变片是用0.01～0.05mm的金属丝绕成敏