传感器与检测技术（第3版）：速度和加速度检测系统PPT教学课件.pptx

项目四速度和加速度检测系统

目录/Contents01认识速度传感器02压电传感器的应用

任务一认识速度传感器

知识目标通过熟悉各种速度传感器,了解速度传感器检测的一般原理和使用条件,掌握各种速度传感器的量程、精度等检测性能。技能目标通过实践操作和训练理解,初步认识磁电式速度传感器及其检测适应性,了解工业中常用的速度检测特点及位移传感器的基本选用原则。01认识速度传感器

测速发电机(tachogenerator)是一种检测机械转速的电磁装置。它能把机械转速变换成电压信号,其输出电压与输入的转速成正比关系,如图4-1所示。自动控制系统对测速发电机的要求,主要是精确度高、灵敏度高、可靠性好等,具体如下。(1)输出电压与转速保持良好的线性关系。(2)剩余电压(转速为零时的输出电压)要小。(3)输出电压的极性和相位能反映被测对象的转向。(4)温度变化对输出特性的影响小。(5)输出电压的斜率大,即转速变化所引起的输出电压的变化要大。(6)摩擦转矩和惯性要小。一、测速发电机传感器的要求

直流测速发电机实际上是一种微型直流发电机,按励磁方式可分为两种类型。图4-2所示为电磁式测速发电机原理,定子常为二极,励磁绕组由外部直流电源供电,通电时产生磁场。目前,我国生产的CD系列直流测速发电机为电磁式。永磁式测速发电机原理如图4-3所示。定子磁极由永久磁钢做成。二、直流测速发电机

永磁式直流测速发电机按其应用场合不同,可分为普通速度型和低速型两种。前者的工作转速一般在每分钟几千转以上,最高可达每分钟一万转以上;而后者一般在每分钟几百转以下,最低可达每分钟一转以下。由于低速测速发电机能和低速力矩电动机直接耦合,省去了中间笨重的齿轮传动装置,消除了由于齿轮间隙带来的误差,提高了系统的精度和刚度,因而在国防、科研和工业生产等各种精密自动化技术中得到了广泛应用。

1.电枢反应的影响当直流测速发电机带负载时,负载电流流经电枢,产生电枢反应的去磁作用,使电机气隙磁通减小。因此,在相同转速下,负载时电枢绕组的感应电动势比空载时电枢绕组的感应电动势小。负载电阻越小或转速越高,电枢电流就越大,电枢反应的去磁作用越强,气隙磁通减小的越多,输出电压下降越显著,致使输出特性向下弯曲,如图4-4中虚线所示。影响误差的因素

2.电刷接触电阻的影响测速发电机带负载时,由于电刷与换向器之间存在接触电阻,会产生电刷的接触压降,使输出电压降低。电刷接触电阻是非线性的,它与流过的电流密度有关。当电枢电流较小时,接触电阻大,接触压降也大;电枢电流较大时,接触电阻小。可见接触电阻与电流成反比。只有电枢电流较大,电流密度达到一定数值后,才可近似认为电刷接触压降是常数。考虑电刷接触压降的影响时,直流测速发电机的输出特性如图4-6所示。影响误差的因素

3.电刷位置的影响当直流测速发电机带负载运行时,若电刷没有严格地位于几何中性线上,会造成测速发电机正反转时输出电压不对称,即在相同的转速下,测速发电机正反向旋转时,输出电压不完全相等。这是因为当电刷偏离几何中性线一个不大的角度时,电枢反应的直轴分量磁通在一种转向下起着去磁作用,而在另一种转向下起着增磁作用。因此,在两种不同的转向下,尽管转速相同,但电枢绕组的感应电动势不相等,其输出电压也不相等。4.温度的影响电磁式直流测速发电机在实际工作时,由于周围环境温度的变化以及发电机本身发热(由发电机各种损耗引起),都会引起发电机中励磁绕组电阻的变化。当温度升高时,励磁绕组电阻增大。这时即使励磁电压保持不变,励磁电流也将减小,磁通也随之减小,导致电枢绕组的感应电动势和输出电压降低。铜的电阻温度系数约为0.004℃-1,即当温度每升高25℃,其电阻值相应增加10%。所以,温度的变化对电磁式直流测速发电机输出特性的影响是很大的。影响误差的因素

5.纹波的影响实际上直流测速发电机,在Φ和n为定值时,其输出电压并不是稳定的直流电压,而总是带有微弱的脉动,通常把这种脉动称为纹波。引起纹波的因素很多,主要由电机本身的固有结构及加工误差引起。电枢绕组的电动势是每条支路中电枢元件电动势的叠加。由于发电机中每个电枢元件的感应电动势是变化的,所以电枢电动势也不是恒定的,即存在纹波。增加每条支路中串联的元件数,可以减小纹波。但由于工艺所限,电机的槽数、元件数及换向片数不可能无限增加,所以输出电压不可避免要产生脉动。另外,由于电枢铁心有齿有槽,气隙不均匀,铁心材料的导磁性能各向相异等,也会使输出电压中纹波幅值上升。影响误差的因素

交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机两大类。同步测速发电机又分为永磁式、感应子式和脉冲式三种。由于同步测速发电机感应电动势的频率随转速变化,致使负载阻