机械量检测技术及仪表

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1、7机械量检测技术及仪表《过程检测技术及仪表》内容安排：7.1概述7.2位移检测仪表7.3厚度检测仪表7.4力、应力与力矩检测仪表7.5转速检测仪表7.6转矩检测仪表7.7振动与加速度检测仪表7.1概述机械量检测主要涉及物体形状和运动状态的测量。在机械量测量中无不与力有关，力的测量具有普遍性，但直接测力是困难的，目前都是采用间接的方法测量。可进行机械量测量的传感器有多种，如电阻应变式、电容式、电感式、霍尔式、磁电式、压电式、压磁式、超声波式和光电式等。各种机械量测量可采用的测量原理见表7-1。机械量检测所涉及的理论和技术内容广泛，形式多样；与

2、机械量检测相关的仪表种类繁多且与新材料新技术同步发展。工业过程参数检测中涉及的机械量检测技术及仪表在整个机械量检测技术中的重要性正在受到普遍重视，相关的技术和应用正在向工业生产的各个领域渗透。7.2位移检测仪表位移是指物体或其某一部分的位置对参考点产生的偏移量。位移的形式可以是直线位移或角位移。7.2.1电容式位移检测方法电容式位移测量系统以平板电容器作为传感元件。在实际使用时，应充分考虑分布电容、非线性及干扰等因素对测量的影响。电容式传感器按工作原理可分为变极距型、变面积型和变介电常数型三类。在位移测量系统中常采用变极距型电容式传感器。图

3、7-1（a）中，一个电极为固定电极，另一个电极为可动电极，它与被测物体相连；图7-1(b)为差动电容式位移检测结构，图7-1(c)为与之配套的信号调理电路——变压器电桥电路。电容式轴位移测量系统如图7-2所示。其中包括了轴向位移和径向位移两套测量装置。利用先进的IC制造技术可以制作超小型电容式位移传感器。图7-3为电容耦合型位移传感器结构图。可动电极与固定驱动电板的电容量耦合，耦合容量随可动电极的位置变化而改变。相邻两固定电极上施加幅度相同相位差为90°的正弦波电压，这时可动电极的感应电压的相位是固定电极排列方向上位移x的函数，因此通过检测

4、相位即可求得位移。7.2.2电涡流式位移检测方法7.2.2.1工作原理电涡流传感器是基于涡流效应工作的。如果导体的磁导率及线圈激励电流强度和频率等参数恒定不变，则可把线圈的电抗看成是线圈与金属导体间距离的单值函数，即二者之间成比例关系。这样，根据涡流的大小即可测量出线圈与金属导体间的距离。电涡流传感器根据激励电流频率的高低可分为高频反射式电涡流传感器和低频透射式电涡流传感器两类。目前，高频反射式电涡流传感器应用比较多，上面介绍的就是这一种。7.2.2.2测量系统传感器线圈由铂金属丝平绕在固定支架上，并采用不锈钢壳体和耐腐蚀的材料封装而成。石

5、英晶体振荡器用于产生一个频率和幅值都固定的高频信号，这一信号经固定电阻R加到由传感器线圈L和固定电容C组成的并联回路上。这样，并联回路的阻抗就会随着轴与传感器线圈之间的距离x的变化而变化。7.2.2.3应用问题⑴测量系统各部分之间必须互相匹配⑵探头的安装问题①多个探头间的相互影响②探头安装位置的确定③探头的固定④探头与电缆的连接⑤接地⑶轴的材质对测量的影响7.2.3光纤式位移检测方法图(a)是光纤位移检测原理图。光源经多股发射光缆传到被测物体表面，光纤端口处光线呈圆锥状扩散，照射到物体表面后被反射，反射光的一部分再经多股接收光缆传到光敏元件

6、。接受光范围同样是圆锥状，所以照射光圆锥与接收光圆锥相重叠部分的光线强度将被检测输出。随着被测物体的位移变化，重叠部分的光强也发生变化，根据光强信号就可以检测位移。为了增加反射光强度，应增加发射和接收光纤数量，故对发射和接收光纤采取如图(b)所示的各种模式组合方式。改变组合模式，可以调整检测范围和灵敏度，如图(c)所示。7.2.4光栅式位移检测方法如图7-9所示为透射式直线光栅原理图，它由随测量位移(或长度)移动的滑尺(主光栅)和不动的定尺(指示光栅)组成。在光源和透镜组成的光学系统照射下，因定、滑尺的线纹间有微小的夹角θ，当栅节距较光波长

7、大得多的情况下，由于线纹的遮挡作用产生明暗相间的条纹——莫尔条纹，当滑尺沿刻线的垂直方向与定尺作相对移动时，每移过一个栅距W，莫尔条纹的亮区和暗区交替一次，在图示的固定位置设置光电元件S1时，其所输出的电信号将变化一周，因此可以利用此电信号的交变数来反映位移的大小(光栅节距W的倍数)。7.3厚度检测仪表厚度测量属于长度测量范畴，应用广泛。常用的厚度测量仪表有电感式，射线式、超声波式、高频涡流式和微波式等。7.3.1滚轮接触式电感厚度仪由一个活动滚轮和一个固定滚轮组成滚轮组。被测物体的厚度变化会引起活动滚轮的径向位移，从而引起电感传感器的电感

8、量发生变化，通过测量电感量即可求得被测物体的厚度。7.3.2射线式厚度仪射线穿过被测物体后，射线的衰减程度与被测物体的厚度有关，这就是射线式厚度仪的测量原理。7.3.3超声波测厚