自动检测技术与仪表控制系统机械量测量课件.ppt

《自动检测技术与仪表控制系统机械量测量课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、主要内容模拟式位移检测--电容式位移检测方法、电感式位移检测方法、差动变压器式位移检测方法、光纤位移检测方法光学数字式位移检测--光栅标尺、莫尔条纹标尺转速检测--离心力检测法、光电码盘转速检测法力的检测方法—金属应变元件、半导体应变元件、压电效应、压敏导电橡胶加速度与振动检测—加速度检测原理、动电型振动检测方法、微机械加速度传感元件一、电容式位移检测方法8.1.模拟式位移检测原理：平行板电容器的电容值为其中S(㎡)(=ab)为平行板电极面积，d(m)为电极间的距离，ε为介电常数，C为电容量。当d,

2、S和ε中的某一项或几项有变化时，C变化，从而使输出电压或电流变化。d和S的变化可以反映线位移或角位移的变化，也可间接反映弹力、压力等的变化，ε的变化可以反映液位的高度、材料的湿度变化。分类：实用时保持三个参数中的两个不变而改变另一个参数使电容量发生变化，故其可分成三类：变极距式、变面积式和变介电常数式变极距式灵敏度：单位输入位移能引起输出电容相对变化的大小。记为：d0（起始间隙）越小，k越大，但受击穿电压限制不能太小，同时非线性增大为了提高敏度，减小非线性，常采用差动结构检测位移差动容量接入变压器电

3、桥电路进行测量—当负载为无穷大时，输出电压与位移成比例。这种结构可以减少因极板间的静电引力、环境温度变化和电源变化所引起的误差变面积式灵敏度：增大极板边长b，减小间隙d都可以提高敏度电容耦合型位移传感器利用IC制造技术可以制作超小型电容式位移传感器。图8-2为电容耦合型位移传感器结构图。二、电感式位移检测方法分类根据转换原理分为自感式和互感式按结构形式分为变间隙式、变面积式和螺管式自感式组成：线圈、铁芯和衔铁原理：如图虚线表示磁路，其中空气隙长度为2d，工作时衔铁与被测物相连，被测物的位移引起气隙的

4、磁阻变化，从而使线圈的电感值发生变化，将线圈接入测量电路后，就可以将电感的变化转为电压、电流或频率的变化磁路总磁阻：电感L与线圈匝数N及磁阻有下列关系：由于近似得：即电感L与空气缝隙d成反比，与截面积S成正比。图8-3(b)是L与d或S的关系曲线。可见，线性范围非常有限，只能测微小位移。为了提高灵敏度，减小非线性，采用差动接法，如图。L1、L2反对称变化，接入交流电桥电路，输出的交流信号与直线位移或旋转位移成线性关系。互感式—差动变压器式灵敏度随二次线圈的匝数增加和激振频率的增大而增大，当频率大到一

5、定值时与频率无关而成为一个常数。误差来源—激励电源幅值或频率的波动；环境温度变化而导致的线圈的参数、导磁体特性及激励的变化；零点残余电压原理：如图.一次线圈和二级线圈的互感随铁芯的位置的变化而变化，输出电压相应的变化。组成：一次线圈、上下对称的两个二级线圈、和铁芯组成光纤是用来传送光信号的三、光纤位移检测方法组成：光纤、光源和光敏元件优点：可在高温、易燃、易爆环境中使用；与被测对象不接触，有利于提高测量精度；可远距离测量等简单光纤位移传感器发送光纤和接受光纤的端面相对，间隔为1~2µm。接受光纤接收

6、到的光强随两光纤径向相对位置的不同而不同反射式光纤位移传感器光线照射到被测物体，经其反射后导入光敏元件。光强度随物体的位移变化而变化光源的光经发送光缆的端面处呈圆锥状扩散，照射到物体表面；被测物体反射光的一部分经接受光缆传到光敏元件，照射光圆锥和发射光圆锥相重叠部分的光强将被检测出。光强随物体的位移的变化而变化为了增加反射强度，并增加反射和接收光纤数量，后来对反射和接收光纤采取了如图8-6(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8-6(c)所示。可以近距离检测（几百

7、微米，线性较好），可以远距离检测数字式位移检测是利用栅格编码器长度或角度的变化直接转换成脉冲个数或二进制符号的方法。包括光栅标尺和磁栅标尺等多种方式。8.2.光学数字式位移检测一、光栅标尺是一种在基体上刻制有等间距均匀分布黑白条纹的光学元件，指示光栅短于主光栅。光源发出的光经光栅缝隙透过，由光电元件（光电池、光敏三极管）检测透射光强，可通过计数测位移，可由相位判断移动方向。P132-图8-7二、莫尔条纹标尺如图所示，当两光栅栅线不平行，相差微小角度θ时，在与栅线近似成直角的方向上有粗条纹产生，称为莫

8、尔条纹。刻线重合处，光从缝隙透过形成亮带，黑带是由于两光栅的线纹彼此错开，挡光而形成。莫尔条纹的方向几乎与刻线垂直。莫尔条纹间距W与栅格间距P之间的关系近似为：W=P/θ二、莫尔条纹标尺8.3.转速检测离心力检测法光电码盘转速检测方法—光电耦合器和光电码盘（绝对光码盘和增量光码盘）一、离心力检测法二、光电码盘转速检测方法原理：光电码盘和透射型光电耦合器结合，可对转速进行计数，输出信号是对应于码盘窗口明暗的脉冲序列，由脉冲频率值可知所测量的转速值光电耦合器：由发光二极管