NO3项目三精密位移检测系统《传感器与检测技术》教案

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1、教学目标教学重点难点各种位移传感器的量程和精度等检测性能各种位移传感器的显程和精度等检测性能知识目标：了解位移传感器检测的一般原理和使用条件，掌握各种位移传感器的量程和精度等检测性能;能力目标：了解工业中常用的位移检测特点及位移传感器的基本选用原则，素质目标：教学i理实一体丰"［实物讲解二一L少纟且対遂卫'作教学学时教学内容与教学过程设计项目三精密位移检测系统K理论学习］］任务一高精度位移传感器的应用—、电容式传感器电容式传感器实质上是利用电容自身性质进行检测的传感器，如图3-1所示。电容式传］感器原理基于以下公式C=eA/do：:讲解电容式传感•器原理及常见介0■质的相对介

2、电常I:数。图3-1电容式传感器1.电容式传感器的分类D变面积型电容传感器(C)筒形线位移检测图3-2(c)是动检测:结合图片讲解各:种形式的传感器:及其特点。电容传感器的形式2)极距变化型电容传感器如图3-3(a)所示，如平行电容器两个极板间覆盖面积和极间介质不变，则其电容量C与极距呈现非线性关系。灵敏度与极距二次方成反比，极距越小则灵敏度越高，如图3-3(b)所示。6(a)极距变化型电容结构(b)极距变化型电容特性根据图3・3引导学生讨论电容的变化显及灵敏度。(b)差动型极距电容特性DRp教师讲解等效电路，引导学生分组讨论电容的实际相对变化量。图3-3极距变化型电容传感器

3、结构与特性在实际应用中，为了提高传感器的灵敏度和稳定性，常常采用差动式结构，如图3-4所7JoC2G⑻差动型极距电容结构图3-4差动型极距电容传感器结构与特性1.电容式传感器的测量电路1)等效电路电路电容式传感器的等效电路如图3-5所示。图中考虑了电容器的损耗和电感效应，Rp为并联损耗电阻，它代表极板间的泄漏电阻和介质损耗。这些损耗在低频时影响较大，随着工作频率增高，容抗减小，其影响就减弱。Rs代表串联损耗，即代表引线电阻、电容器支架和极板电阻的损耗。电感L由电容器本身的电感和外部引线电感组成。图3-5电容式传感器的等效2)测量电路(1)调频测量电路。图3-6所示的是调频式

4、测量电路原理框图。图3-6调频电路的测量原理(2)运算放大器式测量电路。运算放大器的放大倍数很大，输入阻抗Zi很高，输出电阻小，所以运算放大器作为电容式传感器的测量电路是比较理想的。1.电容式传感器的特点与用途电容式传感器的特点如下。(1)小功率、高阻抗。电容传感器的电容量很小，一般为几十到几百皮法，具有较高的输出阻抗。这种阻抗对后续电路影响很小，从而简化了后续放大电路。学生分组讨论电容式传感器的特点，教师总结。(2)小的静电引力和良好的动态特性。电容传感器的极板间的引力极小，能量消耗少，其可动质量小，具有较高的固有频率和良好的动态性能。(3)自身发热小。(4)可以进行非接触

5、检测。电容式传感器广泛地应用在位移、振动、角度和加速度等机械量的精密检测，而且目前检测范围已经扩大到了压力、液面和成分等方面的检测。图3-8所示为差动电容式压力传感器的结构图。图中所示膜片为动电极，两个在凹形玻璃上的金属镀层为固定电极，构成差动电容器。1叫形玻璃膜片图3-8差动电容式压力传感器的结构图二、电感式传感器1-自感型电感传感器1)可变磁阻式传感器可变磁阻式传感器的构造原理如图3T0所示，由线圈、铁芯和衔铁组成，铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成，在铁芯和衔铁之间有气隙存在。结合图片讲解可变磁阻式传感器的构造原理。图3T0可变磁阻式传感器的构造原理图3-门列出

6、了几种常用可变磁阻位移传感器的典型结构方案。图3-门(a)所示是可变导磁面积型，其自感L与A0呈线性关系，但和电容式传感器相类似，由于边缘效应，这种传感器的灵敏度比较低。图3-门(b)所示是差动型位移传感器结构，衔铁位移时，可以使两个线圈的间隙一个变大而另一个相应减小。将两个线圈接入相邻交流电桥桥臂，输出灵敏度将提高一倍，线性度得到改善。图3-11(c)所示是单螺线管线圈型位移传感器结构，当铁芯在线圈中移动时，磁阻改变，使得线圈自感发生改变。这种传感器结构简单，制造容易，灵敏度稍低，适合相对位移较大的检测(数个毫米)。螺线管传感器也可采用差动形式，以提高灵敏度和线性度，在实际

7、检测传感器中经常采用。(a河变导磁面积型(b)差动型(c)单螺线管线圈型图3-11可变磁阻传感器的结构2)涡流式传感器学生分组讨论不同结构的可变磁阻传感器。线圈图3T2涡流传感器工作原理涡流式传感器的变换原理是利用金属体在交变磁场中的涡流效应。图3-12所示为涡流传感器的工作原理。透射式涡流厚度传感器的结构原理如图3-13所示。图3-13电涡流测量金属板厚度电涡流式转速传感器工作原理如图3-14所示。图3T4电涡流式转速传感器工作原理图2.互感型电感传感器实际工作中，应用较多的是螺线管式差动变压器传感器