位移与转速测量.ppt
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1、位移与位移与转速的速的测量量2024/2/27周二周二1.位移位移测量量 第第9 9章章 位移与位移与转速速测量量9.1电感式位移感式位移计 电阻式位移阻式位移计9.1.1转速速测量量光光电式式转速速计 磁磁电式式转速速计 转速脉冲速脉冲测量方法量方法9.29.1.29.2.19.2.29.2.32.9.1 9.1 位移位移测量量位位移移3.9.1 9.1 位移位移测量量同位素同位素传感器(用同位素感器(用同位素辐射反映位移射反映位移S)S)互感式互感式传感器(用感感器(用感应电势e e反映位移反映位移S S)电阻式位移阻式位移计(用(用电阻阻变化量反映位移化量反映位移S S)电感式位移感式位
2、移计(用(用电感感变化量化量L L反映位移反映位移S S)电容式容式传感器(用感器(用电容容变化量化量C C反映位移反映位移S S)位位移移常常用用测量量方方法法下面介下面介绍应用用较广泛的两种广泛的两种传感器:感器:电阻式位移阻式位移计和和电感式位移感式位移计4.9.1.1 9.1.1 电阻式位移阻式位移计电阻式位移阻式位移计是一种把被是一种把被测量量转换为电阻阻变化的化的传感器。感器。按其工作原理可分按其工作原理可分为变阻器式阻器式和和电阻阻应变式式两两类。1 1变阻器式位移阻器式位移计 a a)直)直线位移型位移型 b b)角位移型)角位移型 c c)非)非线性型性型 5.变阻器式位移阻
3、器式位移计通通过改改变电位器触位器触头位置,位置,实现将位移将位移转换为电阻的阻的变化。其表达式化。其表达式为 :直直线位移型位移型 灵敏度灵敏度 角位移型角位移型 灵敏度灵敏度9.1.1 9.1.1 电阻式位移阻式位移计6.非非线性型性型为了使了使输出出电阻阻值 与与 呈呈线性关系性关系,变阻器骨架阻器骨架应做成做成直角三角形。直角三角形。变阻器骨架阻器骨架应做成抛物做成抛物线形。形。变阻器式阻器式传感器的后感器的后接接电路一般采用路一般采用电阻阻分分压电路。路。优点:点:结构构简单、性能、性能稳定、使用方便。定、使用方便。缺点:缺点:分辨力不高,因分辨力不高,因为受到受到电阻阻丝直径的限制
4、。直径的限制。9.1.1 9.1.1 电阻式位移阻式位移计7.应用:用:用于用于线位移、角位移位移、角位移测量,在量,在测量量仪器中用于伺服器中用于伺服记录仪器或器或电子子电位差位差计等。等。2 2电阻阻应变式式传感器感器 电阻阻应变式式传感器可分感器可分为金属金属电阻阻应变片式片式与与半半导体体应变片式片式两两类。工作原理:工作原理:应变片片发生机械生机械变形形时,其,其电阻阻值发生生变化。化。l金属金属丝电阻阻应变片片 11电阻阻丝 22基片基片 3 3一覆盖一覆盖层 44引出引出线 9.1.1 9.1.1 电阻式位移阻式位移计8.l金属箔式金属箔式应变片片 电阻阻丝的的电阻阻值 电阻阻丝
5、即随同物体一起即随同物体一起变形,其形,其电阻阻值发生相生相应变化化 或或9.1.1 9.1.1 电阻式位移阻式位移计9.是由是由电阻阻丝几何尺寸改几何尺寸改变所引起的,所引起的,对于同一种材料,于同一种材料,项是常数。是常数。项则是由于是由于电阻阻丝的的电阻率随阻率随应变的改的改变而引起的,而引起的,对于金属于金属丝来来说,是很小的,可忽略。上式可,是很小的,可忽略。上式可简化化为 灵敏度灵敏度 9.1.1 9.1.1 电阻式位移阻式位移计10.一般市售一般市售电阻阻应变片的片的标准阻准阻值有有6060、120120、350350、600600和和10001000等。其中以等。其中以1201
6、20最最为常用。常用。应变片的尺寸可根据使用要求来片的尺寸可根据使用要求来选定。定。优点:点:体体积小、小、动态响响应快、快、测量精确度高、使用量精确度高、使用简便等。便等。应用:用:用于用于应变、力、位移、加速度、扭矩等参数的、力、位移、加速度、扭矩等参数的测量。量。缺点:缺点:温度温度稳定性能差,在定性能差,在较大大应变作用下,非作用下,非线性性误差大等。差大等。l半半导体体应变片片 11胶膜胶膜衬底底 2P-Si 2P-Si 33内引内引线 44焊接板接板 55外引外引线 9.1.1 9.1.1 电阻式位移阻式位移计11.工作原理工作原理:是基于半是基于半导体材料的体材料的压阻效阻效应。
7、压阻效阻效应是指是指单晶半晶半导体材料在沿某一体材料在沿某一轴向受到外力作用向受到外力作用时,原子点原子点阵排列排列规律律发生生变化,化,导致致载流子迁移率及流子迁移率及载流子流子浓度度的的变化,从而引起化,从而引起电阻率阻率 变化的化的现象。象。在在电阻相阻相对变化的表达式中,化的表达式中,项是由几何尺寸是由几何尺寸变化引化引起的,起的,是由于是由于电阻率阻率变化而引起的。化而引起的。对半半导体而言,体而言,项远远大于大于 项,它是半,它是半导体体应变片的主要部分,故片的主要部分,故电阻相阻相对变化的表达式化的表达式可可简化化为 灵敏度灵敏度9.1.1 9.1.1 电阻式位移阻式位移计12.
8、优点:点:灵敏度高,机械滞后小、横向效灵敏度高,机械滞后小、横向效应小小、体体积小等特点小等特点。缺点:缺点:温度温度稳定性能差、灵敏度离散度大,非定性能差、灵敏度离散度大,非线性性误差大等。差大等。应用:用:用于用于压力、加速度等参数的力、加速度等参数的测量。量。电阻阻应变式式传感器有以下两种感器有以下两种应用方式:用方式:1)1)直接用来直接用来测定定结构的构的应变或或应力。力。2 2)将)将应变片片贴于于弹性元件上,作性元件上,作为测量力、位移、量力、位移、压力、加力、加速度等物理参数的速度等物理参数的传感器。感器。3 3固固态压阻式阻式传感器感器 工作原理工作原理:是基于半是基于半导体
9、材料的体材料的电阻效阻效应。9.1.1 9.1.1 电阻式位移阻式位移计13.固固态压阻式阻式传感器是以感器是以单晶硅晶硅为基底材料,按一定晶向基底材料,按一定晶向将将P P型型杂质扩散到散到N N型硅底型硅底层上,形成一上,形成一层极薄的极薄的导电P P型型层。此此P P型型层就相当于半就相当于半导体体应变片中的片中的电阻条,阻条,连接引接引线后就后就构成了构成了扩散型半散型半导体体应变片。由于基底片。由于基底(硅片硅片)与敏感元件与敏感元件(导电层)互相渗透,互相渗透,结合合紧密,所以基本上密,所以基本上为一体。在生一体。在生产时可以根据可以根据传感器感器结构形成制成各种形状,如构形成制成
10、各种形状,如圆形杯或形杯或长方方形梁等。形梁等。这时基底就是基底就是弹性元件性元件,导电层就是就是敏感元件敏感元件。当。当有机械力作用有机械力作用时,硅片,硅片产生生应变,使,使导电层发生生电阻阻变化。化。一般一般这种元件做成按一定晶向种元件做成按一定晶向扩散、四个散、四个电阻阻组成的全成的全桥形形式,在外力作用下,式,在外力作用下,电桥产生相生相应的不平衡的不平衡输出。出。应用:用:固固态压阻式阻式传感器主要用于感器主要用于测量量压力与加速度。力与加速度。9.1.1 9.1.1 电阻式位移阻式位移计14.9.1.2 9.1.2 电感式位移感式位移计 9.1.29.1.2电感位移感位移计原理与
11、分原理与分类 电感式感式传感器的感器的结构原理构原理 15.三、三、电感式感式传感器感器 电感式感式传感器感器是把被是把被测量量转换为电感量感量变化的一种装置,化的一种装置,其其变换是基于是基于电磁感磁感应原理原理。按照。按照变换方式的不同,可分方式的不同,可分为自自感型感型(包括可包括可变磁阻式与磁阻式与涡流式流式)与互感型与互感型(差差动变压器式器式)。1 1自感型自感型(1 1)可)可变磁阻式磁阻式 a a)可)可变磁阻磁阻结构构 b b)特性曲)特性曲线1 1一一线圈圈 22铁心心 3 3一一衔铁 9.1.2 9.1.2 电感式位移感式位移计 16.a a)可)可变导磁面磁面积型型 b
12、 b)差)差动型型 c c)单螺管螺管线圈型圈型 d d)双螺管)双螺管线圈差圈差动型型 9.1.2 9.1.2 电感式位移感式位移计 17.a a)电桥电路路 b b)输出特性出特性 双螺管双螺管线圈差圈差动型,型,较之之单螺管型有螺管型有较高灵敏度及高灵敏度及线性,性,被用于被用于电感感测微微计上,常用上,常用测量范量范围为0 0300m300m,最小分辨力,最小分辨力为0 05m5m。9.1.2 9.1.2 电感式位移感式位移计 18.2 2互感型互感型差差动变压器式器式电感感传感器感器 工作原理:工作原理:这种种传感器利用了感器利用了电磁感磁感应中的互感中的互感现象,象,实质上就是上就
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