《傳感器技術(shù)及應(yīng)用》 項(xiàng)目六 位移檢測(cè)

1、項(xiàng)目六 位移檢測(cè)任務(wù)一 使用電位器式傳感器測(cè)量位移任務(wù)導(dǎo)入測(cè)量電位器的電阻值 選用測(cè)量范圍為0300mm的直線位移式電位器，用萬(wàn)用表歐姆檔測(cè)量其電阻值。記錄下電位器在不同位置時(shí)的電阻值，填入下表。任務(wù)一 使用電位器式傳感器測(cè)量位移一、了解電位器式傳感器1. 認(rèn)識(shí)電位器式傳感器任務(wù)一 使用電位器式傳感器測(cè)量位移一、了解電位器式傳感器2. 電位器式傳感器的結(jié)構(gòu) 電位器式傳感器主要由電阻和電刷（動(dòng)觸點(diǎn)）兩部分組成，可以作為可變電阻器使用，也可作為分壓器使用。任務(wù)一 使用電位器式傳感器測(cè)量位移一、了解電位器式傳感器3. 電位器式傳感器的工作原理 電位器式位移傳感器通過(guò)電位器將機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成與之成線性關(guān)

2、系的電阻或電壓輸出。因此電位器式位移傳感器可用于測(cè)量機(jī)械位移，也可以測(cè)量能轉(zhuǎn)換為位移的其他物理量。電位器式傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)換電路原理xLUU0任務(wù)一 使用電位器式傳感器測(cè)量位移二、電位器式傳感器的種類1. 線繞電位器傳感器電位器式傳感器分線性和非線性兩大類。常用電位器式傳感器有：直線位移型、角位移型、非線性型。任務(wù)一 使用電位器式傳感器測(cè)量位移二、電位器式傳感器的種類2. 非線性電位器式傳感器電位器式傳感器分線性和非線性兩大類。任務(wù)一 使用電位器式傳感器測(cè)量位移三、電位器式傳感器的應(yīng)用1.彈性壓力計(jì) 彈性元件的自由端處安裝有滑線電位器，滑線電位器的滑動(dòng)觸點(diǎn)與自由端連接并隨之移動(dòng)，自由端的位移就轉(zhuǎn)換

3、為電位器的電信號(hào)輸出。當(dāng)被測(cè)壓力P增大時(shí)，彈簧管撐直，通過(guò)齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)電位器的電刷產(chǎn)生角位移。任務(wù)一 使用電位器式傳感器測(cè)量位移三、電位器式傳感器的應(yīng)用2.液位傳感器 油量變化時(shí)，浮子通過(guò)杠桿帶動(dòng)電位器的電刷在電阻上滑動(dòng)，因此，一定的油面高度就對(duì)應(yīng)一定的電刷位置。任務(wù)一 使用電位器式傳感器測(cè)量位移實(shí)踐操作測(cè)量電位器式傳感器的位移與輸出電壓的關(guān)系電壓表正表筆連接滑線變阻器的滑動(dòng)端，負(fù)表筆接電源負(fù)極。任務(wù)一 使用電位器式傳感器測(cè)量位移實(shí)踐操作測(cè)量電位器式傳感器的位移與輸出電壓的關(guān)系主要實(shí)驗(yàn)器材任務(wù)一 使用電位器式傳感器測(cè)量位移實(shí)踐操作測(cè)量電位器式傳感器的位移與輸出電壓的關(guān)系操作步驟1

4、）將滑動(dòng)端推至電阻器的起始端，記錄電壓表的顯示值，即Ui值。2）用游標(biāo)卡尺定位，將滑動(dòng)端推至距起始點(diǎn)25mm處，逐次增加25mm，分別將電壓顯示值記錄于下表中。3）將測(cè)得的電壓Uo與位移x的數(shù)值畫在圖中所示的坐標(biāo)圖中，觀察Uo與x是否成線性關(guān)系。任務(wù)二 利用差動(dòng)變壓器式傳感器檢測(cè)位移任務(wù)導(dǎo)入認(rèn)識(shí)差動(dòng)變壓器式傳感器任務(wù)二 利用差動(dòng)變壓器式傳感器檢測(cè)位移 一、了解差動(dòng)變壓器式傳感器1. 差動(dòng)變壓器式傳感器的工作原理任務(wù)二 利用差動(dòng)變壓器式傳感器檢測(cè)位移 一、了解差動(dòng)變壓器式傳感器2. 測(cè)量電路任務(wù)二 利用差動(dòng)變壓器式傳感器檢測(cè)位移二、差動(dòng)變壓器式傳感器的應(yīng)用1. 壓力測(cè)試 在無(wú)壓力（P=0）時(shí)，固

5、定在彈性波紋膜盒中心的可動(dòng)鐵心位于差動(dòng)變壓器的初始平衡位置，即保證傳感器輸出電壓為零。當(dāng)被測(cè)壓力P由接頭輸入到波紋膜盒中心時(shí)，膜盒的自由端面（圖中上端面）便產(chǎn)生一個(gè)與P成正比的位移，且?guī)?dòng)可動(dòng)鐵心在垂直方向向上移動(dòng)，差動(dòng)變壓器則輸出與被測(cè)壓力成正比的電壓，該電壓經(jīng)測(cè)量電路處理后，送給二次儀表加以顯示。任務(wù)二 利用差動(dòng)變壓器式傳感器檢測(cè)位移二、差動(dòng)變壓器式傳感器的應(yīng)用2. 振動(dòng)和加速度的測(cè)量 測(cè)量時(shí)，將懸臂梁底座及差動(dòng)變壓器的線圈骨架固定，將可動(dòng)鐵心的A端與被測(cè)振動(dòng)物體相連接，此時(shí)傳感器作為振動(dòng)（加速度）測(cè)量中的慣性元件，它的位移與被測(cè)加速度成正比，使加速度測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰频臏y(cè)量。當(dāng)被測(cè)物體帶動(dòng)可

6、動(dòng)鐵心以x（t）振動(dòng)時(shí)，其位移大小反映了振動(dòng)的幅度和頻率以及加速度的大小，其輸出電壓也按相同的規(guī)律變化。任務(wù)二 利用差動(dòng)變壓器式傳感器檢測(cè)位移實(shí)踐操作測(cè)量差動(dòng)變壓器式傳感器的位移發(fā)生變化時(shí)的輸出電壓任務(wù)二 利用差動(dòng)變壓器式傳感器檢測(cè)位移實(shí)踐操作測(cè)量差動(dòng)變壓器式傳感器的位移發(fā)生變化時(shí)的輸出電壓 左圖是CST-LV-DA型差動(dòng)變壓器式傳感器的接線圖。它采用五芯屏蔽電纜中的三芯（正、負(fù)、地）供電，另兩芯為信號(hào)輸出，可直接接二次儀表。根據(jù)情況選用正或負(fù)電源供電以及二次儀表或設(shè)備，如PLC等。選用高或低輸出信號(hào)。任務(wù)二 利用差動(dòng)變壓器式傳感器檢測(cè)位移實(shí)踐操作測(cè)量差動(dòng)變壓器式傳感器的位移發(fā)生變化時(shí)的輸出電

7、壓實(shí)驗(yàn)器件任務(wù)二 利用差動(dòng)變壓器式傳感器檢測(cè)位移實(shí)踐操作測(cè)量差動(dòng)變壓器式傳感器的位移發(fā)生變化時(shí)的輸出電壓操作步驟1）選擇正電源供電、輸出高信號(hào)方式，給傳感器加上DC12V。2）用手輕輕推動(dòng)檢測(cè)頭移動(dòng)一段位移，用鋼尺測(cè)量位移，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量輸出電壓。3）松開(kāi)手后，讓檢測(cè)頭回復(fù)，觀察回復(fù)過(guò)程中萬(wàn)用表顯示的電壓變化情況，將測(cè)量數(shù)據(jù)填入下表 ，總結(jié)位移x與輸出電壓Uo的關(guān)系。任務(wù)三 使用光柵傳感器測(cè)量位移任務(wù)導(dǎo)入觀察和了解BG1型光柵位移傳感器任務(wù)三 使用光柵傳感器測(cè)量位移 一、了解光柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)和類型 用于位移測(cè)量的光柵稱為計(jì)量光柵。從光柵的光線走向分類，可分為透射式光柵和反射式光柵兩大類；

8、按用途來(lái)分類，光柵又可分為長(zhǎng)光柵（直線光柵）和圓光柵兩種，如圖所示。任務(wù)三 使用光柵傳感器測(cè)量位移 一、了解光柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)和類型 透射式光柵是在光學(xué)玻璃基體上刻有均勻地刻畫間距、寬度相等的條紋，形成斷續(xù)的透光區(qū)和不透光區(qū)。反射式光柵一般用不銹鋼做基體，用化學(xué)的方法制作出黑白相間的條紋，形成強(qiáng)光反光區(qū)和不反光區(qū)。長(zhǎng)光柵用于長(zhǎng)度測(cè)量，圓光柵用于角度測(cè)量。上圖所示為測(cè)量位移的長(zhǎng)光柵結(jié)構(gòu)。任務(wù)三 使用光柵傳感器測(cè)量位移二、光柵位移傳感器的原理光柵傳感器主要由標(biāo)尺光柵、指示光柵、光路系統(tǒng)和光電元件等組成。任務(wù)三 使用光柵傳感器測(cè)量位移二、光柵位移傳感器的原理1. 光柵位移傳感器的轉(zhuǎn)換元件WWBH2

9、sin2任務(wù)三 使用光柵傳感器測(cè)量位移二、光柵位移傳感器的原理1. 光柵位移傳感器的轉(zhuǎn)換元件光柵位移與光強(qiáng)及輸出電壓的關(guān)系)2sin(0WxUUumAV任務(wù)三 使用光柵傳感器測(cè)量位移二、光柵位移傳感器的原理2. 光柵位移傳感器測(cè)量電路光柵位移傳感器測(cè)量電路的原理框圖任務(wù)三 使用光柵傳感器測(cè)量位移二、光柵位移傳感器的原理3. 辨向光柵位移傳感器辨向原理 圖中RC微分電路將方波電信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖電信號(hào)，使IC與門產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，并送到可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，再由數(shù)字顯示器顯示被測(cè)位移量。任務(wù)三 使用光柵傳感器測(cè)量位移二、光柵位移傳感器的原理3. 辨向任務(wù)三 使用光柵傳感器測(cè)量位移二、光柵位移傳感器的原理4

10、. 細(xì)分技術(shù) 若以移過(guò)的莫爾條紋的數(shù)來(lái)確定位移量，其分辨力為光柵柵距。為了提高分辨力和測(cè)得比柵距更小的位移量，可采用細(xì)分方法。它是在莫爾條紋信號(hào)變化的一個(gè)周期內(nèi)，給出若干個(gè)計(jì)數(shù)脈沖來(lái)減小脈沖當(dāng)量的方法。細(xì)分方法有機(jī)械細(xì)分和電子細(xì)分兩類。任務(wù)三 使用光柵傳感器測(cè)量位移三、光柵位移傳感器的應(yīng)用1. 光柵位移傳感器的顯示數(shù)字邏輯電路數(shù)顯表基本框圖任務(wù)三 使用光柵傳感器測(cè)量位移三、光柵位移傳感器的應(yīng)用1. 光柵位移傳感器的顯示 如圖所示，放大、整形電路后，送到MCU及相關(guān)電路進(jìn)行辨向、細(xì)分及計(jì)數(shù)，處理后將位移值顯示在顯示器件上。由于微控制器具有強(qiáng)大的處理能力，此類數(shù)顯表除了能顯示位移之外，還能進(jìn)行打印

11、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并可以和上位機(jī)進(jìn)行通信，是數(shù)顯表的主要方案。任務(wù)三 使用光柵傳感器測(cè)量位移實(shí)踐操作光柵位移傳感器的安裝與維護(hù) 光柵位移傳感器的工作原理，是一對(duì)光柵副中的主光柵（標(biāo)尺光柵）和副光柵（指示光柵）進(jìn)行相對(duì)位移時(shí)，在光的干涉與衍射共同作用下產(chǎn)生黑白相間的規(guī)則條紋圖形（莫爾條紋），再經(jīng)過(guò)光電器件轉(zhuǎn)換使莫爾條紋轉(zhuǎn)換成正弦波變化的電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大器的放大、整形電路整形后，得到兩路相差為90的方波，進(jìn)入辨向和細(xì)分電路處理后得到脈沖，送入光柵數(shù)顯表計(jì)數(shù)顯示。任務(wù)三 使用光柵傳感器測(cè)量位移實(shí)踐操作光柵位移傳感器的安裝與維護(hù)主要實(shí)驗(yàn)器材任務(wù)三 使用光柵傳感器測(cè)量位移實(shí)踐操作光柵位移傳感器的安裝與維護(hù)安裝

12、步驟（1）安裝基面（2）主尺安裝 1）如安裝超過(guò)1.5m以上的光柵尺時(shí)，不能只安裝兩端頭，還要在整個(gè)主尺尺身中加上支撐。 2）在有基座情況下安裝好后，最好用一個(gè)卡子卡住尺身中點(diǎn)（或幾點(diǎn)）。 3）不能安裝卡子時(shí)，最好用玻璃膠粘住光柵尺身，使基座與主尺固定好。（3）安裝讀數(shù)頭（4）安裝限位裝置（5）數(shù)顯系統(tǒng)的安裝與接線（6）檢查任務(wù)三 使用光柵傳感器測(cè)量位移實(shí)踐操作光柵位移傳感器的安裝與維護(hù)光柵位移傳感器的使用注意事項(xiàng) 1）插拔光柵位移傳感器與數(shù)顯表的插頭或插座時(shí)應(yīng)關(guān)閉電源后進(jìn)行。2）盡可能外加保護(hù)罩，并及時(shí)清理濺落在尺上的切屑和油液，嚴(yán)格防止任何異物進(jìn)入光柵位移傳感器殼體內(nèi)部。3）定期檢查各安裝

13、連接螺釘是否松動(dòng)。4）為延長(zhǎng)防塵密封條的壽命，可在密封條上均勻地涂一薄層硅油，注意勿濺落在玻璃光柵刻劃面上。5）為保證光柵位移傳感器使用的可靠性，可每隔一定時(shí)間用乙醚和無(wú)水乙醇混合液（各50）或無(wú)水乙醇清洗擦拭光柵尺面及指示光柵面，保持光柵尺面的清潔。6）光柵位移傳感器嚴(yán)禁劇烈振動(dòng)及摔打，以免破壞光柵尺，如光柵尺斷裂，光柵位移傳感器就會(huì)失效。7）不要自行拆開(kāi)光柵位移傳感器，更不能任意改動(dòng)主柵尺與副柵尺的相對(duì)間距，否則一方面可能破壞光柵位移傳感器的精度；另一方面還可能造成主柵尺與副柵尺的相對(duì)摩擦，損壞鉻層也就損壞了柵線，從而造成光柵尺報(bào)廢。8）應(yīng)注意防止油及水污染光柵尺面，以免破壞光柵尺線條紋分

14、布，引起測(cè)量誤差。9）光柵位移傳感器應(yīng)盡量避免在有嚴(yán)重腐蝕性的環(huán)境中工作，以免腐蝕光柵鉻層及光柵尺表面，破壞光柵尺質(zhì)量。任務(wù)三 使用光柵傳感器測(cè)量位移實(shí)踐操作光柵位移傳感器的安裝與維護(hù)光柵位移傳感器常見(jiàn)故障現(xiàn)象及判斷方法任務(wù)四 使用旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量位移任務(wù)導(dǎo)入認(rèn)識(shí)旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器的種類很多，根據(jù)檢測(cè)原理可分為電刷式、電磁感應(yīng)式及光電式等；按照讀數(shù)方式可分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式編碼器采用電刷輸出，電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來(lái)表示代碼的狀態(tài)是“1”還是“0”；非接觸式的接收敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)來(lái)表示代碼的狀態(tài)是“1”還是“0”；按照工作原理編碼器又

15、可分為增量式和絕對(duì)式兩類。任務(wù)四 使用旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量位移一、旋轉(zhuǎn)編碼器的原理和特點(diǎn)1. 增量式編碼器增量式編碼器結(jié)構(gòu)及碼盤任務(wù)四 使用旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量位移一、旋轉(zhuǎn)編碼器的原理和特點(diǎn)1. 增量式編碼器增量式編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖任務(wù)四 使用旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量位移一、旋轉(zhuǎn)編碼器的原理和特點(diǎn)2. 絕對(duì)值編碼器絕對(duì)值編碼器任務(wù)四 使用旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量位移一、旋轉(zhuǎn)編碼器的原理和特點(diǎn)2. 絕對(duì)值編碼器 光電式編碼器的碼盤是在透明材料的圓盤上精確地印制上二進(jìn)制編碼。四位二進(jìn)制碼盤的結(jié)構(gòu)如圖所示。在一塊圓形玻璃上，用蝕刻工藝刻出透光和不透光的碼道，碼道是編碼盤上一環(huán)環(huán)間距不同、并按一定編碼規(guī)律刻畫的透光和不透光扇形區(qū)。不

16、透光的區(qū)是黑色的，可以代表“0”，透光區(qū)代表“1”。任務(wù)四 使用旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量位移二、旋轉(zhuǎn)編碼器的應(yīng)用1. 旋轉(zhuǎn)編碼器在定位加工中的應(yīng)用 由于絕對(duì)式編碼器每一轉(zhuǎn)角位置均有一個(gè)固定的編碼輸出，若編碼器與轉(zhuǎn)盤同軸相連，則轉(zhuǎn)盤上每一工位安裝的被加工工件均可以有一個(gè)編碼相對(duì)應(yīng)，轉(zhuǎn)盤工位編碼如圖所示。當(dāng)轉(zhuǎn)盤上某一工位轉(zhuǎn)到加工點(diǎn)時(shí)，該工位對(duì)應(yīng)的編碼由編碼器輸出給控制系統(tǒng)。任務(wù)四 使用旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量位移二、旋轉(zhuǎn)編碼器的應(yīng)用2. 旋轉(zhuǎn)編碼器在伺服電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用 利用旋轉(zhuǎn)編碼器還可以測(cè)量伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角，并通過(guò)伺服控制系統(tǒng)控制其各種運(yùn)行參數(shù)，如圖所示。任務(wù)四 使用旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量位移實(shí)踐操作旋轉(zhuǎn)編碼器的安裝

17、操作步驟1）把耦合器穿到軸上，不要用螺釘固定耦合器和軸。2）固定旋轉(zhuǎn)編碼器。編碼器的軸與耦合器連接時(shí)，插入量不能超過(guò)下列值。如E69-C04B型耦合器，插入量為5.2mm；E69-C06B型耦合器，插入量為5.5mm；E69-C10B型耦合器，插入量為7.1mm。3）固定耦合器。緊固力矩不能超過(guò)下列值。E69-C04B型耦合器，緊固力矩19.6Nm；E69-C06B型耦合器，緊固力矩24.5Nm；E69-C10B型耦合器，緊固力矩44.1Nm。4）連接電源輸出線。5）檢測(cè)電源，通電測(cè)試。任務(wù)四 使用旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量位移實(shí)踐操作旋轉(zhuǎn)編碼器的安裝注意事項(xiàng)1）采用標(biāo)準(zhǔn)耦合器時(shí)，應(yīng)在允許值內(nèi)安裝，如下圖所示。任