工程測試技術第六章

1、第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第三節(jié)第三節(jié) 位移測量的應用位移測量的應用第二節(jié)第二節(jié) 常用的位移傳感器常用的位移傳感器第一節(jié)第一節(jié) 概述概述位移測量是線位移和角位移測量的統(tǒng)稱,測量時應根據(jù)具體的測量對象,來選擇或設計測量系統(tǒng).由于在不同的場合下對位移測量的精度要求不同，形成了多種多樣的位移傳感器及其相應的測量電路或系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 概述概述表6-1 一些常用的位移傳感器及其性能特點第二節(jié)第二節(jié) 常用的位移傳感器常用的位移傳感器一、滑線電阻式位移傳感器一、滑線電阻式位移傳感器滑線電阻的結(jié)構(gòu)形式有纏繞式和單絲式?；€電阻式位移傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、輸出大、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，但由于觸頭運動時有機械摩擦

2、，其使用壽命受限、分辨率較低、輸出信號噪聲大、不宜用于頻率較高時的動態(tài)測量上圖c為橋式測量電路，供橋電源為具有一定精度的直流穩(wěn)壓電源，電橋的輸出直接用光線示波器顯示。第二節(jié)第二節(jié) 常用的位移傳感器常用的位移傳感器一、滑線電阻式位移傳感器一、滑線電阻式位移傳感器滑線電阻式位移傳感器和測量系統(tǒng)如圖6-1所示。 a直線位移型b 角位移型 c 測量電路1 滑線電阻 2 滑動觸頭圖圖6-1二、應變片式位移傳感器二、應變片式位移傳感器第二節(jié)第二節(jié) 常用的位移傳感器常用的位移傳感器應變片式位移傳感器的測量原理：利用一彈性元件把位移量轉(zhuǎn)換成應變量，而后用應變片、應變儀等測量記錄。應變片式位移傳感器如圖6-2所

3、示。 a 懸臂梁及貼片 b應變片接橋圖圖6-2第二節(jié)第二節(jié) 常用的位移傳感器常用的位移傳感器二、應變片式位移傳感器二、應變片式位移傳感器對于等斷面梁，貼片處的應變 與位移 間的關系為或332hxl323lhx式中式中 l、h為梁的長度、厚度為梁的長度、厚度 X為從自由端到貼片處距離為從自由端到貼片處距離這種測量方法一般只用于小位移這種測量方法一般只用于小位移 250 m的情況下。的情況下。第二節(jié)第二節(jié) 常用的位移傳感器常用的位移傳感器二、應變片式位移傳感器二、應變片式位移傳感器圓環(huán)和半圓環(huán)式彈性元件及其貼片和接橋如圖示。第二節(jié)第二節(jié) 常用的位移傳感器常用的位移傳感器圓環(huán)或半圓環(huán)彈性元件，當它在

4、被測位移的作用時，會產(chǎn)生彎曲應力和應變，其應變值與位移成正比。由于這種方法直接測量的位移量較小，為了擴大其量程，可通過一些裝置將小位移進行變換。下面所示就是用一斜面將小位移變換成大位移的裝置二、應變片式位移傳感器二、應變片式位移傳感器第二節(jié)第二節(jié) 常用的位移傳感器常用的位移傳感器圖6-4是用一斜面將小位移變換成大位移的裝置。二、應變片式位移傳感器二、應變片式位移傳感器圖圖6-4第二節(jié)第二節(jié) 常用的位移傳感器常用的位移傳感器三、三、 差動變壓器式位移傳感器差動變壓器式位移傳感器圖6-5示出了差動變壓器的結(jié)構(gòu)和接線情況。1 一次側(cè)線圈 2、3二次側(cè)線圈 4 鐵心圖圖6-5第二節(jié)第二節(jié) 常用的位移傳

5、感器常用的位移傳感器差動變壓器的差動整流電路如圖所示。三、差動變壓器式位移傳感器三、差動變壓器式位移傳感器第二節(jié)第二節(jié) 常用的位移傳感器常用的位移傳感器三、差動變壓器式位移傳感器三、差動變壓器式位移傳感器差動整流電路與相後檢測電路的功能基本相同，雖然檢波效率低，但其測量線路簡單，故用得也很多，差動變壓器的最后輸出一般可用示波器直接顯示。由于示波器振子的內(nèi)阻都很小，當差動變壓器的測量電路是電壓輸出時，振子回路應接入電阻，以保證線性差動變壓器式位移測量系統(tǒng)具有精度較高、性能穩(wěn)定、線性范圍大、輸出大、使用方便等優(yōu)點。由于可動鐵心具有一定的質(zhì)量，系統(tǒng)的動態(tài)特性較差。第二節(jié)第二節(jié) 常用的位移傳感器常用的

6、位移傳感器四、光電脈沖式位移傳感器四、光電脈沖式位移傳感器光電脈沖式位移傳感器：實際上是一個位移數(shù)字編碼器，工作時可將機械位移轉(zhuǎn)換成數(shù)量的電脈沖信號輸出。光電脈沖式位移傳感器的組成及其工作原理如圖6-7所示。1 圓盤 2 被測軸 3 光源 4 光敏二極管 5 平板圖圖6-7第二節(jié)第二節(jié) 常用的位移傳感器常用的位移傳感器圖a是測量角位移的透射光電脈沖轉(zhuǎn)換器。圓盤1 與測軸2一起轉(zhuǎn)動時，照射到光敏二極管4上的光線就會時有時無，通過 光敏二極管的光電效應以及測量電路的變換就輸出電脈沖；電脈沖的數(shù)目與光線的通斷交數(shù)成正比，根據(jù)脈沖數(shù)目就可測出被測軸的轉(zhuǎn)角。圖b是測量線位移的反射式光電脈沖轉(zhuǎn)換器。工作原

7、理與透射式的基本相同，不同點在于照射光敏二極管的光是靠反射光。四、光電脈沖式位移傳感器四、光電脈沖式位移傳感器第二節(jié)第二節(jié) 常用的位移傳感器常用的位移傳感器光電脈沖式位移傳感器的后續(xù)測量電路和顯示記錄裝置如圖6-8的框圖所示。四、光電脈沖式位移傳感器四、光電脈沖式位移傳感器圖圖6-8第二節(jié)第二節(jié) 常用的位移傳感器常用的位移傳感器用上述方法，無法判斷位移的正負方向，在需要判斷方向的場合，需要多加一個光電管和一套測量電路。兩光敏二極管的裝設位置如圖6-9所示。四、光電脈沖式位移傳感器四、光電脈沖式位移傳感器圖圖6-9第二節(jié)第二節(jié) 常用的位移傳感器常用的位移傳感器判斷位移方向的電路框圖如圖6-10所

8、示。四、光電脈沖式位移傳感器四、光電脈沖式位移傳感器當用示波器記錄時，可用兩個或三個振子分別記錄方向信號和脈沖信號，處理數(shù)據(jù)時進行加減處理，才得真實位移。用計數(shù)器計數(shù)時，要用可逆計算器、方向信號（）、（）控制計數(shù)器的“加”、“減”法運算、脈沖信號作計數(shù)器的計數(shù)脈動，計算所記錄的脈沖數(shù)就與實際位移成正比。 圖圖6-10 第三節(jié)第三節(jié) 位移測量的應用位移測量的應用一、回轉(zhuǎn)軸徑向運動誤差的測量一、回轉(zhuǎn)軸徑向運動誤差的測量回轉(zhuǎn)軸運動誤差是指在回轉(zhuǎn)過程中回轉(zhuǎn)軸線偏離理想位置而出現(xiàn)的附加運動。運動誤差是回轉(zhuǎn)軸上任何發(fā)生與軸線平行的移動和在垂直于軸線的平面內(nèi)的移動。前一種移動稱為該點的端面運動誤差，后一種移

9、動稱為該點的徑向運動誤差。端面運動誤差因測量點所在半徑位置不同而異，徑向運動誤差則因測量點所在的軸向位置不同而異。所以在討論運動誤差時，應指明測量點的位置。第三節(jié)第三節(jié) 位移測量的應用位移測量的應用一、一、 回轉(zhuǎn)軸徑向運動誤差的測量回轉(zhuǎn)軸徑向運動誤差的測量測量一根通用的回轉(zhuǎn)軸的徑向運動誤差時，可將參考坐標選在軸承支承孔上。這時運動誤差所表示的是回轉(zhuǎn)過程中回轉(zhuǎn)軸線對于支承孔的相對位移，它主要反映軸承的回轉(zhuǎn)質(zhì)量。任意徑向截面上的徑向誤差運動可采用置于x、y方向的兩只位移傳感器來分別檢測徑向運動誤差在x、y方向的分量。在任何時刻兩分量的矢量和就是該時刻徑向運動誤差矢量。這種測量方式稱為雙向測量法。由

10、于種種原因，有時不必測量總的徑向運動誤差，而只需測量它在某個方向的分量，則可將一只傳感器置于該方向來檢測。這種方式稱為單向測量法。第三節(jié)第三節(jié) 位移測量的應用位移測量的應用一、一、 回轉(zhuǎn)軸徑向運動誤差的測量回轉(zhuǎn)軸徑向運動誤差的測量雙向測量法，如圖6-11所示Tx,Ty位移傳感器 M1M2測量儀圖圖6-11單向測量法，如圖6-12所示。一、一、 回轉(zhuǎn)軸徑向運動誤差的測量回轉(zhuǎn)軸徑向運動誤差的測量第三節(jié)第三節(jié) 位移測量的應用位移測量的應用T位移傳感器 M測量儀圖圖6-12傳感器見到的位移信號是很復雜的，如圖6-13所示。一、一、 回轉(zhuǎn)軸徑向運動誤差的測量回轉(zhuǎn)軸徑向運動誤差的測量第三節(jié)第三節(jié) 位移測量的應用位移測量的應用圖圖6-13第三節(jié)第三節(jié) 位移測量的應用位移測量的應用二、物位測量二、物位測量在生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到大量的固體和液體物料，存放在容器中或堆在場地上，并占有一定的高度，此高度還可能是隨時間而變化的。對此高度的測量稱為物位測量。多種不同轉(zhuǎn)換原理的位移傳感器可用于物位測量。下面介紹其中的兩種。二、物位測量二、物位測量1、 沉筒式液位變送器帶有差動變壓器的沉筒式液位變送器的沉筒由固定段1和浮力段2兩部分組成。如圖6-14。第三節(jié)第三節(jié) 位移測量的應用位移測量的應用1 沉筒固定段 2 沉筒浮力