自動檢測技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)課件(機(jī)械量)

1、第八章第八章 機(jī)械量檢測機(jī)械量檢測轉(zhuǎn)速檢測轉(zhuǎn)速檢測2加速度與振動檢測加速度與振動檢測4力的檢測力的檢測3 3位移檢測位移檢測3 1機(jī)械量介紹 機(jī)械量包括長度、位移、速度、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、力、機(jī)械量包括長度、位移、速度、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、力、力矩、振動等參數(shù)。力矩、振動等參數(shù)。 其中直線位移是機(jī)械量中最基本的參數(shù)；其中直線位移是機(jī)械量中最基本的參數(shù)； 速度是位移的時間微分；速度是位移的時間微分； 力或力矩可以使彈性體變形而產(chǎn)生位移；力或力矩可以使彈性體變形而產(chǎn)生位移； 由牛頓定律可知加速度與作用力有關(guān)。由牛頓定律可知加速度與作用力有關(guān)。 機(jī)械量檢測的主要任務(wù)：檢測位移和力的大小機(jī)械量檢測的主要任務(wù)：檢測位

2、移和力的大小位移：線位移：線位移位移與角位移與角位移按檢測原理分類主要內(nèi)容主要內(nèi)容模擬式位移檢測模擬式位移檢測-電容式位移檢測方法、電感式位移檢電容式位移檢測方法、電感式位移檢測方法、差動變壓器式位移檢測方法、光纖位移檢測方測方法、差動變壓器式位移檢測方法、光纖位移檢測方法法光學(xué)數(shù)字式位移檢測光學(xué)數(shù)字式位移檢測-光柵標(biāo)尺、莫爾條紋標(biāo)尺光柵標(biāo)尺、莫爾條紋標(biāo)尺轉(zhuǎn)速檢測轉(zhuǎn)速檢測-離心力檢測法、光電碼盤轉(zhuǎn)速檢測法離心力檢測法、光電碼盤轉(zhuǎn)速檢測法力的檢測方法力的檢測方法金屬應(yīng)變元件、半導(dǎo)體應(yīng)變元件、壓電金屬應(yīng)變元件、半導(dǎo)體應(yīng)變元件、壓電效應(yīng)、壓敏導(dǎo)電橡膠效應(yīng)、壓敏導(dǎo)電橡膠加速度與振動檢測加速度與振動檢測

3、加速度檢測原理、動電型振動檢測加速度檢測原理、動電型振動檢測方法、微機(jī)械加速度傳感元件方法、微機(jī)械加速度傳感元件8.1 位移檢測 1、電容式位移檢測方法 變極距法和變面積法SCdd 1mm變極距或變面積電容式位移檢測ddabbCSabCdddC線性關(guān)系靈敏度 為了提高敏度，減小非線性，常采用差動結(jié)構(gòu)檢測位移為了提高敏度，減小非線性，常采用差動結(jié)構(gòu)檢測位移 差動容量接入變壓器電橋電路進(jìn)行測量差動容量接入變壓器電橋電路進(jìn)行測量當(dāng)負(fù)載為無窮大時，當(dāng)負(fù)載為無窮大時，輸出電壓與位移成比例。輸出電壓與位移成比例。差動電容式位移檢測d0+dC1C2dC1- C2d0-d0120ddCCdd 12002CCd

4、Cd二、電感式位移檢測方法二、電感式位移檢測方法分類分類根據(jù)轉(zhuǎn)換原理分為自感式和互感式根據(jù)轉(zhuǎn)換原理分為自感式和互感式按結(jié)構(gòu)形式分為變間隙式、變面積式和螺管式按結(jié)構(gòu)形式分為變間隙式、變面積式和螺管式自感式自感式組成：線圈、鐵芯和銜鐵組成：線圈、鐵芯和銜鐵原理原理自感式位移傳感器SdSlRm02磁阻：磁導(dǎo)率電感0mRNL2dSNL2028.1 位移檢測8.1 位移檢測 2、差動電感式位移檢測方法為了提高靈敏度，減小非線性，采用差動接法，如圖。為了提高靈敏度，減小非線性，采用差動接法，如圖。 L1 L1、L2L2反對稱變化，接入交流電橋電路，輸出的交流反對稱變化，接入交流電橋電路，輸出的交流信號與直

5、線位移或旋轉(zhuǎn)位移成線性關(guān)系。信號與直線位移或旋轉(zhuǎn)位移成線性關(guān)系。8.1 位移檢測 3 3、互感式互感式差動變壓器式差動變壓器式 互感式位移傳感器，變壓器一次線圈和上下對稱的互感式位移傳感器，變壓器一次線圈和上下對稱的兩個二次線圈之間的互感強(qiáng)度隨鐵心的位置而發(fā)生兩個二次線圈之間的互感強(qiáng)度隨鐵心的位置而發(fā)生變化。變化。鐵芯在中央：e0=0鐵芯向上移：e00鐵芯向下移：e00 時，支點(diǎn)位移檢測 0時，支點(diǎn)加速度檢測 =0時，支點(diǎn)速度檢測mk0)2(0mr8.4 加速度和振動檢測8.4 加速度和振動檢測 2 2、動電型振動檢測方法、動電型振動檢測方法 直接檢測振動速度方法：在磁束密度為直接檢測振動速度

6、方法：在磁束密度為B B的磁場中，的磁場中，長度為長度為L L的導(dǎo)體以速度的導(dǎo)體以速度V V切割磁力線，導(dǎo)體兩端則產(chǎn)切割磁力線，導(dǎo)體兩端則產(chǎn)生電勢差：生電勢差： 加上積分電路，可以把振動速度轉(zhuǎn)換成振動位移信加上積分電路，可以把振動速度轉(zhuǎn)換成振動位移信號，檢測震動位移。號，檢測震動位移。 步行計就是一種簡單的動電特性的振動傳感器。步行計就是一種簡單的動電特性的振動傳感器。eBLV8.4 加速度和振動檢測8.4 加速度和振動檢測8.4 加速度和振動檢測 3 3、微機(jī)械加速度傳感元件、微機(jī)械加速度傳感元件 微機(jī)械加工技術(shù)使小型加速度傳感器得到了很大的微機(jī)械加工技術(shù)使小型加速度傳感器得到了很大的發(fā)展。

7、緩沖汽車撞擊傷害力的空氣包里，裝有擴(kuò)散發(fā)展。緩沖汽車撞擊傷害力的空氣包里，裝有擴(kuò)散硅壓阻膜片的加速度傳感器。硅壓阻膜片的加速度傳感器。 電阻應(yīng)變式加速度計結(jié)構(gòu)原理如下圖所示。它由重塊、懸電阻應(yīng)變式加速度計結(jié)構(gòu)原理如下圖所示。它由重塊、懸臂梁、應(yīng)變片和阻尼液體等構(gòu)成。當(dāng)有加速度時，重塊受力，臂梁、應(yīng)變片和阻尼液體等構(gòu)成。當(dāng)有加速度時，重塊受力，懸臂梁彎曲，按梁上固定的應(yīng)變片之變形便可測出力的大小，懸臂梁彎曲，按梁上固定的應(yīng)變片之變形便可測出力的大小，在已知質(zhì)量的情況下即可計算出被測加速度。殼體內(nèi)灌滿的粘在已知質(zhì)量的情況下即可計算出被測加速度。殼體內(nèi)灌滿的粘性液體作為阻尼之用。這一系統(tǒng)的固有頻率可

8、以做得很低。性液體作為阻尼之用。這一系統(tǒng)的固有頻率可以做得很低。應(yīng) 變 片m懸 臂 梁Z ( t )0Z ( t )1充 以 阻 尼 液 體 的 殼 體四、加速度傳感器四、加速度傳感器 壓電加速度傳感器結(jié)壓電加速度傳感器結(jié)構(gòu)原理如右圖所示。使構(gòu)原理如右圖所示。使用時，傳感器固定在被用時，傳感器固定在被測物體上，感受該物體測物體上，感受該物體的振動，慣性質(zhì)量塊產(chǎn)的振動，慣性質(zhì)量塊產(chǎn)生慣性力，使壓電元件生慣性力，使壓電元件產(chǎn)生變形。產(chǎn)生變形。四、加速度傳感器四、加速度傳感器引出線3質(zhì)量塊1 殼體壓電晶片m4 2 n壓電元件產(chǎn)生壓電元件產(chǎn)生 下圖為一種空氣阻尼的電容式加速度傳感器。該傳感器采下圖為一

9、種空氣阻尼的電容式加速度傳感器。該傳感器采用差動式結(jié)構(gòu)，有兩個固定電極，兩極板之間有一用彈簧支用差動式結(jié)構(gòu)，有兩個固定電極，兩極板之間有一用彈簧支撐的質(zhì)量塊，此質(zhì)量塊的兩端經(jīng)過磨平拋光后作為可動極板。撐的質(zhì)量塊，此質(zhì)量塊的兩端經(jīng)過磨平拋光后作為可動極板。當(dāng)傳感器測量垂直方向的振動時，由于質(zhì)量塊的慣性作用，當(dāng)傳感器測量垂直方向的振動時，由于質(zhì)量塊的慣性作用，使兩固定極相對質(zhì)量塊產(chǎn)生位移，使電容使兩固定極相對質(zhì)量塊產(chǎn)生位移，使電容C1、C2中一個增中一個增大，另一個減小，它們的差值正比于被測加速度。這種加速大，另一個減小，它們的差值正比于被測加速度。這種加速度傳感器的精度較高，頻率響應(yīng)范圍寬，可以

10、測得很高的加度傳感器的精度較高，頻率響應(yīng)范圍寬，可以測得很高的加速度值。速度值。四、加速度傳感器四、加速度傳感器3241C12C各種加速度傳感器磁電振動檢測（檢測振動速度） 應(yīng)變片懸臂梁振動檢測（檢測慣性彎曲）各種加速度傳感器擴(kuò)散硅壓阻膜片（檢測振動速度） 壓電陶瓷膜片（檢測振動速度） 叉指式硅微加速度傳感器中央活動極板固定極板敏感單元固定點(diǎn)連接片靜止?fàn)顟B(tài)：C1=C2 活動狀態(tài)：C1C2C1 C2C1 C2加速度方向 ADXL50的性能和技術(shù)指標(biāo)滿刻度量程： 50g；單電源： +5V ；輸出電源范圍：0.25-4.75V靈敏度：20mV/g ；能承受：2000g的沖擊；用戶設(shè)定輸出放大器的倍數(shù)和調(diào)節(jié)0g的電平；可改變帶寬：DC-1