自动检测技术及仪表控制系统课件(机械量)

1、第八章第八章 机械量检测机械量检测转速检测转速检测2加速度与振动检测加速度与振动检测4力的检测力的检测3 3位移检测位移检测3 1机械量介绍 机械量包括长度、位移、速度、转角、转速、力、机械量包括长度、位移、速度、转角、转速、力、力矩、振动等参数。力矩、振动等参数。 其中直线位移是机械量中最基本的参数；其中直线位移是机械量中最基本的参数； 速度是位移的时间微分；速度是位移的时间微分； 力或力矩可以使弹性体变形而产生位移；力或力矩可以使弹性体变形而产生位移； 由牛顿定律可知加速度与作用力有关。由牛顿定律可知加速度与作用力有关。 机械量检测的主要任务：检测位移和力的大小机械量检测的主要任务：检测位

2、移和力的大小位移：线位移：线位移位移与角位移与角位移按检测原理分类主要内容主要内容模拟式位移检测模拟式位移检测-电容式位移检测方法、电感式位移检电容式位移检测方法、电感式位移检测方法、差动变压器式位移检测方法、光纤位移检测方测方法、差动变压器式位移检测方法、光纤位移检测方法法光学数字式位移检测光学数字式位移检测-光栅标尺、莫尔条纹标尺光栅标尺、莫尔条纹标尺转速检测转速检测-离心力检测法、光电码盘转速检测法离心力检测法、光电码盘转速检测法力的检测方法力的检测方法金属应变元件、半导体应变元件、压电金属应变元件、半导体应变元件、压电效应、压敏导电橡胶效应、压敏导电橡胶加速度与振动检测加速度与振动检测

3、加速度检测原理、动电型振动检测加速度检测原理、动电型振动检测方法、微机械加速度传感元件方法、微机械加速度传感元件8.1 位移检测 1、电容式位移检测方法 变极距法和变面积法SCdd 1mm变极距或变面积电容式位移检测ddabbCSabCdddC线性关系灵敏度 为了提高敏度，减小非线性，常采用差动结构检测位移为了提高敏度，减小非线性，常采用差动结构检测位移 差动容量接入变压器电桥电路进行测量差动容量接入变压器电桥电路进行测量当负载为无穷大时，当负载为无穷大时，输出电压与位移成比例。输出电压与位移成比例。差动电容式位移检测d0+dC1C2dC1- C2d0-d0120ddCCdd 12002CCd

4、Cd二、电感式位移检测方法二、电感式位移检测方法分类分类根据转换原理分为自感式和互感式根据转换原理分为自感式和互感式按结构形式分为变间隙式、变面积式和螺管式按结构形式分为变间隙式、变面积式和螺管式自感式自感式组成：线圈、铁芯和衔铁组成：线圈、铁芯和衔铁原理原理自感式位移传感器SdSlRm02磁阻：磁导率电感0mRNL2dSNL2028.1 位移检测8.1 位移检测 2、差动电感式位移检测方法为了提高灵敏度，减小非线性，采用差动接法，如图。为了提高灵敏度，减小非线性，采用差动接法，如图。 L1 L1、L2L2反对称变化，接入交流电桥电路，输出的交流反对称变化，接入交流电桥电路，输出的交流信号与直

5、线位移或旋转位移成线性关系。信号与直线位移或旋转位移成线性关系。8.1 位移检测 3 3、互感式互感式差动变压器式差动变压器式 互感式位移传感器，变压器一次线圈和上下对称的互感式位移传感器，变压器一次线圈和上下对称的两个二次线圈之间的互感强度随铁心的位置而发生两个二次线圈之间的互感强度随铁心的位置而发生变化。变化。铁芯在中央：e0=0铁芯向上移：e00铁芯向下移：e00 时，支点位移检测 0时，支点加速度检测 =0时，支点速度检测mk0)2(0mr8.4 加速度和振动检测8.4 加速度和振动检测 2 2、动电型振动检测方法、动电型振动检测方法 直接检测振动速度方法：在磁束密度为直接检测振动速度

6、方法：在磁束密度为B B的磁场中，的磁场中，长度为长度为L L的导体以速度的导体以速度V V切割磁力线，导体两端则产切割磁力线，导体两端则产生电势差：生电势差： 加上积分电路，可以把振动速度转换成振动位移信加上积分电路，可以把振动速度转换成振动位移信号，检测震动位移。号，检测震动位移。 步行计就是一种简单的动电特性的振动传感器。步行计就是一种简单的动电特性的振动传感器。eBLV8.4 加速度和振动检测8.4 加速度和振动检测8.4 加速度和振动检测 3 3、微机械加速度传感元件、微机械加速度传感元件 微机械加工技术使小型加速度传感器得到了很大的微机械加工技术使小型加速度传感器得到了很大的发展。

7、缓冲汽车撞击伤害力的空气包里，装有扩散发展。缓冲汽车撞击伤害力的空气包里，装有扩散硅压阻膜片的加速度传感器。硅压阻膜片的加速度传感器。 电阻应变式加速度计结构原理如下图所示。它由重块、悬电阻应变式加速度计结构原理如下图所示。它由重块、悬臂梁、应变片和阻尼液体等构成。当有加速度时，重块受力，臂梁、应变片和阻尼液体等构成。当有加速度时，重块受力，悬臂梁弯曲，按梁上固定的应变片之变形便可测出力的大小，悬臂梁弯曲，按梁上固定的应变片之变形便可测出力的大小，在已知质量的情况下即可计算出被测加速度。壳体内灌满的粘在已知质量的情况下即可计算出被测加速度。壳体内灌满的粘性液体作为阻尼之用。这一系统的固有频率可

8、以做得很低。性液体作为阻尼之用。这一系统的固有频率可以做得很低。应 变 片m悬 臂 梁Z ( t )0Z ( t )1充 以 阻 尼 液 体 的 壳 体四、加速度传感器四、加速度传感器 压电加速度传感器结压电加速度传感器结构原理如右图所示。使构原理如右图所示。使用时，传感器固定在被用时，传感器固定在被测物体上，感受该物体测物体上，感受该物体的振动，惯性质量块产的振动，惯性质量块产生惯性力，使压电元件生惯性力，使压电元件产生变形。产生变形。四、加速度传感器四、加速度传感器引出线3质量块1 壳体压电晶片m4 2 n压电元件产生压电元件产生 下图为一种空气阻尼的电容式加速度传感器。该传感器采下图为一

9、种空气阻尼的电容式加速度传感器。该传感器采用差动式结构，有两个固定电极，两极板之间有一用弹簧支用差动式结构，有两个固定电极，两极板之间有一用弹簧支撑的质量块，此质量块的两端经过磨平抛光后作为可动极板。撑的质量块，此质量块的两端经过磨平抛光后作为可动极板。当传感器测量垂直方向的振动时，由于质量块的惯性作用，当传感器测量垂直方向的振动时，由于质量块的惯性作用，使两固定极相对质量块产生位移，使电容使两固定极相对质量块产生位移，使电容C1、C2中一个增中一个增大，另一个减小，它们的差值正比于被测加速度。这种加速大，另一个减小，它们的差值正比于被测加速度。这种加速度传感器的精度较高，频率响应范围宽，可以

10、测得很高的加度传感器的精度较高，频率响应范围宽，可以测得很高的加速度值。速度值。四、加速度传感器四、加速度传感器3241C12C各种加速度传感器磁电振动检测（检测振动速度） 应变片悬臂梁振动检测（检测惯性弯曲）各种加速度传感器扩散硅压阻膜片（检测振动速度） 压电陶瓷膜片（检测振动速度） 叉指式硅微加速度传感器中央活动极板固定极板敏感单元固定点连接片静止状态：C1=C2 活动状态：C1C2C1 C2C1 C2加速度方向 ADXL50的性能和技术指标满刻度量程： 50g；单电源： +5V ；输出电源范围：0.25-4.75V灵敏度：20mV/g ；能承受：2000g的冲击；用户设定输出放大器的倍数和调节0g的电平；可改变带宽：DC-1