第九章-气电式传感器资料

传感器结构原理与设计机械工程学院仪器系李云雷Tel:2786982办公室：新试验楼427原理：气动测量+气电转换

结构组成：气动量仪（关键部件：气动测头）＋气电转换部件

第九章气电式传感器被测量（尺寸大小）气压变更气流量变更电信号气电转换方式：电触式、光电式、电感式、电容式、压阻式优点：非接触测量，测量精度高，可以进行两个尺寸差值、平均值以及困难形态综合参数测量。缺点：须要净化的恒压气源，对稳压气源较难获得；动态响应时间比较长（约0.2～1s），限制了检测速度。第一节气动测量的原理气动测量原理：把被测尺寸量的变更转换为气室中压力的变更或管路中流量的变更。气动测量分类：压力式气动测量、流量式气动测量。一、压力式气动测量原理工作过程：净化和稳压气体以工作压力Pg送入管路1，通过进气喷嘴2和气室4后，由测量喷嘴5喷入大气。测量喷嘴与它前面的挡板或工件6之间的间隙变更时，代表了工件尺寸的变更，z越小，气室内压力Pc越大。气室测量压力计算：a——流量系数；d——测量喷嘴直径；d1——进气嘴直径。结论：Pc与z2成反比，为非线性系统，测量时应当利用特性曲线中间近似线性的部分；Pc=0.75Pg的左右范围内变动，线性度较好；d1越大，灵敏度越小，但测量范围大。其次节气动测头测头包括测量喷嘴，就是测量时感受被测几何量变更的机构。种类：按测量方式不同，分为非接触式和接触式两类；按其结构原理来分，有喷嘴挡板和阀式。一、喷嘴挡板结构五种结构形式：平行式、不平行式、反射式、负压式和喷射式。平行式：喷嘴为平端面，挡板是被测构件的平面。当喷嘴固定，被测构件尺寸变更时，喷气口气体流入大气的面积不是喷嘴孔的截面积，而是以喷嘴孔截平面为底，间隙Z为高的圆柱体侧面，流出面积F=πdz，流出流量为Q=vπdz。不平行式：喷嘴孔的截面积可依据几何关系，等效为平行挡板的流出流量Q。它常用在气动塞规和卡规中测量轴和孔的尺寸。反射式：输出压力比较低，但测量间隙较大，一般可达3~4mm。

负压式：靠高速气流的抽吸作用，把喷嘴d2内的空气带出，测量气室形成负压区。线性范围不大于0.12mm。

气动测头应用：气动赛规应用：测量孔径；

结构：塞规体1、喷嘴孔、排气槽、管嘴2、管路、测量气室、导向头；

参数：喷嘴直径d（影响灵敏度和测量范围）；排气槽和下沉量δ（影响仪器稳定性）。气动卡规

应用：测量外径尺寸；

结构：卡规体、喷嘴孔、管路、排气槽、V字形定位面等。

第三节压力式气电传感器压力式气电传感器是在压力式气动测量的基础上，再加上气电转换元件，将气室压力转换为电信号输出。类型：液柱式、膜片式、膜盒式和水纹管式等。一、膜片式气电传感器1、工作原理过滤稳压器1过滤的恒压气体进入两路系统：下喷嘴11、下气室和测量喷嘴9，工件10组成的气动测量系统；上喷嘴2、上气室、锥杆3与出气环7之间的的环形出气间隙组成平衡气路系统。膜片式气电传感器工作原理1、过滤稳压器2（11）、进气喷嘴3、锥杆4、弹簧5、指示表6、电触点副7、出气环8、金属膜片9、测量喷嘴10、工件测量间隙z变更时，引起下气室压力的变更，于是金属膜片8失去原来的平衡状态，使膜片位移带动锥杆3移动，使环形气隙7变更，直到上下气室的压力重新平衡为止。测量间隙z的微小变更可以引起锥杆3较大位移，并传到指示表5，由指示表指示出工件尺寸的变更值，同时电触点副6可以发生相应的电信号。弹簧4产生指示表的测力，使表头和锥杆3牢靠地接触。2、传感器结构膜片式气电传感器结构1、金属膜片2、进气喷嘴3、锥杆4、出气环5、电触点副（四对）6、指示表7、信号灯8、测量喷嘴特点：（1）工作压力pg=4×105N/m2，高压薄膜气动量仪；（2）四对电触点副，信号灯显示状态，触点副间隙可由螺钉调整；（3）指示表放大倍数，机械部分（100）×气动部分（10），分度值0.001mm。（4）高压可吹净工件表面，适于加工过程的自动测量。3、测量电路（1）四路晶体管继电器电路；（2）S2测量开关；（3）Sg动触点；（4）Sa、Sb、Sc、Sd四个可调整的定触点。二、水纹管式气电传感器的工作原理背压式经过净化和稳压后的工作压力为Pg的压缩空气由管路1送来，进气喷嘴2和测量喷嘴6组成背压式测量系统。被测工件尺寸变更引起测量间隙z变更，测量压力Pc随之变更，因而使水纹管伸缩变形并带动磁芯5在电感线圈4中移动。这样就把被测尺寸的微小变更转换成电感线圈中的电感量的变更。最终经电路处理并指示出被测尺寸的变更值和发出限制信号。pc1—管路2—进气喷嘴3—水纹管4—电感线圈5—磁心6—测量喷嘴差压式工作压力为pg的压缩空气进来后分为两路，一路经进气喷嘴1进入水纹管3的内腔，并由可调排气喷嘴5排向大气；另一路经进气喷嘴2进到水纹管3的外腔，经测量喷嘴4喷出。工件尺寸的变更经测量间隙z变更了水纹管内外腔原来的压力差，使水纹管伸缩变形而带动磁芯位移。差压式测量电路1—进气喷嘴2—进气喷嘴3—水纹管4—测量喷嘴5—可调排气喷