位移与转速测量版.pptx
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1、2024/9/27 2024/9/27 周五周五位移与转速的测量位移测量位移测量 第第9 9章章 位移与转速测量位移与转速测量9.1电感式位移计电感式位移计 电阻式位移计电阻式位移计9.1.1转速测量转速测量光电式转速计光电式转速计 磁电式转速计磁电式转速计 转速脉冲测量方法转速脉冲测量方法9.29.1.29.2.19.2.29.2.319.1 9.1 位移测量位移测量线位移线位移 比如:车身刚度、大梁刚度、路面比如:车身刚度、大梁刚度、路面不平度、悬架刚度等不平度、悬架刚度等角位移角位移 比如:方向盘转角、制动踏板位移、比如:方向盘转角、制动踏板位移、车身侧倾角、转向角、车轮转角等车身侧倾角
2、、转向角、车轮转角等位位移移29.1 9.1 位移测量位移测量同位素传感器(用同位素辐射反映位移同位素传感器(用同位素辐射反映位移S)S)互感式传感器(用感应电势互感式传感器(用感应电势e e反映位移反映位移S S)电阻式位移计(用电阻变化量反映位移电阻式位移计(用电阻变化量反映位移S S)电感式位移计(用电感变化量电感式位移计(用电感变化量L L反映位移反映位移S S)电容式传感器(用电容变化量电容式传感器(用电容变化量C C反映位移反映位移S S)位位移移常常用用测测量量方方法法下面介绍应用较广泛的两种传感器:电阻式位移计和电下面介绍应用较广泛的两种传感器:电阻式位移计和电感式位移计感式位
3、移计9.1.1 9.1.1 电阻式位移计电阻式位移计3电阻式位移计是一种把被测量转换为电阻变化的传感器。电阻式位移计是一种把被测量转换为电阻变化的传感器。按其工作原理可分为按其工作原理可分为变阻器式变阻器式和和电阻应变式电阻应变式两类。两类。1 1变阻器式位移计变阻器式位移计 a a)直线位移型)直线位移型 b b)角位移型)角位移型 c c)非线性型)非线性型 4 变阻器式位移计变阻器式位移计通过改变电位器触头位置,实通过改变电位器触头位置,实现将位移转换为电阻的变化。其表达式为现将位移转换为电阻的变化。其表达式为 :直线位移型直线位移型 灵敏度灵敏度 角位移型角位移型 灵敏度灵敏度9.1.
4、1 9.1.1 电阻式位移计电阻式位移计5非线性型非线性型为了使输出电阻值为了使输出电阻值 与与 呈呈线性关系线性关系,变阻器骨架,变阻器骨架应做成直角三角形。应做成直角三角形。变阻器骨架应做成抛物线形。变阻器骨架应做成抛物线形。变阻器式传感器的后变阻器式传感器的后接电路一般采用电阻接电路一般采用电阻分压电路。分压电路。优点:优点:结构简单、性能稳定、使用方便。结构简单、性能稳定、使用方便。缺点:缺点:分辨力不高,因为受到电阻丝直径的限制。分辨力不高,因为受到电阻丝直径的限制。9.1.1 9.1.1 电阻式位移计电阻式位移计6应用:应用:用于线位移、角位移测量,在测量仪器中用于伺服记录仪器或用
5、于线位移、角位移测量,在测量仪器中用于伺服记录仪器或电子电位差计等。电子电位差计等。2 2电阻应变式传感器电阻应变式传感器 电阻应变式传感器可分为电阻应变式传感器可分为金属电阻应变片式金属电阻应变片式与与半导体应变片式半导体应变片式两类两类。工作原理:工作原理:应变片发生机械变形时,其电阻值发生变化。应变片发生机械变形时,其电阻值发生变化。l金属丝电阻应变片金属丝电阻应变片 11电阻丝电阻丝 22基片基片 3 3一覆盖层一覆盖层 44引出线引出线 9.1.1 9.1.1 电阻式位移计电阻式位移计7l金属箔式应变片金属箔式应变片 电阻丝的电阻值电阻丝的电阻值 电阻丝即随同物体一起变形,其电阻值发
6、生相应变化电阻丝即随同物体一起变形,其电阻值发生相应变化 或或9.1.1 9.1.1 电阻式位移计电阻式位移计8 是由电阻丝几何尺寸改变所引起的,对于同一种材料,是由电阻丝几何尺寸改变所引起的,对于同一种材料,项是常数。项是常数。项则是由于电阻丝的电阻率随应变的改变而引起的,对于金属丝项则是由于电阻丝的电阻率随应变的改变而引起的,对于金属丝来说,是很小的,可忽略。上式可简化为来说,是很小的,可忽略。上式可简化为 灵敏度灵敏度 9.1.1 9.1.1 电阻式位移计电阻式位移计9 一般市售电阻应变片的标准阻值有一般市售电阻应变片的标准阻值有6060、120120、350350、600600和和10
7、001000等。其中以等。其中以120120最为常用。应变片的尺寸可根据使用要求来选定。最为常用。应变片的尺寸可根据使用要求来选定。优点:优点:体积小、动态响应快、测量精确度高、使用简便等。体积小、动态响应快、测量精确度高、使用简便等。应用:应用:用于应变、力、位移、加速度、扭矩等参数的测量。用于应变、力、位移、加速度、扭矩等参数的测量。缺点:缺点:温度稳定性能差,在较大应变作用下,非线性误差大等。温度稳定性能差,在较大应变作用下,非线性误差大等。l半导体应变片半导体应变片 11胶膜衬底胶膜衬底 2P-Si 2P-Si 33内引线内引线 44焊接板焊接板 55外引线外引线 9.1.1 9.1.
8、1 电阻式位移计电阻式位移计10工作原理工作原理:是基于半导体材料的是基于半导体材料的压阻效应压阻效应。压阻效应压阻效应是指单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时,是指单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时,原子点阵排列规律发生变化,导致载流子迁移率及载流子浓度原子点阵排列规律发生变化,导致载流子迁移率及载流子浓度的变化,从而引起电阻率的变化,从而引起电阻率 变化的现象。变化的现象。在电阻相对变化的表达式中,在电阻相对变化的表达式中,项是由几何尺寸变项是由几何尺寸变化引起的,化引起的,是由于电阻率变化而引起的。对半导体而言,是由于电阻率变化而引起的。对半导体而言,项远远大于项远远大于 项,
9、它是半导体应变片的主要部分,故项,它是半导体应变片的主要部分,故电电阻相对变化的表达式阻相对变化的表达式可简化为可简化为 灵敏度灵敏度9.1.1 9.1.1 电阻式位移计电阻式位移计11优点:优点:灵敏度高,机械滞后小、横向效应小灵敏度高,机械滞后小、横向效应小、体积小等特点体积小等特点。缺点:缺点:温度稳定性能差、灵敏度离散度大,非线性误差大等。温度稳定性能差、灵敏度离散度大,非线性误差大等。应用:应用:用于压力、加速度等参数的测量。用于压力、加速度等参数的测量。电阻应变式传感器有以下两种电阻应变式传感器有以下两种应用方式:应用方式:1)1)直接用来测定结构的应变或应力。直接用来测定结构的应
10、变或应力。2 2)将应变片贴于弹性元件上,作为测量力、位移、压力、加)将应变片贴于弹性元件上,作为测量力、位移、压力、加速度等物理参数的传感器。速度等物理参数的传感器。3 3固态压阻式传感器固态压阻式传感器 工作原理工作原理:是基于半导体材料的是基于半导体材料的电阻效应电阻效应。9.1.1 9.1.1 电阻式位移计电阻式位移计12 固态压阻式传感器是以单晶硅为基底材料,按一定晶向固态压阻式传感器是以单晶硅为基底材料,按一定晶向将将P P型杂质扩散到型杂质扩散到N N型硅底层上,形成一层极薄的导电型硅底层上,形成一层极薄的导电P P型层。型层。此此P P型层就相当于半导体应变片中的电阻条,连接引
11、线后就型层就相当于半导体应变片中的电阻条,连接引线后就构成了扩散型半导体应变片。由于基底构成了扩散型半导体应变片。由于基底(硅片硅片)与敏感元件与敏感元件(导电层导电层)互相渗透,结合紧密,所以基本上为一体。在生产互相渗透,结合紧密,所以基本上为一体。在生产时可以根据传感器结构形成制成各种形状,如圆形杯或长方时可以根据传感器结构形成制成各种形状,如圆形杯或长方形梁等。这时基底就是形梁等。这时基底就是弹性元件弹性元件,导电层就是,导电层就是敏感元件敏感元件。当。当有机械力作用时,硅片产生应变,使导电层发生电阻变化。有机械力作用时,硅片产生应变,使导电层发生电阻变化。一般这种元件做成按一定晶向扩散
12、、四个电阻组成的全桥形一般这种元件做成按一定晶向扩散、四个电阻组成的全桥形式,在外力作用下,电桥产生相应的不平衡输出。式,在外力作用下,电桥产生相应的不平衡输出。应用:应用:固态压阻式传感器主要用于测量压力与加速度。固态压阻式传感器主要用于测量压力与加速度。9.1.1 9.1.1 电阻式位移计电阻式位移计139.1.2 9.1.2 电感式位移计电感式位移计 9.1.29.1.2电感位移计原理与分类电感位移计原理与分类 电感式传感器的结构原理电感式传感器的结构原理 14三、电感式传感器三、电感式传感器 电感式传感器电感式传感器是把被测量转换为电感量变化的一种装置,是把被测量转换为电感量变化的一种
13、装置,其变换是基于其变换是基于电磁感应原理电磁感应原理。按照变换方式的不同,可分为自。按照变换方式的不同,可分为自感型感型(包括可变磁阻式与涡流式包括可变磁阻式与涡流式)与互感型与互感型(差动变压器式差动变压器式)。1 1自感型自感型(1 1)可变磁阻式)可变磁阻式 a a)可变磁阻结构)可变磁阻结构 b b)特性曲线)特性曲线1 1一线圈一线圈 22铁心铁心 3 3一衔铁一衔铁 9.1.2 9.1.2 电感式位移计电感式位移计 15a a)可变导磁面积型)可变导磁面积型 b b)差动型)差动型 c c)单螺管线圈型)单螺管线圈型 d d)双螺管线圈差动型)双螺管线圈差动型 9.1.2 9.1
14、.2 电感式位移计电感式位移计 16a a)电桥电路)电桥电路 b b)输出特性)输出特性 双螺管线圈差动型,较之单螺管型有较高灵敏度及线性,双螺管线圈差动型,较之单螺管型有较高灵敏度及线性,被用于电感测微计上,常用测量范围为被用于电感测微计上,常用测量范围为0 0300m300m,最小分辨力,最小分辨力为为0 05m5m。9.1.2 9.1.2 电感式位移计电感式位移计 172 2互感型互感型差动变压器式电感传感器差动变压器式电感传感器 工作原理:工作原理:这种传感器利用了电磁感应中的互感现象,实质上就是这种传感器利用了电磁感应中的互感现象,实质上就是一个一个变压器变压器。其一次侧线圈接入稳
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