传感器与检测技术第8章机械量检测技术

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1、第8章机械量检测技术本章提要本章介绍机械量中常见的位移、速度（转速）与厚度的检测技术。重点阐述了接触式、非接触式位移检测的方法和常用位移传感器的性能与选用；速度（转速）的检测方法，传感器的性能与选用；厚度检测中常用的高频反射式与低频透射式测厚的检测原理。8.1位移检测技术位移是指物体或其某一部分的位置对参考点产生的偏移量。位移可以是直线位移或角位移。长度检测：直线位移检测。角度检测：角位移检测。根据位移检测范围变化的大小，可分为微小位移检测、小位移检测和大位移检测三种。8.1.1常见位移的检测方法1.积分法检测运动物体的速度或加速度，经过积分或二次

2、积分求得运动物体的位移。2.相关测距法利用相关函数的时延性质，向某被测物发射信号，将发射信号与经被测物反射的返回信号作相关处理，求得时延，若发射信号的速度已知，则可求得发射点与被测物之间的距离。3.回波法从测量起始点到被测面是一种介质，被测面以后是另一种介质，利用介质分界面对波的反射原理测位移。4.线位移和角位移相互转换被测量是线位移时，若检测角位移更方便，则可用间接测量方法，通过测角位移再换算成线位移。同样，被测是角位移时，也可先测线位移再进行转换。5.位移传感器法通过位移传感器，将被测位移量的变化转换成电量（电压、电流、阻抗等）、流量、磁通量等

3、的变化，间接测位移。8.1.2常用的位移传感器小位移通常采用应变式、电感式、差动变压器式、电容式、霍尔式等传感器，测量精度可以达到0.5～1.0%，其中电感式和差动变压器式传感器的测量范围要大一些，有些可达100mm。小位移传感器主要用于测量微小位移，从微米级到毫米级，如进行蠕变测量、振幅测量等。大位移的测量则常采用感应同步器、计量光栅、磁栅、编码器等传感器，这些传感器具有较易实现数字化、测量精度高、抗干扰性能强、避免了人为的读数误差、方便可靠等特点。8.1.3接触式位移检测技术1.电容式传感器在位移检测中的应用（a）振动（b）垂直位移（c）弹性位

4、移（d）厚度检测（e）曲度检测（f）中心度检测图8-1电容式位移传感器应用示意图在位移检测中，主要利用变极距型电容式传感器的原理来实现位移的检测。（a）结构（b）外形图8-2单电极电容位移传感器1－电极；2－绝缘衬套；3－壳体；4－弹簧卡圈；5－电极座；6－盘形电容；7－螺母图8-3振荡位移和回转精度的测量（a）振动测量；（b）轴的回转精度测量图8-3（a）是振动位移测量，可测0.05μm的位移。图8-3（b）是转轴回转精度的测量，利用正交方向安放的两个电容位移传感器，可测出转轴的轴心动态偏摆情况。适合于测量高频振动的微小位移。2.电感式传感器在位

5、移检测中的应用在位移检测中，电感式传感器是把被测位移转换为自感系数L的变化。然后将L接入一定的转换电路，位移变化便可变成电信号。下面以轴向电感式位移计为例说明其结构及应用。1）轴向电感式位移计的结构。轴向电感式位移计的结构和外形如图8-4所示。轴向电感式位移计（a）结构（b）外形图8-4电感式位移计结构1－引线；2－固定磁筒；3－衔铁；4－线圈；5－弹簧；6－防转销；7－钢球导轨；8－测杆；9－密封套；10－测端.变压器式交流电桥电桥的两臂Z1和Z2是电感位移计两个线圈的阻抗。电桥的另外两个桥臂为电源变压器次级线圈的两个半绕组，半绕组的电压为U/2

6、。电桥对角A、B两点的电位差为电桥的输出电压U0。假设阻抗Z1上端点处的电位为零，则A、B两点的电位分别为B两点的电位差即输出电压由上式可知：①当测杆的铁心或衔铁处于中间位置时，两线圈的电感相等。如果两线圈绕制得对称，则阻抗也相等。因Z1＝Z2＝Z0，则输出电压②当测杆的铁心向上移动时，上线圈的阻抗增加，下线圈的阻抗减小，即Z1＝Z0＋ΔZ，Z2＝Z0－ΔZ，则输出电压③当测杆的铁心向下移动时，上线圈的阻抗减小，下线圈的阻抗增大，即Z1＝Z0－ΔZ，Z2＝Z0＋ΔZ，则输出电压衔铁上下移动相同距离时,输出电压的大小相等,但方向相反,由于U0是交流电

7、压,输出指示无法判断位移方向,必须配合相敏检波电路来解决。3.差动变压器在位移检测中的应用把被测位移量转换为传感器线圈的互感系数M的变化（1）差动变压器位移计的结构图8-6差动变压器位移计1－测头；2－轴套；3－测杆；4－活动铁芯；5－线圈架；6－导线；7－屏蔽筒；8－圆片弹簧；9－恢复弹簧；10－防尘罩（2）差动变压器位移计的测量电路差动变压器位移计的测量电路按输出电压信号及被测值的大小可分为大位移测量电路和小位移测量电路两种。1）大位移测量电路。大位移测量电路如图8-7所示。当只要求测量位移的大小，不要求分辨位移的方向，且测量精度要求不高的情况

8、下，通常采用整流电路整流后送入直流电压表显示位移的大小，如图8-7（a）、（b）所示。当既要求测量位移的大小，又要求分辨位