自动检测技术第六章课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 位移及速度检测,本章主要介绍自感式位移计、差动变压式位移计、电位器式位移计、感应同步器、光栅、光电码盘、电涡流位移计、电容式位移计、磁电式速度计、光电转速计、电磁式转速计和测速发电机等的原理、结构、特性及应用。,第六章 位移及速度检测 本章主要介绍自感式位移计、差,1,6.1 自感式位移传感与测试,6.1.1 自感式传感器的工作原理及分类,自感式传感器又称电感式传感器或可变磁阻式传感器，原理如图所示。,线圈的电感值按下式计算：,其中：,6.1 自感式位移传感与测试 6.1.1 自感式传感器的工作,2,6.1 自感式位移传感与测试,若忽略Rc，则有,故,电感式传感器分为三种类型，如图所示。,6.1 自感式位移传感与测试 若忽略Rc，则有,3,6.1 自感式位移传感与测试,6.1.2 输出特性,变间隙式和变截面式自感传感器的输出的特性如图所示。其灵敏度分别为为,6.1 自感式位移传感与测试6.1.2 输出特性,4,6.1 自感式位移传感与测试,6.1.3 差动自感传感器原理,差动变间隙式传感器结构及特性如图所示。,6.1 自感式位移传感与测试6.1.3 差动自感传感器原理,5,6.1 自感式位移传感与测试,初始电感,因L,1,、L,2,是差动形式，故总的电感变化量为,略去高次项，则有,与单边式相比，有如下优点：,1.灵敏度提高一倍；,2.具有温度自补偿作用，抗外磁场干扰能力强；,3.电磁吸力相互抵消，线性度高。,6.1 自感式位移传感与测试 初始电感,6,6.1 自感式位移传感与测试,6.1.4 自感式位移计,一、轴向电感式位移计的结构,二、电感式位移计的测量电路,6.1 自感式位移传感与测试6.1.4 自感式位移计,7,6.1 自感式位移传感与测试,A、B两点的电位差即输出电压,1.衔铁处于中间位置时，输出电压为,2.衔铁向上移动时，输出电压为,3.衔铁向下移动时，输出电压为,6.1 自感式位移传感与测试A、B两点的电位差即输出电压,8,6.2 差动变压器,6.2.1 差动变压器工作原理及特性,差动变压器结构如图所示。,6.2 差动变压器6.2.1 差动变压器工作原理及特性 差,9,6.2 差动变压器,当铁芯处于中间位置时，输出电压:,当铁芯向右移动时，则输出电压:,当铁芯向左移动时，则输出电压: 输出电压的方向反映了铁芯的运动方向，大小反映了铁芯的位移大小。,6.2 差动变压器当铁芯处于中间位置时，输出电压:,10,6.2 差动变压器,输出特性如图所示。,6.2.2 差动变压器,一、差动变压器位移计的结构,6.2 差动变压器输出特性如图所示。,11,6.2 差动变压器,二、差动变压器位移计的测量电路 1.大位移测量电路 电路如图所示。,只测位移大小时，,用图a、b电路；,大小、方向都测,时，用图c、d的,相敏检波电路。,6.2 差动变压器二、差动变压器位移计的测量电路 1.大位,12,6.2 差动变压器,2.微小位移测量电路 DGS20C /A型测微仪的框图如示。,6.2 差动变压器2.微小位移测量电路 DGS20C,13,6.3 电位器传感器,6.3.1 电位器传感器基本工作原理,电位计式电阻传感器的结构如图，图(a)为直线式电位计，可测线位移；(b)为旋转式电位计，可测角位移。,6.3 电位器传感器 6.3.1 电位器传感器基本工作原理,14,6.3 电位器传感器,6.3.2 电位器传感器输出特性,6.3 电位器传感器6.3.2 电位器传感器输出特性,15,6.3 电位器传感器,6.3.3 电位器传感器结构,一、电阻丝,：对电阻丝的要求是：电阻系数大，温度系数小，对铜的热电势应尽可能小，常用材料有：铜镍合金类、铜锰合金类、镍铬丝等。,二、骨架,：对骨架材料要求形状稳定表面绝缘电阻高，有较好的散热能力。常用的有陶瓷、酚醛树脂和工程塑料等。,三、电刷,：电刷与电阻丝材料应配合恰当、接触电势小，并有一定的接触压力。这能使噪声降低。,6.3 电位器传感器6.3.3 电位器传感器结构一、电阻,16,6.3 电位器传感器,6.3.4 电位计式位移传感器,YHD型电位计式位移传感器的结构如图。,6.3 电位器传感器6.3.4 电位计式位移传感器,17,6.4 感应同步器,6.4.1 感应同步器的结构 直线感应同步器由做有印刷电路绕组定尺和滑尺组成，如图所示。,6.4 感应同步器 6.4.1 感应同步器的结构 直线,18,6.4 感应同步器,绕组结构如图,6.4 感应同步器绕组结构如图,19,6.4 感应同步器,定尺和滑尺的截面结构如图,滑尺的配置与接线如图,6.4 感应同步器定尺和滑尺的截面结构如图,20,6.4 感应同步器,二、圆感应同步器 圆感应同步器又称旋转式感应同步器，结构如图所示。,6.4 感应同步器二、圆感应同步器 圆感应同步器又称,21,6.4 感应同步器,6.4.2 感应同步器的工作原理,6.4 感应同步器6.4.2 感应同步器的工作原理,22,6.4 感应同步器,感应电势与两绕组相对位置的关系,6.4 感应同步器感应电势与两绕组相对位置的关系,23,6.4 感应同步器,6.4.3 感应同步器的电气参数,1.感抗远小于电阻。2.输出电压远小于励磁电压。3.输入电压失真系数大于励磁电压失真系数。 4.有较强的抗干扰能力,6.4.4 数字位置测量系统,图是采用鉴幅型变换的增量型位置测量系统,6.4 感应同步器6.4.3 感应同步器的电气参数1.感,24,6.4 感应同步器,系统的粗略原理框图如图所示。,6.4 感应同步器系统的粗略原理框图如图所示。,25,6.5 光栅位移测试,光栅式位移传感器，也称计量光栅，主要用于长度和角度的精密测量。,6.5.1 光栅的基本结构一、光栅：光栅是在透,明的玻璃上刻有大量平,行等宽等距的刻线构成,的，结构如图。,6.5 光栅位移测试 光栅式位移传感器，也称计量光栅，主要,26,6.5 光栅位移测试,二、光栅的分类 光栅按其用途分长光栅和圆光栅两类。计量光栅分类见图。,6.5 光栅位移测试二、光栅的分类 光栅按其用途分长,27,6.5 光栅位移测试,6.5.2 光栅传感器的工作原理,光栅传感器由光栅、光路、光电元件和转换电路等组成。,一、光栅传感器的组成 光栅传感器的组成如图所示。指示光栅应置于主光栅的费涅耳第一焦面上，其间的距离为：,6.5 光栅位移测试6.5.2 光栅传感器的工作原理,28,6.5 光栅位移测试,二、莫尔条纹,1.莫尔条纹：光栅式传感器的基本工作原理是利用光栅的莫尔条纹现象来进行测量的。莫尔条纹如图所示。,6.5 光栅位移测试二、莫尔条纹,29,6.5 光栅位移测试,2.莫尔条纹的特征 (1) 运动对应关系：莫尔条纹的移动量和移动方向与主光栅相对于指示光栅的位移量和方向有严格的对应关系。如图所示。,6.5 光栅位移测试 2.莫尔条纹的特征 (1) 运,30,6.5 光栅位移测试,(2)减小误差：莫尔条纹对光栅的刻线误差有平均作用，能在很大程度上消除栅距局部误差和短周期误差影响。,(3)位移放大：莫尔条纹的间距随着光栅线纹交角而改变，其关系如下：,从上式可知，越小，条纹间距B将变得越大，莫尔条纹有放大作用，其放大倍数为：,6.5 光栅位移测试 (2)减小误差：莫尔条纹对光栅,31,6.5 光栅位移测试,三、光栅的信号输出 主光栅移动一个栅距 W，莫尔条纹变化一个周期，莫尔条纹的变化近似为正弦波形，可看成是一个直流分量与的叠加，即：,为了能够辨别方向，设置了辨向环节,，,结构框图如示。,6.5 光栅位移测试三、光栅的信号输出 主光栅移动,32,6.6 码盘式传感器,码盘式传感器是以编码器为基础的，它是测量 轴角位置和位移的方法之一。,6.6.1 光电码盘式传感器的工作原理,光电码盘式传感器是用光电方法把被测角位移转换成以数字代码形式表示的电信号的转换部件。其工作原理,示意图如示。,6.6 码盘式传感器 码盘式传感器是以编码器为基础的，它是,33,6.6 码盘式传感器,6.6.2 光电码盘,一、二进制码盘 图所示是一个四,位二进制码盘，涂黑,部分输出为 0，空白,部分输出为 1。,6.6 码盘式传感器6.6.2 光电码盘一、二进制码盘,34,6.6 码盘式传感器,二进制码盘的特点为： 1. n位二进制码盘能分辨的角度为：,2.二进码为有权码，编码Cn Cn-1C1 对应于零位算起的转角为:,6.6 码盘式传感器二进制码盘的特点为： 1. n,35,6.6 码盘式传感器,二、循环码码盘 图是一个四位的循环码盘，,表6.6.2,是十 进制数、二进制数及四位循环码的对照表。,二进制码转换成循环,码的,规则,是：二进制,码与,其本身右移一位,后并舍去末位的数码,作不进位加法得循环码。,6.6 码盘式传感器二、循环码码盘 图是一个四位的,36,6.6 码盘式传感器,若,R表示循环码，C为二进制码，则：,循环码变成二进制码的关系式为：,6.6 码盘式传感器若R表示循环码，C为二进制码，则：,37,6.6 码盘式传感器,二进制码与循环码的转换电路如图。,6.6 码盘式传感器二进制码与循环码的转换电路如图。,38,6.6 码盘式传感器,二进制码与循环码的转换电路如图。,6.6 码盘式传感器二进制码与循环码的转换电路如图。,39,6.6 码盘式传感器,6.6.3 光电码盘的应用,图是一光电码盘测角装置。,6.6 码盘式传感器6.6.3 光电码盘的应用图是一光,40,6.7 电涡流位移计,电涡流位移计是根据高频反射式涡流传感器的基本原理工作的，可以用来测量各种形状试件的位移量。,1.汽轮机主轴的轴向位移。 2.磨床换向阀、先导阀的位移。 3.金属试件的热膨胀系数。分别如图所示。,6.7 电涡流位移计 电涡流位移计是根据高频反射式涡流,41,6.8 电容式位移传感器,6.8.1 单电极电容式,位移传感器及其应用,单电极的电容式位移传感器的结构和工作原理如图所示。,6.8 电容式位移传感器 6.8.1 单电极电容式,42,6.8 电容式位移传感器,图所示是这种传感器的几种应用情况。,6.8 电容式位移传感器图所示是这种传感器的几种应用情况。,43,6.8 电容式位移传感器,6.8.2 变面积差动式电容位移传感器及应用,变极筒面积,的差动式电容位,移传感器的结构,如图所示。,6.8 电容式位移传感器6.8.2 变面积差动式电容位移传感,44,6.8 电容式位移传感器,图是精密大位移测量用的变面积电容式传感器的原理图。,6.8 电容式位移传感器图是精密大位移测量用的变面积电容式传,45,6.8 电容式位移传感器,测量电路如图所示，输出信号可以近似地写成：,6.8 电容式位移传感器测量电路如图所示，输出信号可以近似地,46,6.9 磁电感应式速度传感与测试,磁电感应式传感器也称为感应式传感器或电动 式传感器，是利用导体和磁场发生相对运动产生感应电动势的。,6.9.1 传感器工作原理及测量电路,一、磁电感应式传感器工作原理,根据电磁感应定律，线圈中的感应电势由下式 计算：,6.9 磁电感应式速度传感与测试 磁电感应式传感器也称为感应,47,6.9 磁电感应式速度传感与测试,磁电感应式传感器的结构原理如图所示。,6.9 磁电感应式速度传感与测试磁电感应式传感器的结构原理如,48,6.9 磁电感应式速度传感与测试,线圈在磁场中作直线运动时，它所产生感应电势为：,线圈在磁场中转动时产生的感应电势为：,由上述可知，磁电传感器可用来测定线速度和 角速度。,6.9 磁电感应式速度传感与测试线圈在磁场中作直线运动时，它,49,6.9 磁电感应式速度传感与测试,二、磁电感应式传感器测量电路 位移、速度和加速度测量电路如图所示。,6.9 磁电感应式速度传感与测试二、磁电感应式传感器测量电路,50,6.9 磁电感应式速度传感与测试,6.9.2 电感应式传感器的灵敏度K,直线运动的磁电感应式传感器，其灵敏度为：,旋转运动的磁电感应式传感器，其灵敏度为：,6.9 磁电感应式速度传感与测试6.9.2 电感应式传感器的,51,6.9 磁电感应式速度传感与测试,6.9 .3 磁电式速度传感器,一、相对速度传感器,图为国产 CD2型磁电式相对速度传感器的结构示意图。,6.9 磁电感应式速度传感与测试6.9 .3 磁电式速度传感,52,6.9 磁电感应式速度传感与测试,二 、绝对速度传感器国产CD 1型磁电式绝对速度传感器的结构及工作过程由图所示。,6.9 磁电感应式速度传感与测试二 、绝对速度传感器国产C,53,6.10 测速发电机及电磁脉冲式转速计,转速的测试按工作原理可分为计数式、模拟式 和同步式三大类。,6.10.1 测速发电机,一、直流测速电机。 直流测速电机原理如图所示。输出电势的极性反应旋转方向，输出电压大小U为：,6.10 测速发电机及电磁脉冲式转速计 转速的测试按工作原理,54,6.10 测速发电机及电磁脉冲式转速计,二、 交流测速电机 交流测速电机有同步式和异步式，图为空心杯转子异步测速电机。转子随被测旋转体以转速n转动时，产生电势为：,6.10 测速发电机及电磁脉冲式转速计二、 交流测速电机,55,6.10 测速发电机及电磁脉冲式转速计,6.10.2 电磁脉冲式转速计,电磁脉冲式转速计是一种数字式仪表。结构形式如图所示。,6.10 测速发电机及电磁脉冲式转速计6.10.2 电磁脉,56,6.10测速发电机及电磁脉冲式转速计,图（a）为旋转磁铁型，若其输出量以感应电动势的频率表示，则频率f与转速n间的关系式为：,图（b）是由于磁路磁阻的变化，使测量线圈上就有相应的脉冲输出。,图（c）是由于磁路磁势的变化，使测量线圈上有相应的脉冲输出。,6.10测速发电机及电磁脉冲式转速计图（a）为旋转磁铁型，若,57,自动检测技术第六章课件,58,自动检测技术第六章课件,59,60,