传感器第九章气电式传感器xg

,*,山东理工大学机械学院,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：新实验楼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）,气压变化,气流量变化,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、平均值以及复杂形状综合参数测量。,缺点：,需要净化的恒压气源，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：,把被测尺寸量的变化转换为气室中压力的变化或管路中流量的变化。,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,P,g,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,之间的间隙变化时，代表了工件尺寸的变化，,z,越小，气室内压力,P,c,越大。,气室测量压力计算：,a流量系数；,d测量喷嘴直径；,d,1,进气嘴直径。,结论：,P,c,与,z,2,成反比，为,非线性系统,，测量时应该利用特性曲线中间近似线性的部分；,P,c,=0.75 P,g,的左右范围内变动，线性度较好；,d,1,越大，灵敏度越小，但测量范围大。,第二节 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化的机构。,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，被测构件尺寸变化时，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=,dz,，流出流量为,Q=,vdz,。,不平行式：,喷嘴孔的截面积可根据几何关系，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,34mm,。,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（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,波纹管式,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,改变时，引起下气室压力的变化，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,变化，,直到上下气室的压力重新平衡为止,。,测量间隙,z,的微小变化可以引起锥杆,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化值，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,可靠地接触。,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p,g,=410,5,N/m,2,，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节；,（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）S,2,测量开关；,（3） Sg动触点；,（4）Sa、 Sb、 Sc、 Sd四个可调整的定触点。,二、波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,P,g,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。,被测工件尺寸改变引起测量间隙,z,变化，测量压力,P,c,随之变化，因而使波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化转换成电感线圈中的电感量的变化。,最后经电路处理并指示出被测尺寸的变化值和发出控制信号。,p,c,1管路,2进气喷嘴,3波纹管,4电感线圈,5磁心,6测量喷嘴,差压式,工作压力为,p,g,的压缩空气进来后分为两路，一路经进气喷嘴,1,进入波纹管,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,进到波纹管,3,的外腔，经测量喷嘴,4,喷出。,工件尺寸的变化经测量间隙,z,改变了波纹管内外腔原来的压力差，使波纹管伸缩变形而带动磁芯位移。,波纹管气电传感器结构（差压式）,1、左管嘴 2、左喷嘴 3、右喷嘴 4、右管嘴,5、波纹管 6、排气喷嘴,带电触点副的波纹管气动量仪,1（5）、波纹管 2、电触点 3、框架 4、指针,6、测量喷嘴 7（8）、进气喷嘴 9、可调喷嘴,