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移等输出电常数发生变化,从而实现测量。一般具有较好的线性特性,但也有输入/呈非线性关系。15电容式液位计(测量液面高度)????C?)h((?)C?C?常数???K??022x11??hChh电容式介质厚度传感器?S?C10x10???/?d??之间的关系都是非线性C和介质厚度δ以及介质的介r电常数的;r4)容栅式电容位移传感器(1)工作原理:由固定容栅和可动容栅是在面积型:..电容位移传感器的基础上发展来的,形成很多对电容,它们相对移动时,每对电容面积发生变化,因而电容值随之变化,从而可测出线位移或角位移。分类和电容量的计算(2)[C]长容栅??abnabn?C???—可动容栅的栅极数;n—为栅极的宽度、max长度a、b发生变化;被测位移使C圆容栅??)?(RrnC??2—22max栅极外半径和内半径(m),R、r?。rad)—每条栅极所对应得圆心角(?0~之间发生变化;被测位移使重叠角在(3)特点:量程大,对刻划精度和安装因多极电容及平均效应,分辨力高,精度高,精度要求可有所降低,一种很有发展前途的传感器。可用于大位移测量。,)(1若绝缘材料性能不佳,零位漂移;位移传感器的输出产生缓慢的:电容器本身容抗很大,漏电阻通常的绝缘电阻只能视为电容位移传感器的旁路电阻,称之。寄生电容:电容传感器的极板和周围物体、各种仪器乃至于人体都会发生电容联系,产生附加电容,称之。(2)绝缘材料应具有高的绝缘电阻、低的膨胀系数、几何尺寸的长期稳定性16和低的吸潮性;即将传感器放在金属壳通常对电容位移传感器及其引线采取屏蔽措施,(3)内;还可以消除外界静电场和交可以消除不稳定的寄生电容,(4)接地应可靠,变磁场的干扰。,并通过测量电感量的变互感M将被测物理量位移转化为自感L,。输出功率大,。主要类型有自感式、互感式、涡流式和压磁式化确定位移量灵敏度高,稳定性好等优点。[B]工作原理与结构1),形成磁通回路。线圈的i,产生磁通Φ缠绕在铁心的线圈中通以交变电流m[B]?计算公式为L自感N?L?l2???SS发生变化,于2i00ii[A]是线圈中的工作原理L:被测量(如位移)使线圈的自感交变电流就会变化。?变气隙型:变,其余不变;(1)??)?ib?Rb?Lb(xb?b与的关系呈非线性;L解决办法:只用于小位移测量;差动式连m接;S变,其余不变;(2)变面积型:?变,其余不变;(2)螺管型:0i:铁心与衔S:铁心与衔铁的导磁率(H/m);l:铁心与衔铁的导磁长度(m);μ:..S:真空磁导率(m);μH/m)铁中的导磁面积(m;)δ:气隙厚度(m导磁横截面积(。)002改善其性能考虑的因素2);)损耗问题1)气隙边缘效应的影响,23)温度误差,)差动式电感位移传感器的零点剩余电压问题。)工作原理和结构17。基本结构与常用变压器类似,故称为变压器式位移传感器时,在二次侧上将感生感应电动势E当一次侧通过交变电流idiME?dt周围介质导磁能力11等因素有关。M—互感系数,与两线圈之间相对位置及M工作原理的变化:将[A]被测位移量的变化转换成互感系数)差动变压器式位移传感器2,常用螺管型。常采用差动连接(提高灵敏度,改善线性度)特点:?稳定(;数百mm),精确度高,分辨力可达(1)优点:线性范围大m性好,使用方便。(2)缺点:存在零点残压铁磁由于两二次侧线圈结构不对称、一次侧线圈铜损电阻的存在、。可材质不均匀、线圈间的分布电容等因素。零点残压造成测量误差调电阻。)工作原理变化的一种装置。块状将被测量变换为传感器线圈阻抗电涡流效应Z利用金属置于变化的磁场中或在磁场中运动时,金属体内都要产生感应电流,此电。流的流线在金属体内自己闭合,所以称涡流以及线圈与金属体的距μ、厚度t、磁导率涡流的大小与金属体的电阻率ρ、线圈的激励电流强度i、角频率ω等有关。离x2)分类(1)高频反射涡流传感器涡流产线圈使被测导电物体上产生涡流,由传感器线圈和被测导电物组成,ZZ发生变化,的变化值与涡流值有关。生的磁场使传感器线圈的阻抗(2)低频透射涡流传感器由发射线圈、接收线圈和位于两线圈之间的被测导电物体组成,被测物体上的涡流使得接受线圈输出的感应电压降低。涡流越大,接收线圈输出的电压越低。)涡流式传感器的特点和应用:3结构简单,易于进行非接触测量,灵敏度高,应用广泛,可测位移、厚度、?m振动等。测量范围小,毫米级;分辨力可达级。18:..-性参量。、发电型位移传感器(压电位移传感器)如:电动势、电荷等。包括:磁电型、压电型。,然后利将位移量转换为力的变化:2、压电式位移传感器的基本工作原理是用压电效应将力的变化转换为电信号。,分别用于测量和根据用途可分为长磁栅和圆磁栅线位移移。)由磁尺和磁头组成,磁尺被录音磁头按长度方向记录一周期信号,、NS状态。测量时利用重放磁头将记录信号还原。磁的图形排成SN)磁头分动态(速度磁头)和静态(磁通响应式磁头)。2、动态磁头:只有一个绕组,当磁头沿磁尺相对运动时,输出正弦波,在NS重叠处负信号最强。N重叠处输出正信号最强,在S、静态磁头:磁头由励磁绕组和输出绕组组成,在励磁绕组中输入高频励磁电压信号;当磁头不动时,输出绕组输出一等幅的正弦或余弦电压信号,其频率仍为励磁电压的频率,其幅值与磁头所处的位置有关。当磁头运动时,幅值随磁尺上的剩磁影响而变化。:;磁信号的均m~5μ,分辨率达磁栅式位移传感器精度可达±㎜/m1匀性和稳定性对磁栅式位移传感器的测量精度影响较大。:)一种在基体(金属或玻璃)上刻制有等间距(W元件。透射光栅(透明玻璃尺基体,刻线不透光,刻缝透光)、反射光栅(不锈钢带基体,刻线不反射光,刻缝反射光)。光栅条纹密度有25条/㎜,50条/㎜,100条/㎜或更密;栅线长度6~12㎜.19光栅式位移传感器的种类2.。。透射光栅,基于但它们的刻线)和指示光栅重叠放置,长度由所需量程决定标尺光栅(不动,(1)在与光栅刻线近似垂直方向上将产。间有一微小夹角由于光的干涉效应,?。生明暗相间的条纹即莫尔条纹。莫尔条纹的间距WB?(2)当两个光栅沿刻线垂直H方向相对移动一个栅距W,莫尔条纹移动一个条纹间距。B(3)光栅运动方向H改变,莫尔条纹的运动方向也作相应改变;:..(5)利用光电元件检测出莫尔条纹移动的条纹数和方向,测出光栅移动的距离和方向,实现位移的检测。(6)~3μm,.?透射式光路(栅);?反射式光路(栅),将转动的角度量变换成莫尔条纹信号,通过光电转换元件,将莫尔条纹的变化转换成近似于正弦波形的电信号。,甚至更高。,分辨力可达用于角度测量,,将线位移和角位移转换成电信号的一种装置。根据用途,可将感应同步器分为直线式和旋转式两种,分别用于测量:线位移和角位移。)组成,两者平90直线线感应同步器由定尺绕组和滑尺绕组(两组,相差面平0行相对,~。当滑尺的两组绕组用交流电激励时,由于电磁感应,在定尺的绕组中会产生与激励电压同频率的交变感应电动势E。当滑尺相对定尺移动时,改变了通过定尺绕组的磁通,从而改变了定尺绕组中输出的感应电动势E。E的变化反映了定、滑尺间的相对位移,实现了位移至电量的变换。旋转式感应同步器的转子、定子绕组可看成由直线式感应同步器的滑尺、定尺绕组围成辐射状而形成,因此可测角位移。20,又分为鉴相和鉴幅根据对滑尺的正、余弦绕组供给励磁电压方式的不同型测试系统。成比例;与相对移动位移x鉴相:定尺输出电压的相位成x比例;相对移动位移x鉴幅:定尺输出电压的幅值A特点3.①精度较高,对环境要求低,可测大位移;②工作可靠,抗干扰能力强,维护简单,寿命长;③对局部误差有平均化作用。(考纲没有要求)、光学元件、光电转换元件组成激光测试系统,将被测位移量转化成电信号。,测量范围大、测试时间短、非接触、易数字化、:..3.;①精密长度测量(磁尺、感应同步器、光栅检定)②精密机床位移检测与校正;③集成电路制作中的精密定位。常用的激光干涉测长传感器4.①单频激光干涉传感器;②双频激光干涉传感器。力、。分为测量力的传感器多为电气式,根据转换方式参量型和参量型测力传感器:电阻应变式、电容式、电感式等;发电型测力传感器:压电式、压磁式。.:金属导体受到外力作用时发生机械变化,产生应变,)电阻应变效应1从而引起电阻阻值变化的现象。2)压阻效应:固体受到应力作用力时,其电阻率发生变化的想象。3)工作原理:基于电阻应变效应和压阻效应。将力作用在弹性元件上,弹性元件在力作用下产生应变,贴在弹性元件上应变片也会产生应变,其电阻变化。然后利用电桥将电阻变化转换成电压或电再送入测量放大电路测量,最后利用标称的电压(电流)和力之间流的变化。()的对应关系,测出力的大小或经换算得到被测力。、薄壁环型和梁型1)柱型弹性元件圆柱形、圆筒形、方柱形受力后的应变值F?SE——材料的弹性模量Pa;Em;S——弹性元件的横截面积2)薄2壁环型弹性元件圆环受拉之后,承受的弯矩?)?FR(?m,R——环的0平均半径——断面的坐标角,φm·——坐标角φ断面处的弯矩NM)梁型0弹性元件3悬臂梁式、两端固定梁式=3Fl/4Ebh,应变值分别是:?=6Fl/Ebhl、b、h分别是长度、宽度、厚度22m。。由于应变片使用简单,测量精度高,体积小,动态响应好,被广泛应用。分金属电阻应变片(金属丝、金属箔)、半导体应变片。1)工作原理L??RS22:..?????SRLdR????E)??(1?2RdR???K)??(1?2R?,L比较小)——金属应变片灵敏度系数(。~?K?1对半导体应变片:dR???K??ER?倍)——半导体应变片灵敏度系数(比金属应变片的大50~70EK?LL应变片的结构2))由敏感栅、底基、绝缘保护片组成(图3-5(1):感受机械试件的应变变化;(a)敏感栅的作用(b)底基的作用:将试件的应变准确地传给敏感栅;(c)敏感栅的种类:金属丝、金属箔、半导体。对金属丝的要求(2);(a)具有较高的电阻系数(单位长度的电阻要大)具有尽可能大的电阻应变灵敏度系数;(b)具有较小的温度系数;(c)具有较高的弹性极限,以便得到较宽的应变测量范围;(d)良好的加工性和焊接性;(e)(f)对铜的热电动势要小。(3)对底基的要求(考纲上不做要求):(a)应具有较低的弹性模量,较高的绝缘电阻,良好的抗湿抗热性能。之间,50μm厚度(b)20~。常用底基:纸基、胶基、玻璃纤维布基)(制作简单,价格便宜,比较柔软,易于粘贴,应变极限大,但耐潮湿纸基性和耐热性差。耐热和耐潮湿性比纸基更柔软,胶基且具有较好的绝缘性,较高的弹性,。用酚醛树脂、环氧树脂、聚酯等固化后制都较好,使用温度达100℃~300℃成。的高温,用于中温和高温℃℃~500玻璃纤维布基:制作的底基能耐400情况下。考纲上不做要求4()箔式电阻应变片():厚的金属箔粘于胶基上,用光刻技术加工成需要um)3~5敏感栅是用(的形状。圆角形栅,也可成直角形栅。敏感栅制成23优点:(1)金属箔很薄,因而所感受的应力状态与试件表面的应力状态更接近;)箔式敏感栅面积大,散热条件好,允许通过较大的电流,灵敏度较高,(2输出信号功率比较大,为丝式电阻应变片的100~400倍;)箔式敏感栅的尺寸可以做的很准确,基长可以很短,并能制成任意形状,(3从而可扩大使用范围;(4)便于成批生产。生产工序复杂,引线的焊点采用锡焊,不适于在高温环境中测量,缺点:另外价格比较高。3)半导体应变片(1)工作原理是基于压阻效应。(2)特点半导体应变片横向优点:灵敏度系数大,适用于需要大信号输出的:..效应小,其横向灵敏度几乎为零;机械滞后小,可制成小型和超小型片子。应变灵敏系数的离散性大,机械强度低,非线性误差大,温度系数缺点:大。、对载荷分布的估计以及在复合载荷下测量应变时应能消除相互影响等情况而定。)R=RR电桥:有单臂、双臂、四臂工作方式(平衡条件U=0,R四臂双4321o臂工作方式单臂应变片所在位置RR,RR,R,R,RUεKKε1/4U1/、应变片。图3-。压电效应有正压电效应和逆压电效压电效应是基于压电元件的应。作用而变形时,在其相应:正压电效应)(1当某些材料沿一定方向受外力F又恢复到不带电状态,当外力去掉后,,Q的两个相对表面产生极性相反的电荷正压电效应这种物理现象称之。电荷的极性取决于变形的形式。24KFQK——压电常数,与材料有关。是当某些晶体的极化方向施加外电场,晶体本身将产生机)逆压电效应(2械变形,当外电场撤去后,变形也随之消失,这种物理现象称之。3)压电效应的方向(:具有压电效应的晶体,压电晶体:石英、钛酸钡压电陶瓷、锆钛酸铝系压电陶瓷(PZT)以常用的压电材料及新型高分子材料(聚偏二***乙烯)等。:单片式、两片串联式、两片并联式、剪贴式、扭转式。两片串联式:输出电压大,两片并联式:输出电荷量大,)等效电路等效为电荷为Q的电容器(电荷源)或内阻为为的电压源。C电容量a?S;C??压电元件两端电压a:..QU?C2)前置放大器iaC很小导致容抗(阻抗)很大。(1)压电元件的输出很微弱,电容(2)需采用前置a放大器放大压电元件输出的微弱信号,并把高阻抗变换为低阻抗输出(目的是减少负载效