機械量電測法.doc

第10章 機械量電測法10.1 轉(zhuǎn)速的電測法轉(zhuǎn)速的表示方式：1、轉(zhuǎn)動角速度 2、轉(zhuǎn)速每分鐘轉(zhuǎn)動圈數(shù)n3、轉(zhuǎn)動頻率f每秒鐘轉(zhuǎn)動圈數(shù)4、轉(zhuǎn)動周期，所以10.1.1模擬式電測法一、測速發(fā)電機把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓 二、磁性轉(zhuǎn)速表 圖101-1 把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)角鋁盤轉(zhuǎn)矩 游絲扭矩 指針轉(zhuǎn)角 平衡時 所以 三、離心式轉(zhuǎn)速表 圖101-2 把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為位移離心力 彈簧力 平衡時 四、頻閃轉(zhuǎn)速表 圖101-3反光標(biāo)志最亮且穩(wěn)定不動時，閃光頻率等于轉(zhuǎn)動頻率。10.1.2計數(shù)式電測法一、轉(zhuǎn)速傳感器將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖頻率1、轉(zhuǎn)換公式 脈沖頻率 n每分鐘轉(zhuǎn)動圈數(shù) m每轉(zhuǎn)一周傳感器發(fā)出脈沖數(shù)，2、實例： 1磁電式 圖101-4 圖101-5 2電容式、電渦流式 圖101-63霍爾式 圖101-74光電式：反射式 圖101-8（a）透射式 圖101-8（b）5圓柵式 圖101-9 二、轉(zhuǎn)速傳感器測量電路、 測頻計數(shù)式適于轉(zhuǎn)速快場合 晶體振蕩器輸出的時鐘頻率fc,經(jīng)分頻器k分頻后形成寬度為T=k/fc的門控信號，計數(shù)器從開始對傳感器脈沖計數(shù)，在T時間內(nèi)，計數(shù)結(jié)果為2、測周計數(shù)式適于轉(zhuǎn)速慢場合轉(zhuǎn)速傳感器信號（周期為T/m）經(jīng)整形和k分頻后，形成門控信號，計數(shù)器從開始對晶體振蕩器輸出的周期Tc穩(wěn)定的時鐘脈沖計數(shù)，計數(shù)結(jié)果為 3、測瞬時角速度 隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)盤上均勻分布m個測點，即每相鄰兩個測點的間距均為=2/m，只要測出轉(zhuǎn)過各段所用時間ti的計時脈沖數(shù)Ni，ti=NiTc，即可求出每個測點的瞬時角速度： (i=1,2,m) 10.2 振動的電測法10.2.1 相對振動傳感器與絕對振動敏感器一、相對振動傳感器相對振動物體相對于其平衡位置的往復(fù)運動。1、相對振動傳感器的特點內(nèi)部固定部分與運動參照點（平衡）位置相對靜止內(nèi)部可動部分與被測振動體一起運動2、傳感器可動部分與被測振動體關(guān)聯(lián)方式固接式 圖102-1（a）彈壓式 圖102-1（b） 要求 即要求的二、絕對振動敏感器絕對振動被測物體相對于大地或慣性空間的往復(fù)運動。1、絕對振動敏感器的結(jié)構(gòu)特點內(nèi)部固定部分與被測振動體一起運動內(nèi)部可動部分有一定質(zhì)量m，且通過彈簧R與固定部分相連接內(nèi)部可動部分與固定部分之間相對運動受阻尼力作用，阻尼系數(shù)為C，即絕對振動敏感器內(nèi)部存在一個“”系統(tǒng)2、絕對振動敏感器的運動分析運動關(guān)系 圖102-2 （矢量相加）受力分析：彈簧力 阻尼力 運動方程 令 傳輸函數(shù)： （高通） （帶通） （低通）3、絕對振動敏感器的功能把被測物體的絕對振動轉(zhuǎn)換成敏感器內(nèi)部可動部分與固定部分的相對運動1當(dāng)時 為位移敏感器 因 ， 所以 2當(dāng)時 為加速度敏感器因 ， 所以 3當(dāng)時 為速度敏感器 因 ，所以 10.2.2 絕對振動電測法一、位移傳感器配接絕對振動敏感器可動部分與固定部分用彈簧片或彈性元件相連，可動部分與質(zhì)量塊相連，固定部分與被測振動體相連。實例 電容式加速度傳感器 圖102-3 因為，所以若，則， 所以 若，則 所以 二、磁電式傳感器配接絕對振動敏感器 圖512(b)可動部分與固定部分用彈簧片或彈性元件相連，可動部分為活動線圈（質(zhì)量m），固定部分為外殼和磁鋼與被測振動體相連， 線圈相對磁鋼的運動產(chǎn)生感應(yīng)電壓。 所以 當(dāng)時，三、渦流式傳感器配接絕對振動敏感器渦流式加速度傳感器紫銅環(huán)（質(zhì)量塊m）由彈簧片（k）懸掛在磁場中，感應(yīng)線圈與外殼及磁鋼為固定部分同被測振動體相連。紫銅環(huán)感應(yīng)電壓 感應(yīng)電流 紫銅環(huán)電流產(chǎn)生磁場 線圈中感應(yīng)電壓 線圈輸出電壓 絕對振動敏感器運動方程 對上式取二階導(dǎo)數(shù)，并將及其一階導(dǎo)數(shù) 代入得： 所以 所以 當(dāng)時， 10.2.3振動加速度傳感器實例 位移傳感器配接“m=k-c”系統(tǒng)的實例一、電位器式加速度傳感器 圖10-2-4 二、差動變壓器式加速度傳感器 圖10-2- 三、電阻式加速度傳感器 圖10-2-6 四、霍爾式加速度傳感器 圖10-2-7 五、壓電式加速度傳感器 、 壓縮式 圖10-2-8 、 剪切型 圖10-2-9 、 彎曲型 圖10-2-10、 差動式 圖10-2-11 10.2.4 壓電式加速度電測系統(tǒng)分析一、壓電式加速度傳感器1、壓電式傳感器 F質(zhì)量塊對壓電元件的壓力 k壓電元件彈性系數(shù)所以 2、加速度敏感器“”系統(tǒng) 所以 二、壓電式加速度電測系統(tǒng)1、接電壓放大器 G電壓放大器增益 ， 2、接電荷放大器 10.3 力與荷重的電測法直接法直接將力轉(zhuǎn)換為電信號，如壓電式傳感器(5.2節(jié))振弦式傳感器、振梁式傳感器（7.4節(jié)） 間接法以彈性元件作為敏感器，將拉力或壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變或位移，再用應(yīng)變傳感器或位移傳感器把應(yīng)變或位移轉(zhuǎn)換為電量。 10.3.1力敏感器一、實心軸和空心圓軸 圖103-1 二、懸臂梁等載面梁 圖103-2（a） 等強度梁 圖103-2（b） 結(jié)論：力敏感型彈性元件上某一指定部位處的應(yīng)變與外力F成正比 力敏感型彈性元件的自由端或外力作用點相對于固定端的位移(撓度)y也與外力F成正比 10.3.2力的間接電測法一、應(yīng)變式力傳感器將應(yīng)變片粘貼到力敏感器上 四應(yīng)變片接成電橋的輸出電壓 1、受力圓柱上沿軸向和周向粘貼應(yīng)變片 圖103-3 2、等強度梁上下兩表面粘貼應(yīng)變片 圖103-4 二、位移式力傳感器1、電容式荷重傳感器 吊環(huán)式 圖103-5(a) 平臺式 圖103-5(b)2、差動變壓器式 圖1036 差動變壓器輸出電壓10.3.3荷重傳感器與電子秤荷重傳感器用于測量重力的力傳感器。電子秤主要由荷重傳感器(壓頭)及顯示儀表組成。1電子臺秤 2吊車秤3料斗秤 4平臺秤和軌道衡 5皮帶秤 圖103-7 10.4力矩的電測法力矩的測量方法：扭軸法、平衡力法、電機參數(shù)法10.4.1扭軸(扭矩敏感器) 圖104-1一、 扭矩使扭軸產(chǎn)生的剪應(yīng)變 應(yīng)變片與軸線夾角 G剪切彈性模量二、扭矩使扭軸的兩端面產(chǎn)生錯角扭角 10.4.2力矩的扭軸式電測法一、應(yīng)變法在扭轉(zhuǎn)軸上選取適當(dāng)?shù)慕孛?，在截面的圓周方向每隔90布置一個應(yīng)變片，其貼片方向仍沿與軸線成45和135的方向，并將它們接成全橋的形式， 二、扭角法、光電式轉(zhuǎn)矩傳感器 圖104-2光電電壓與扭角成正比2、磁電式相位差扭矩傳感器 圖104-3 兩磁電信號頻率相同（均為）相位差 , m齒輪盤齒數(shù)（因為轉(zhuǎn)軸在空間上轉(zhuǎn)動360/m，磁電信號在相位上變化一周即360。故轉(zhuǎn)軸在空間上轉(zhuǎn)動，磁電信號在相位上錯開。）3、振弦式扭矩傳感器 圖104-4 兩個卡環(huán)的相對轉(zhuǎn)角與扭矩T成正比，因而由卡環(huán)傳給振弦的張力差也與扭矩成正比，因此兩振弦傳感器的固有頻率差代表扭矩的變化。三、扭磁法1、磁橋式扭矩傳感器(磁橋) 圖10-4-5 扭軸采用鐵磁金屬制成，傳感器鐵芯是兩個互相垂直交叉放置的型鐵芯，在鐵芯上分別繞以激磁線圈及測量線圈。當(dāng)被測金屬承受扭曲荷載時，來自激磁鐵芯的磁通沿相鄰兩臂分別流向測量鐵芯的兩磁通量就不相等，這兩束磁通之差流過測量鐵芯，于是就在測量線圈中感應(yīng)出電動勢。被測金屬受力矩越大， 通過測量鐵芯的磁通量也越多，測量線圈中感應(yīng)電動勢也就越高。 2、扭磁式力矩傳感器 圖10-4-6 1）維德曼效應(yīng)： 鐵磁材料在受扭矩作用時，其導(dǎo)磁率也會沿螺旋方向增加。利用這種效應(yīng)