力压力和位移的测量

力压力和位移的测量第一页，共四十页，编辑于2023年，星期五7力、压力和位移的测量模拟测量线位移角位移电阻式传感器电感式传感器电容式传感器电涡流传感器光电传感器脉冲输出电阻式位移计电感测微仪电容测微仪、液位计电涡流测微仪光电角度检测器数字测量感应同步器旋转变压器磁尺光栅脉冲编码器第二页，共四十页，编辑于2023年，星期五7力、压力和位移的测量小位移的测量：几微米——几毫米，电容式位移传感器、差动电感式位移传感器和电阻应变式位移传感器；中等位移的测量：几毫米——100毫米左右，如差动变压器式传感器；较大范围位移的测量：电位器式传感器，光栅、感应同步器。按传感器原理和使用方法不同，位移测量可分为：接触测量；非接触测量第三页，共四十页，编辑于2023年，星期五电阻式传感器电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器1变阻器式传感器7力、压力和位移的测量第四页，共四十页，编辑于2023年，星期五(2)变阻器式传感器的性能参数:1)线性(或曲线的一致性);4)移动或旋转角度范围;2)分辨率;5)电阻温度系数;3)整个电阻值的偏差;6)寿命;(3)变阻器式传感器的分类按测量类型：单圈电位器多圈电位器直线滑动式电位器7力、压力和位移的测量第五页，共四十页，编辑于2023年，星期五电阻应变式传感器的应用7力、压力和位移的测量第六页，共四十页，编辑于2023年，星期五自感式电感传感器常见的形式

变隙式变截面式螺线管式

第七页，共四十页，编辑于2023年，星期五差动变隙式电感传感器

1-铁芯；2-线圈；3-衔铁当衔铁向上移动时，两个线圈的电感变化量ΔL1、ΔL2

上一页返回下一页第八页，共四十页，编辑于2023年，星期五(a)、(b)变隙式差动变压器；(c)、(d)螺线管式差动变压器；(e)、(f)变面积式差动变压器第九页，共四十页，编辑于2023年，星期五上一页返回下一页7.3位移传感器及其测量技术7.3.1电感式位移测量技术7.3.2涡流式位移测量技术7.3.3电容式位移测量技术第十页，共四十页，编辑于2023年，星期五上一页返回下一页7.3.1电感式位移测量技术缺点：非线性，灵敏度低1.差动变压器工作原理第十一页，共四十页，编辑于2023年，星期五上一页返回下一页7.3.1电感式位移测量技术2.双边差动变压器测量技术第十二页，共四十页，编辑于2023年，星期五7.3.1电感式位移测量技术2.双边差动变压器测量技术优点：1）磁阻RM不变2）二次线圈与一次线圈交链的匝数差动变化。第十三页，共四十页，编辑于2023年，星期五7.3.1电感式位移测量技术2.双边差动变压器测量技术静态测量时，速度为零，只有余弦项，用于测位移：第十四页，共四十页，编辑于2023年，星期五7.3.1电感式位移测量技术2.双边差动变压器测量技术指标：电源频率50Hz—20kHz,测量小位移(10—20)mm,线性度±0.1%应用：电感比较仪，圆度仪第十五页，共四十页，编辑于2023年，星期五模拟式及数字式电感测微仪三段式差动变压器特点1应用广，2输出功率大；3精度高，性能稳定4线性度好，±0.1。第十六页，共四十页，编辑于2023年，星期五电感式不圆度计原理该圆度计采用旁向式电感测微头第十七页，共四十页，编辑于2023年，星期五7.3.1电感式位移测量技术3.二段式差动变压器测量技术第十八页，共四十页，编辑于2023年，星期五7.3.1电感式位移测量技术第十九页，共四十页，编辑于2023年，星期五7.3.1电感式位移测量技术第二十页，共四十页，编辑于2023年，星期五涡流式：当金属导体置于变化着的磁场中或者在磁场中运动时，在金属导体内部会产生感应电流，由于这种电流在金属导体内是自身闭合的，因此称之为涡电流或涡流。7.3.2涡流式位移测量技术第二十一页，共四十页，编辑于2023年，星期五电涡流传感器工作原理电涡流效应演示

当电涡流线圈与金属板的距离x减小时，电涡流线圈的等效电感L减小，等效电阻R增大。感抗XL的变化比R的变化大得多，流过电涡流线圈的电流i1增大。第二十二页，共四十页，编辑于2023年，星期五7.3.2涡流式位移测量技术1)二次侧只有一匝并且输出端总是短路的2)磁通通过空气闭合3）气隙的变化改变了线圈之间的互感M。第二十三页，共四十页，编辑于2023年，星期五7.3.2涡流式位移测量技术第二十四页，共四十页，编辑于2023年，星期五二、等效阻抗分析

检测深度与激励源频率有何关系？

电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数表达式为：Z=R+jωL=f（i、f、、、r、x）（4-1）

如果控制上式中的i、f、、、r不变，电涡流线圈的阻抗Z就成为哪个非电量的单值函数？属于接触式测量还是非接触式测量？

第二十五页，共四十页，编辑于2023年，星期五

检测深度的控制：由于存在集肤效应，电涡流只能检测导体表面的各种物理参数。改变f，可控制检测深度。激励源频率一般设定在100kHz~1MHz。频率越低，检测深度越深。

间距x的测量：如果控制上式中的i1、f、、、r不变，电涡流线圈的阻抗Z就成为间距x的单值函数，这样就成为非接触地测量位移的传感器。

多种用途：如果控制x、i1、f不变，就可以用来检测与表面电导率有关的表面温度、表面裂纹等参数，或者用来检测与材料磁导率有关的材料型号、表面硬度等参数。

第二十六页，共四十页，编辑于2023年，星期五7.3.2涡流式位移测量技术第二十七页，共四十页，编辑于2023年，星期五7.3.2涡流式位移测量技术第二十八页，共四十页，编辑于2023年，星期五测量转换电路一、调幅式（AM）电路石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压(100kHz~1MHz）用于激励电涡流线圈。金属材料在高频磁场中产生电涡流，引起电涡流线圈端电压的衰减，再经高放、检波、低放电路，最终输出的直流电压Uo反映了金属体对电涡流线圈的影响（例如两者之间的距离等参数）。第二十九页，共四十页，编辑于2023年，星期五调频（FM）式电路(100kHz~1MHz）

当电涡流线圈与被测体的距离x改变时，电涡流线圈的电感量L也随之改变，引起LC振荡器的输出频率变化，此频率可直接用计算机测量。如果要用模拟仪表进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将f转换为电压Uo。

第三十页，共四十页，编辑于2023年，星期五电涡流传感器结构及特性

电涡流探头外形交变磁场第三十一页，共四十页，编辑于2023年，星期五电涡流探头内部结构

1—电涡流线圈2—探头壳体3—壳体上的位置调节螺纹4—印制线路板5—夹持螺母6—电源指示灯

7—阈值指示灯8—输出屏蔽电缆线9—电缆插头

第三十二页，共四十页，编辑于2023年，星期五CZF-1系列传感器的性能分析上表请得出结论：探头的直径与测量范围及分辨力之间有何关系？

第三十三页，共四十页，编辑于2023年，星期五大直径电涡流探雷器第三十四页，共四十页，编辑于2023年，星期五电容式传感器

变换原理:将被测量的变化转化为电容量变化两平行极板组成的电容器,它的电容量为:+++Aδ、A或ε发生变化时，都会引起电容的变化。7.3.3电容式位移测量技术第三十五页，共四十页，编辑于2023年，星期五a)极距δ变化型++++++第三十六页，共四十页，编辑于2023年，星期五驻极体电容传声器它采用聚四氟乙烯材料作为振动膜片。这种材料经特殊电处理后，表面永久地驻有极化电荷，取代了电容传声器极板，故名为驻极体电容传声器。特点是体积小、性能优越、使用方便。第