《现代检测技术及仪表》孙传友高教出社电子教案第9章

1、现代检测技术及仪表孙传友 高教出版社电子教案第9章第九章机械电测法9.1转速的电测法转速的表示方式:转动角速度co =2、3、转速每分钟转动圈数4、转动频率f 转动周期，每秒钟转动圈数丁 =9竺，所以co = 2 仔=，上f n609. L1模拟式电测法一、测速发电机一一把转速转换成电压U = Bl v = BI - rco = 2乃8/广 / 60二、磁性转速表 角图911把转速转换为转铝盘转矩游丝扭矩平衡时Me = MsMe=Ken% = Ks0 0指针转角所以。专,三、离心式转速表 图912把转速转换为 位移离心力 Fc = Kc-co弹簧力F、= KiX平衡时什”方四、频闪转速表图91

2、-3反光标志最亮且稳定不动时，闪光频率 等于转动频率。9.L2计数式电测法一、转速传感器一一将转速转换成脉冲频率1、转换公式脉冲频率/ =60每分钟转动圈数m每转一周传感器发出脉冲数，2、实例:1磁电式图9L4图9152电容式、电涡流式图91-63霍尔式4光电式:图 9-1-7透射式图9 1-8(b)5反射式图9-L8(a)栅式图9一19二、转速传感器测量电路1、测频计数式 图9-1-10 (a)适于转速2、快场合晶体振荡器输出的时钟频率fc,经分频 器k分频后形成宽度为T=k/的门控信号，计数 器从0开始对传感器脉冲计数，在T时间内，计 数结果为 k , kmN = Tf = / =nfc

3、60，2、测周计数式 图9-1-10 (b)适于转速慢 场合转速传感器信号(周期为T/m)经整形和k分频后，形成门控信号，计数器从0开始对晶体 振荡器输出的周期工稳定的时钟脉冲计数，计数 结果为N =T 叫3、测瞬时角速度随转轴转动的转盘上均匀分布m个测点，即 每相邻两个测点的间距均为A 9=2n/m,只要测 出转过各段A。所用时间匕的计时脉冲数N、， At；=N1，即可求出每个测点的瞬时角速度：卜蕊2m)9.2振动的电测法9.2.1 相对振动传感器与绝对振动敏感器一、相对振动传感器 相对振动一一物体相对于其平衡位置的往复运动。1、相对振动传感器的特点内部固定部分与运动参照点（平衡）位置相对静

4、止内部可动部分与被测振动体一起运动2、传感器可动部分与被测振动体关联方式F = FK - ma固接式弹压式0 Fk =K.zXLA图9.21 (a)图9-2-1 (b) 要求即要求的2 CDaf ,rt ，AL K二、绝对振动敏感器绝对振动一一被测物体相对于大地或惯 性空间的往复运动。1、绝对振动敏感器的结构特点内部固定部分与被测振动体一起运动内部可动部分有一定质量m,且通过弹簧R 与固定部分相连接内部可动部分与固定部分之间相对运动 受阻尼力作用，阻尼系数为C,即绝对振 动敏感器内部存在一个“一系统2、绝对振动敏感器的运动分析运动关系图922 （矢量相 加）受力分析：弹簧力fl大阻 尼 力 埠

5、atd2z cl2x d2y运动方程d ydydxm + c + ky= 一 ？一-drdtdVdy 、+ 2Dco + a)y = dtD = 2domdrd2x _ dv传输函数:dV _d2xdt dt1r(5)_-s2X(s) 1+2O)s +域（高通）y(s)_ -sV(j) s2 +2D%s +而(带通)r(5)_ -iA(s) s2 +2Z)gs +就（低通）3、绝对振动敏感器的功能一一把被测物体的绝对振动转换成敏感器内部可动部分与固定 部分的相对运动1当少4时% =4为位移敏感器因曾，所以7二工6y.2当。时度敏感器% =。3就=niam/k为加速丫(川x(7dr以丫喝谭y,”

6、 = : ,匕” =20g 匕”为速度敏感器1(网_ 1 VU2D)嗫 2)g9.2.2 绝对振动电测法一、位移传感器配接绝对振动敏感器可动部分与固定部分用弹簧片或弹性元件相连，可动部分与质量块相连，固定部分与被测振动体相连。1.电容式图9-2-3a +c2=学因为 = ) o所以G-gG +c?若 ,则 % =/所以GY _ %G+02”()co 6yo9则、=党 所以G-G _G +。22.3.4.5.1% *0 k差动变压器式图/24应变式 霍尔式 压电式12图 9-2-5图 9-2-5压缩剪切体作为弹性元件3弯曲型(a)(b)图 9-2-6 (a)图9-2-6 (b) 压电晶图 9-2

7、-5 (c)二、磁电式传感器配接绝对振动敏感器可动部分与固定部分用弹簧片或弹性元件相连， 可动部分为活动线圈（质量m）,固定部分为外壳和磁钢与被测振动体 相连，线圈相对磁钢的运动产生感应电压o +爪D = -匚4矶机d2U cn du ) f d2V 尸+ 2瓯而+当时，3三乂三、涡流式传感器配接绝对振动敏感器一一涡 流式加速度传感器紫铜环（质量块m）由弹簧片（k）悬挂在 磁场中，感应线圈与外壳及磁钢为固定部分 同被测振动体相连。紫铜环感应电压dt感应电流i = J上空 r r at紫铜环电流产生磁场线圈中感应电压dt r drdr线圈输出电压. cc2k = n-二 .-r 4+Rd绝对振动

8、敏感运动方程d2y cc dy -丁 + 2。5哂=-d2xdr对上式取二阶导数，并将T0仪及其 dr一阶导数代入得:d2u cc du ?. dar + 2D% 正 + *3-k。芹所以 出=、一病、A（s） s- + 2D%s + 稣当时,Um = ain . k09.3力与荷重的电测直接法一一直接将力转换为电信号：压电式传感器（5.2节）振弦式传感器、振梁式传感器（6.3 节）间接法一一以弹性元件作为敏感器，将拉力或压力转换为应变或位移，再用 应变传感器或位移传感器把应 变或位移转换为电量。9.3.1 力敏感器一、实心轴和空心圆轴图931F = Kr&l = KrZA/ F*l=FFAr

9、/ Fr = 一 = 一与=rAE二、悬臂梁等载面梁图932 (a)Ebh3磊F等强度梁图9-3-2 (b)，乜一EbJfEb()h2结论：力敏感型弹性元件上某一指定部位处 的应变与外力F成正比力敏感型弹性元件的自由端或外力作用点相对于固定端的位移(挠度)y也与外力F成正比y = K、1F932力的间接电测法一、应变式力传感器一一将应变片粘贴到力 敏感器上四应变片接成电桥的输出电压U。e _ a/？2)一W4一方+不一AR,1、受力圆柱上沿轴向和周向粘贴应变片图 9-3-3 kU c 、F%=不.).益2、等强度梁上下两表面粘贴应变片图9-3-4UkU = kU.f.F Ebjr图 9-3-5

10、图 9-3-63、受力薄壁环上粘贴应变片Uo=kU. = kU.F b及E4、受力固定梁上粘贴应变片3/U =kU = kU-F4E加二、位移式力传感器1、电容式荷重传感器 少kf “0_ G _ c0一 竺一/尸一 %吊环式图9.3.7(a)平台式 图9.3.7(b)3、差动变压器式 图9-38F差动变压器输出电压 =ExK/4 N9.3.3荷重传感器与电子秤荷重传感器一 一用于测量重力的力传感器。电子秤一一主要由荷重传感器（压头）及显示 仪表组成。1 .电子台秤图9-3-92 .吊车秤3 .料斗秤4 .平台秤和轨道衡5 .皮带秤图9-3-10= Awg / L耳=qg（f）gO） e2 =

11、 c2VsW =卬）， = f EE,df g J。 c,c2 Jo -9. 4力矩的电测法力矩的测量方法：扭轴法、 平衡力法、 电机参数法9.4.1扭轴（扭矩敏感器）图9-4-1一、扭矩使扭轴产生的剪应变M .“与轴线夹角P应变片G剪切弹性模量二、扭矩使扭轴的两端面产生错角一一扭角7tr G9. 4. 2力矩的扭轴式电测法 一、应变法 在扭转轴上选取适当的截面，在截面的圆周方向每隔90布置一个应变片，其贴片方向仍 沿与轴线成45和135。的方向，并将它们接成 全桥的形式，二、扭角法1、光电式转矩传感器图9-4-2 光电电压与扭角。成正比2、磁电式相位差扭矩传感器图9-43两磁电信号频率相同（均为“白