《机电一体化》课件 项目三 传感检测装置的选用

传感检测装置的选用——《机电一体化》传感器概述位移检测传感器速度检测传感器压力检测传感器温度检测传感器CONTENT目录传感器传感检测部件是机电一体化产品中的一个重要组成部分，它利用传感器检测外界环境及系统自身状态的各种物理量（如力、位移、速度、位置等）及其变化，并将这些信号转换成电信号，然后再通过相应的变换、放大、调制与解调、滤波、运算等电路将有用的信号检测出来，反馈给控制装置或送去显示。传感器的组成传感器的静态特性线性度。灵敏度。迟滞。精确度。分辨力。零漂。线性度是指传感器实际输出—输入特性曲线与理论直线之间的最大偏差与输出满度值之比。灵敏度是指传感器在稳定标准条件下，输出量的变化量与输入量的变化量之比。传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程中，输出—输入特性曲线不重合的程度称为迟滞。精确度简称精度，它表示传感器的输出量与被测量的实际值之间的符合程度，包括传感器的测量值精度和重复精度。传感器能检测到的最小输入增量称分辨力，在输入零点附近的分辨力称为阈值。传感器在零输入状态下，输出值的变化称为零漂。传感器能测量动态信号的能力用动态特性表示。动态特性是指传感器测量动态信号时，输出对输入的响应特性。传感器动态特性的性能指标可以通过时域、频域以及试验分析的方法确定，其动态特性参数有：最大超调量、上升时间、调整时间、频率响应范围、临界频率等。传感器的动态特性在传感器技术中，通常把对传感器的输出信号进行加工处理的电子电路称为传感器测量电路。传感器的输出信号经过加工后可以提高其信噪比，并易于传输和与后续电路环节相匹配。传感器测量电路可由各种单元电路组成。常用的单元电路有：电桥电路、谐振电路、脉冲调宽电路、调频电路、取样保持电路、A/D和D/A转换电路、调制解调电路。传感器的测量电路传感器的测量电路传感器测量电路的分类传感器与计算机的接口在传感器的使用中，有相当一部分测量值要用计算机来进行处理。因而在确定检测系统和搭接测量线路时，还需考虑到输入计算机的信息必须是能被接收、处理的数字量信号。根据传感器输出信号的不同，通常有三种相应的接口方式。模拟量接口方式：传感器输出信号→放大→取样/保持→模拟多路开关→A/D转换→I/O接口→计算机。开关量接口方式：开关型传感器输出（逻辑1或0）信号→缓冲器→计算机。数字量接口方式：数字式传感器输出数字信号(二进制代码、BCD码及脉冲序列等)→计数器→缓冲器→计算机。传感器的选用检测要求和条件。传感器特性。使用条件。首先考虑采用何种类型的传感器。再考虑传感器的具体性能指标。若无法选到合适的传感器，可以考虑自制。。选用准则选用步骤在工程设计中，需特别注意：重视对传感器的选型；所选用的传感器的精度要高于机电一体化系统的总体精度；不选用达不到静态与动态特性的传感器。感应同步器感应同步器的结构感应同步器是利用感应电压的变化来进行位置检测的。光栅位移传感器光栅位移传感器主要由标尺光栅、指示光栅、光电器件和光源等组成。通常，标尺光栅和被测物体相连，随被测物体的直线位移而产生位移。一般标尺光栅和指示光栅的刻线密度是相同的，而刻线之间的距离W称为栅距。可以通过测量莫尔条纹的移动来检测光栅微小的位移。光电编码器光电编码器是一种旋转式的检测角位移的传感器，并将角位移用脉冲形式表示，故又称光电脉冲编码器。它有两种基本类型：增量式编码器和绝对式编码器。直流测速发电机目前广泛使用的速度传感器是测速发电机，它能将输入的机械转速变换为电压信号输出，通常要求电机的输出电压与转速成正比关系。光电式速度传感器光电式速度传感器将速度的变化转变成光通量的变化，在通过光电转换元件将光通量的变化转换成电量变化，即利用光电脉冲变成电脉冲，光电转换元件的工作原理是光电效应。电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。当被测物理量作用在弹性元件上时，弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化，然后通过转换电路将其转变成电压输出，电压变化的大小反映了被测物理量的大小。电阻应变式传感器电阻应变式传感器工作原理：电阻应变式传感器的工作原理是基于应变效应的。应变效应是指在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化的现象。在外力作用下，被测对象产生微小机械变形，电阻应变片随着发生相同的变化，同时应变片电阻值也发生相应变化。当测得应变片电阻值变化量ΔR时，便可得到被测对象的应变值。压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应。当某些材料受力作用而变形时，其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，其内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，其又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。压电式传感器压电传感器本身的内阻抗很高，而输出能量较小，为了保证压电传感器的测量误差较小，它的测量电路通常需要接入一个高输入阻抗的前置放大器，其作用为：一是把它的高输出阻抗变换为低输出阻抗；二是放大传感器输出的微弱信号。压电式传感器的测量电路热电偶热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。它构造简单，使用方便，具有较高的准确度、稳定性及复现性，温度测量范围宽，在温度测量中占有重要的地位。热电偶基本定律（3）中间温度定律（1）中间导体定律（2）参考电极