《机械工程测试技术》第三章

1、第三章通用传感器和敏感组件，本章学习要求：1。了解传感器分类2。掌握通用传感器测量原理3。理解传感器测量电路，作用：相似人的感觉器官。将力、位移、温度等测量的东西转换成可测量的信号，并传递到测量系统的信号调节环。2020年7月18日星期六，1，基于机械工程测试技术，2020年7月18日星期六，2，1，按测量分类，位移传感器，力传感器，温度传感器，湿度传感器，3，信号转换特性，2，结构传感器：根据传感器结构参数的变化执行信号转换。电容、电感、应变传感器等，能量转换(手动)传感器：通过直接由测量对象(例如热电偶温度计、弹性压力表等)输入能量来工作。能量控制型(主动)传感器：从外部提供辅助能量，使传

2、感器工作。将电阻应变计连接到外部供给的电阻桥时，由测量变化引起的电阻变化控制桥梁输出。见书表3-1，机械工厂常用传感器。此外，只能有一个传感器，也可以组合多个能量交换组件，形成一个小型设备。2020年7月18日星期六，基于机械工程测试技术，5，2020年7月18日星期六，图3-2伺服加速度计盒，输入，输出，图3-1能量控制传感器工作原理，测量对象，传感器，辅助能量，机械工程测试弹性变形(或变形) 图3-4微传感开关1-工件2-电磁铁3-通道4-引线开关5-电极6，2020年7月18日星期六，弹性元件具有蠕变、弹性滞后等现象，应在结构设计、材料选择、处理工艺等方面采取有效措施，改善这种现象的影响

3、。 通常与其他传感器一起使用，首先使用弹性元件将测量转换为位移量，然后使用其他形式的传感器(例如电阻、电容、涡流等)将位移量转换为电信号输出。缺点：弹性变形不能太大。结构间隙的影响大，惯性大，固有频率低，只能用于检测慢变或静态测量。机械工程测试技术的基础，9，3节电阻式传感器，电阻式传感器是将测量转换为电阻变化的传感器。分类(a)可变电阻器类型；(b)电阻应变，一变电阻式传感器(电位差计)，定义：改变电位器接触位置，将位移转换为电阻的变化。根据电阻公式电阻r，(3-1)，形式中：电阻；l电阻导线长度；a电阻线材剖面区域在表示式中表示，如果电阻线材直径和材料固定，则电阻值会随线材长度变更。分类：

4、(1)直线位移型(2)角度位移型(3)非线性图3-5所示，2020年7月18日星期六机械工程测试技术基础，10，图3-5可变电阻器传感器直线位移型B)角度位移型C Xp-可变电阻器的总长度Rl-背面电路输入电阻。，(3-3)，要减少背面电路的影响，必须创建Rl Rp(降低负载效果)。优点：(1)结构简单。(2)性能稳定；使用方便。缺点：(1)分辨率不高。(2)成分大。应用：用于伺服记录仪器或电子电位差计等的线位移，角度位移测量。2020年7月18日星期六，基于机械工程测试技术，13、2电阻变形传感器，适用范围：测量力、变形、位移、加速度、扭矩等分类：(1)金属变形芯片；(2)半导体应变；特征：

5、(1)体积小；(2)动态响应速度；(3)测量精度高；(4)使用容易。(a)金属电阻应变计的工作原理：应变计必须用特殊粘合剂固定在要测量弹性元件或变形的物体表面，阻力线随物体变形，阻力值相应改变。因此，测量的变化转换为电阻变化。种类：常用丝绸和箔的工作方式相同。2020年7月18日星期六，机械工程测试技术基础，14，图3-7电阻线应变1-电阻线2-电阻线3-罩4-引线线，(1)钢丝直径0.025毫米的钢铜或镍铬合金线，附着在绝缘基板和罩上，22箔大约110米厚。发热好，粘合状态好，输送性能好。机械工程测试技术基础，2020年7月18日星期六，16，机械工程测试技术基础，2020年7月18日星期六

6、，17日，转换原理，机械工程测试技术基础，2020年7月18日星期六，18，基于机械工程测试技术、19、电阻线轴相对变形(或纵向变形)、电阻线径向相对变形(或横向变形)、电阻线电阻率相对变化、电阻线接收的正应力有关。压阻系数，与材料相关；e电阻线材料的弹性系数；材料泊松郑智薰，形式中，2020年7月18日星期六，制造中Sg为1.73.6之间，一般市场中电阻变化板标准为60，120，350，600，1000等。几种常用电阻线材料的物理特性见表3-2。基于机械工程测试技术，20，表3-2通用电阻线材料的物理性能，2020年7月18日星期六，基于机械工程测试技术，21，(2)半导体应变板，这个数字比

7、金属线大5070倍。2020年7月18日星期六，工作原理：半导体材料的压力电阻效应，单晶半导体材料沿特定轴受外力影响时电阻率的变化，几何尺寸变化0，电阻率变化，机械工程测试技术基础，22，表3-3几种典型半导体材料特性，2020年7缺点：(1)(2)灵敏度分散度大(结晶香杂质等因素)。(3)非线性大小大。摘要：(1)导线电阻应变利用导体变形引起电阻变化。(2)半导体应变是利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。2020年7月18日星期六，机械工程测试技术基础，24，1直接用于测量结构应变或应力。例如：研究机械、桥梁等部分零部件工作状态下的力、变形。2020年7月18日星期六，2在弹性体上粘贴应变，

8、以测量力、位移、加速度等物理参数。各种传感器实质上：力产生的弹性变形电阻器电阻值发生变化，通过二次仪表转换为电压(或电流)信号输出。有关示例，请参阅图3-11。，(c)电阻应变计传感器应用方法，基于机械工程测试技术，25，电阻应变计，图3-11动态电阻应变计方块图，2020年7月18日星期六，基于机械工程测试技术，26，(4)电阻应变计传感器应用注意事项(。因此，粘贴工艺(胶水、贴纸预处理、固化处理、防潮等)很重要。修补过程(3)动态测量时，必须考虑弹性元件和应变的动态特性。动态特性(4)温度对电阻值变化的影响不可忽视，考虑了温度修正。温度补偿，2020年7月18日星期六，基于机械工程测试技术

9、，27，第四节触电传感器，原理：将测量转换为触电量变化的装置。(基于电磁感应原理)分类：2020年7月18日星期六，基于机械工程测试技术，2020年7月18日星期六，28，1，磁感应A)可变磁电阻，线圈自感应：W:线圈匝数；Rm:磁路的总磁阻H-1，无论空气间距小，磁路的铁损耗如何，总磁阻均可忽略，因为L芯磁长磁芯磁芯磁芯磁导率a芯磁截面面积气隙长度0空气渗透率(410-7) A0空气间隙磁截面面积，磁芯磁阻小于气隙磁电阻。固定A0更改时，L为非线性关系，传感器灵敏度S为，(3-17)，灵敏度S与气隙长度平方成反比，越小，S越高。如果s不是常数，则可能发生非线性误差。为了减少此错误，通常规定在

10、小间隙范围内工作。将“间隔更改”设置为(0，0)，在常规应用程序中采用/0.1。此传感器适用于小位移测量，通常设置为0.0011 mm。2020年7月18日星期六，机械工程测试技术基础，30，图3-13可变磁阻传感器的典型结构，L和A0的线性关系灵敏度低。0，0-，将两个线圈连接到桥的相邻双臂上，灵敏度将提高一倍，非线性度将提高。结构简单，制造容易，但灵敏度低，适用于大位移测量。具有高灵敏度和线性性，常用于电感测微仪，测量范围为0300米，最小分辨率为0.5m。2020年7月18日星期六，X，基于机械工程测试技术，31，双螺旋线圈差动传感器经常连接在桥的两条腿臂上。线圈电感L1、L2随芯位移变

11、化，输出特性如图(3-14)所示。2020年7月18日星期六，机械工程测试技术基础，2020年7月18日星期六，32，1，磁感应(B)涡流式，原理：利用金属导体的交流磁场中的涡流效应。图3-15高频反射涡流传感器原理，I，i1，1，金属板，这种交流磁场这种电流在金属体内闭合，被称为“涡流”。根据伦茨定律，旋涡电流的交变磁场与线圈的磁场变化方向相反。由于旋涡磁场作用，原线圈的等效阻抗Z发生了变化，变化的程度与距离有关。基于机械工程测试技术，2020年7月18日星期六，基于机械工程测试技术，33，涡流传感器实物图，2020年7月18日星期六，34，涡流传感器的结构涡流传感器结构比较简单。主要由安装

12、在探针外壳上的扁平圆形线圈组成。机械工程测试技术基础，35，2020年7月18日星期六，机械工程测试技术基础，36，分压调幅电路：(3-18)，b)，2，0，u2，u1，U谐振频率等于电源频率时的输出电压工作时线圈阻抗发生变化，LC电路不协调，输出信号u (t)频率仍然是工作频率，但大小发生变化，因此与谐波调整相对应。这个谐波通过放大、检测、滤波，可以得到气隙的动态信息。谐振频率，2020年7月18日星期六，f2，f1，1，f0，机械工程测试技术基础，37，频率曹征电路：频率曹征电路的工作原理如图3-18所示。与幅度调整法不同，使用电路的谐振频率作为输出量。发生变化时，线圈电感L发生变化，振动

13、器的振动频率F发生变化，通过频率鉴频器进行频率电压转换，成为比例输出电压。目前，该传感器广泛用作测量范围为110毫米、分辨率为1米的非接触测量。2020年7月18日星期六，机械工程测试技术基础，38，2020年7月18日星期六，机械工程测试技术基础，2020年7月18日星期六，39，a)径向振动测量，b)轴轨迹测量，机械工程测试技术基础，2020 2020 基于机械工程测试技术，2020年7月18日星期六它可以在一定距离(几毫米到几十毫米)内检测物体是否接近。 物体接近设定的距离时，可以发出“动作”信号。接近开关的核心部分对用“感测”接近的物体有很高的鉴别能力。这种接近开关只能检测金属。刘涛接近开关原理箱，基于机械工程测试