机械工程测试技术基础-第三版-第六章

1、2,第一节 概述,位移测量是线位移和角位移测量的统称,测量时应根据具体的测量对象,来选择或设计测量系统.,由于在不同的场合下对位移测量的精度要求不同，形成了多种多样的位移传感器及其相应的测量电路或系统,3,第一节 概述,表6-1 一些常用的位移传感器及其性能特点,4,第二节 常用的位移传感器,一、滑线电阻式位移传感器,滑线电阻的结构形式有缠绕式和单丝式。,滑线电阻式位移传感器具有结构简单、使用方便、输出大、性能稳定等优点，但由于触头运动时有机械摩擦，其使用寿命受限、分辨率较低、输出信号噪声大、不宜用于频率较高时的动态测量,上图c为桥式测量电路，供桥电源为具有一定精度的直流稳压电源，电桥的输出直

2、接用光线示波器显示。,5,第二节 常用的位移传感器,一、滑线电阻式位移传感器,滑线电阻式位移传感器和测量系统如图6-1所示。,a直线位移型b 角位移型 c 测量电路 1 滑线电阻 2 滑动触头,图6-1,6,二、应变片式位移传感器,第二节 常用的位移传感器,应变片式位移传感器的测量原理：,利用一弹性元件把位移量转换成应变量，而后用应变片、应变仪等测量记录。,应变片式位移传感器如图6-2所示。,a 悬臂梁及贴片 b应变片接桥,图6-2,7,第二节 常用的位移传感器,二、应变片式位移传感器,对于等断面梁，贴片处的应变 与位移 间的关系为 或,式中 l、h为梁的长度、厚度 X为从自由端到贴片处距离,

3、这种测量方法一般只用于小位移 250 m的情况下。,8,第二节 常用的位移传感器,二、应变片式位移传感器,圆环和半圆环式弹性元件及其贴片和接桥如图示。,9,第二节 常用的位移传感器,圆环或半圆环弹性元件，当它在被测位移的作用时，会产生弯曲应力和应变，其应变值与位移成正比。,由于这种方法直接测量的位移量较小，为了扩大其量程，可通过一些装置将小位移进行变换。,下面所示就是用一斜面将小位移变换成大位移的装置,二、应变片式位移传感器,10,第二节 常用的位移传感器,图6-4是用一斜面将小位移变换成大位移的装置。,二、应变片式位移传感器,图6-4,11,第二节 常用的位移传感器,三、 差动变压器式位移传

4、感器,图6-5示出了差动变压器的结构和接线情况。,1 一次侧线圈 2、3二次侧线圈 4 铁心,图6-5,12,第二节 常用的位移传感器,差动变压器的差动整流电路如图所示。,三、差动变压器式位移传感器,13,第二节 常用的位移传感器,三、差动变压器式位移传感器,差动整流电路与相後检测电路的功能基本相同，虽然检波效率低，但其测量线路简单，故用得也很多，差动变压器的最后输出一般可用示波器直接显示。由于示波器振子的内阻都很小，当差动变压器的测量电路是电压输出时，振子回路应接入电阻，以保证线性,差动变压器式位移测量系统具有精度较高、性能稳定、线性范围大、输出大、使用方便等优点。由于可动铁心具有一定的质量

5、，系统的动态特性较差。,14,第二节 常用的位移传感器,四、光电脉冲式位移传感器,光电脉冲式位移传感器：,实际上是一个位移数字编码器，工作时可将机械位移转换成数量的电脉冲信号输出。,光电脉冲式位移传感器的组成及其工作原理如图6-7所示。,1 圆盘 2 被测轴 3 光源 4 光敏二极管 5 平板,图6-7,15,第二节 常用的位移传感器,图a是测量角位移的透射光电脉冲转换器。 圆盘1 与测轴2一起转动时，照射到光敏二极管4上的光线就会时有时无，通过 光敏二极管的光电效应以及测量电路的变换就输出电脉冲；电脉冲的数目与光线的通断交数成正比，根据脉冲数目就可测出被测轴的转角。,图b是测量线位移的反射式

6、光电脉冲转换器。工作原理与透射式的基本相同，不同点在于照射光敏二极管的光是靠反射光。,四、光电脉冲式位移传感器,16,第二节 常用的位移传感器,光电脉冲式位移传感器的后续测量电路和显示记录装置如图6-8的框图所示。,四、光电脉冲式位移传感器,图6-8,17,第二节 常用的位移传感器,用上述方法，无法判断位移的正负方向，在需要判断方向的场合，需要多加一个光电管和一套测量电路。 两光敏二极管的装设位置如图6-9所示。,四、光电脉冲式位移传感器,图6-9,18,第二节 常用的位移传感器,判断位移方向的电路框图如图6-10所示。,四、光电脉冲式位移传感器,当用示波器记录时，可用两个或三个振子分别记录方

7、向信号和脉冲信号，处理数据时进行加减处理，才得真实位移。用计数器计数时，要用可逆计算器、方向信号（）、（）控制计数器的“加”、“减”法运算、脉冲信号作计数器的计数脉动，计算所记录的脉冲数就与实际位移成正比。,图6-10,19,第三节 位移测量的应用,一、回转轴径向运动误差的测量,回转轴运动误差是指在回转过程中回转轴线偏离理想位置而出现的附加运动。,运动误差是回转轴上任何发生与轴线平行的移动和在垂直于轴线的平面内的移动。前一种移动称为该点的端面运动误差，后一种移动称为该点的径向运动误差。,端面运动误差因测量点所在半径位置不同而异，径向运动误差则因测量点所在的轴向位置不同而异。所以在讨论运动误差时

8、，应指明测量点的位置。,20,第三节 位移测量的应用,一、 回转轴径向运动误差的测量,测量一根通用的回转轴的径向运动误差时，可将参考坐标选在轴承支承孔上。这时运动误差所表示的是回转过程中回转轴线对于支承孔的相对位移，它主要反映轴承的回转质量。任意径向截面上的径向误差运动可采用置于x、y方向的两只位移传感器来分别检测径向运动误差在x、y方向的分量。在任何时刻两分量的矢量和就是该时刻径向运动误差矢量。这种测量方式称为双向测量法。,由于种种原因，有时不必测量总的径向运动误差，而只需测量它在某个方向的分量，则可将一只传感器置于该方向来检测。这种方式称为单向测量法。,21,第三节 位移测量的应用,一、

9、回转轴径向运动误差的测量,双向测量法，如图6-11所示,Tx,Ty位移传感器 M1M2测量仪,图6-11,22,单向测量法，如图6-12所示。,一、 回转轴径向运动误差的测量,第三节 位移测量的应用,T位移传感器 M测量仪,图6-12,23,传感器见到的位移信号是很复杂的，如图6-13所示。,一、 回转轴径向运动误差的测量,第三节 位移测量的应用,图6-13,24,第三节 位移测量的应用,二、物位测量,在生产过程中经常遇到大量的固体和液体物料，存放在容器中或堆在场地上，并占有一定的高度，此高度还可能是随时间而变化的。对此高度的测量称为物位测量。,多种不同转换原理的位移传感器可用于物位测量。下面介绍其中的两种。,25,二、物位测量,1、 沉筒式液位变送器,带有差动变压器的沉筒式液位变送器的沉筒由固定段1和浮力段2两部分组成。如图6-14。,第三节 位移测量的应用,1 沉筒固定段 2 沉筒浮力段 2 测量弹簧 4 差动变压器