《4模拟量位移传感器与位移的测试》.pptVIP

机电工程测试技术 机电工程学院 工程测试技术教研组 王琨琦 4.4 电容式传感器 + + + ? A ? δ、A或ε发生变化时，都会引起电容的变化。 1)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: 模拟量传感器 测量方法： （有三种方法） a)极距δ变化型 + + + + + + 当极距有一微小变化量dδ时， 电容的变化量为 即系统的灵敏度为： 工作特性： ??灵敏度s与极距的平方成反比，极距越小，灵敏度越高，但极距减小受电容极板间击穿电压的限制。一般δ0＝0.1～1mm左右。 ??电容量C与极距δ呈非线性关系，为了减小非线性误差，通常极距变化范围Δδ/δ0≈0.01～0.1。 ??此类电容传感器仅适于微小位移的测量（0.01μm～数百微米）；非接触测量 实际应用中，为了提高传感器的灵敏度、增大线性工作范围和克服外界条件（如电源电压、环境温度等）的变化对测量精度的影响，常常采用差动型电容式传感器。 电容式接近开关 振荡电路 被测物体 感应电极 被测电容 测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的距离发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化。接近开关检测的物体，一般应该是导体，如果经过特殊的处理，也可以测量绝缘的液体或粉状物体。 模拟量传感器 振动式地音入侵探测器 适合于金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打洞、爆破等破坏行为均可及时发现。 实验：电子称 原理 将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。 下图悬臂梁贴有两应变片 和 ， ，梁受力的变化规律为 ， 和 的灵敏度为 ，若电桥激励电压 ，问 1、应变片 和 的 =？ 2、组成半桥时，求电桥输出电压。 3、绘制的频谱。 作业： 4.3电感式传感器 1.自感式传感器 1) 工作原理：线圈的自感与磁路的磁阻有关。 其中w－线圈匝数，Rm－磁路磁阻 磁阻Rm与磁路各段的性质有关，磁路通常由铁芯及铁芯间的空气隙 组成。 μi, μ0分别为铁芯和空气隙的磁导率。 Ai为各段铁芯及空气隙的截面积。 li和δi分别为铁芯长度和空气隙厚度。 参量型传感器 基本原理：将被测量的变化转化位电感量的变化。 在变压器中，铁芯为闭合回路，因此空气磁阻为0，而在传感器中，则利用空气磁阻，在磁阻的表达式中。 ∵μ0μi, 即Rm主要由空气的磁阻构成。 通常只要（设法）使空气隙的厚度δ和截面积Ai发生变化，便可以使自感发生变化，因此可构成下列三种传感器。 变气隙式 工作原理及结构： 参量型传感器 灵敏度： 参量型传感器 呈非线性。 变气隙截面式： 可知，输出为线性。 参量型传感器 由 螺管式：在螺管线圈内插入铁芯，铁芯上下移动时，磁阻发生变化，这种传感器制造简单，适用于较大位移测量（数毫米），但灵敏度较低。 2）实用差动式自感传感器。 一般实用的自感式传感器，通常是构成差动式的，其输出特性大有 改善。以变气隙式为例： 参量型传感器 在初始位置时，衔铁位于气隙的中间，两线圈的电感值：L1=L2=L 总电感的变化量：dL S=L1-L2=0。 L1=L+dL，L2=L-dL 由于两个电感量一个增加，一个减小，因此称之为差动式。总的电感变化量：dLS=L1-L2=2dL 参量型传感器 当被测量使衔铁偏离中间位置时，两个磁路的磁阻由于气隙厚度改变而发生变化，两个电感分别改变为： 其灵敏度 可见，不仅灵敏度提高，而且线性范围也增加了。因此，使用自感传感器多组成差动式，如差动变气隙，差动变面积，差动螺管式。通常接入电桥进行测量，用来测量位移量。 参量型传感器 由此可见，差动式传感器比单边传感器的灵敏度提高一倍，其输出特性为： △L~△δ。 双螺管线圈差动型 差动变面积型 双螺管线圈差动型传感器测量电路 ~ 3)电感式传感器基本测量电路： 交流电桥是电感式传感器的主要测量电路，它的作用是将线圈电感的变化转换成电桥电路的电压或电流输出。在实际使用中,常采用两个相同的传感线圈共用一个衔铁,构成差动式电感传感器（可提高传感器的灵敏度,改善线性，减小测量误差），所以交流电桥也多采用双臂工作形式。 e(t) vo(t) 二极管整流电桥 环形二极管整流电桥 Vo 参考端信号 -ΔL时输出端信号 采用带相敏整流的交流电桥，输出信号既能反映位移大小