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机电控制－检测元件 机电控制系统中检测元件 1、概述 2、常用的位移测量传感器，速度测量传感器 3、传感器的选用原则及注意事项 4、传感器的测量电路，传感器的微机接口 1、概述检测传感器的分类及对传感器的基本要求 传感器的分类 传感器是将机电控制系统中被检测对象的各种物理变化量变为电信号的一种变换器 按其作用可分为检测系统内部状态的内部信息传感器和检测作业对象和外部环境状态的外部信息传感器。 内部信息传感器包括检测位置、速度、力、转矩、温度等传感器。 外部信息传感器既有与人体五感相对应的，也有纯工程性的。 与五感相对应的有接触式的（压觉传感器、滑动觉传感器等）和非接触式的（视觉、听觉传感器等）。 纯工程性的是人体感官所不及的，例如电涡流传感器、无线电接收机、超声波测距仪、激光测距机等 按输出信号的性质可将传感器分为开关型（二值型）、模拟型和数字型 按传感器用途进行分类明确表示了传感器的用途。 根据被测物理量的不同，常用的传感器分为位移、位置传感器、速度和加速度传感器、力和力矩传感器、温度传感器、湿度传感器等。 传感器的基本工作原理有电阻式、电感式、磁电式、电容式、光电式等，因此，各种相应的传感器也可以按其工作原理分为电阻式、电感式、磁电式、电容式、光电式传感器 对传感器的基本要求 体积小、重量轻、对整机的适应性好 有较高的灵敏度和较大的信噪比，输入输出信号之间要求一定的函数关系，如单值、直线性的函数关系 传感器经过长期使用后其输出特性不发生变化，即稳定性好，抗干扰能力强，安全可靠、寿命长 便于与计算机连接。对于计算机控制系统来说，要求传感器的输出信号尽量符合计算机控制系统输人通道的信号要求，即为0V~5V，1V~5V，0V~10V，0mA~20mA，4mA~20mA等标准电压、电流 不易受被测对象（如电阻、磁导率）的影响，也不影响外部环境 对环境条件适应能力强，环境又包括温度、湿度、尘埃、振动、电场、磁场干扰等因素 现场处理简单、操作性能好 性能/价格比高 2、常用的位移测量传感器 电位计 电位计的精度和分辨率 与电阻丝本身的均匀性、缠绕的均匀性以及骨架尺寸的规范性等有关，测量仪表的内阻、精度也直接影响测量结果的精度 电位计做检测元件线路简单，惯性小，消耗功率小，制造、安装容易，所需电源简单，但其精度受尺寸的限制，有接触不良和寿命短的缺点，并对被测对象有力负载。现在国内生产的光点照射式光电电位计，可以避免上述缺点 常用的位移测量传感器 电涡流传感器 非接触式的传感器，具有灵敏度高，频率响应好，线性范围大，结构尺寸小，对油污、尘埃、湿度、干扰磁场及介质不敏感，工作寿命长等一系列优点，特别适用于恶劣的工业环境，可实现振动、位移的监控，精密定位，厚度测量，以及故障诊断等 电涡流传感器结构简单、性能可靠、测量精度高，但因其易受探头周围的导体影响，因而测量范围一般最大50mm～60mm 常用的位移测量传感器 差动变压器式位移传感器 M——比例系数，称为互感(H) 差动相敏检波电路 差动变压器式一般有0mm～1000mm各种规格，它有测量精度高、线性范围大、稳定性好、使用方便等特点，是应用广泛的位移传感器 常用的位移测量传感器 光电脉冲发生器 绝对型码盘 增量型码盘 绝对式码盘直接把角位移转换为相应代码，指示的是绝对位置而无累计误差，电源切断后位置信息不会丢失。但结构复杂，不易做到高精度和高分辨率，价格较贵。 常用的位移测量传感器 增量式码盘 增量式码盘把角位移增量转换为脉冲信号输出，由计数器对脉冲进行计数，从而确定角位移。增量式码盘结构简单，价格较低，因而受到较为广泛的应用 两个光敏接收元件的安装位置应使得在一个明暗区周期中或每当光电盘旋转一个节距时，产生具有相位差的正弦波信号A和B，并可以用这两个信号来区分圆盘旋转的方向 常用的位移测量传感器 增量式码盘 无接触、寿命长、允许转速高、精度高；缺点是结构复杂、价格高。 可采用信号处理方法来提高其分辨率 常用的位移测量传感器 感应同步器 采用感应同步器可以提高工件的加工精度，减少测量时间，并可进行直接数字显示。 感应同步器是一种电磁元件，按结构可分为直线式、旋转式（圆盘式）两种，所谓直线感应同步器相当于一个展开式旋转变压器。感应同步器的工作原理和旋转变压器相似 极距为1mm的直线式同步感应器的精度可达±25μm 采用感应同步器作为位移变换元件的鉴幅型闭环检测系统 振荡频率愈高，脉冲当量（每个脉冲所表示的位移量）愈小，精度愈高，一般感应同步器的节距为2＝20m