自动检测技术及仪表控制系统课件(第八章).ppt

第八章 机械量检测 机械量介绍 机械量包括长度、位移、速度、转角、转速、力、力矩、振动等参数。 其中直线位移是机械量中最基本的参数； 速度是位移的时间微分； 力或力矩可以使弹性体变形而产生位移； 由牛顿定律可知加速度与作用力有关。 机械量检测的主要任务：检测位移和力的大小 按检测原理分类 主要内容 模拟式位移检测--电容式位移检测方法、电感式位移检测方法、差动变压器式位移检测方法、光纤位移检测方法 光学数字式位移检测--光栅标尺、莫尔条纹标尺 转速检测--离心力检测法、光电码盘转速检测法 力的检测方法—金属应变元件、半导体应变元件、压电效应、压敏导电橡胶 加速度与振动检测—加速度检测原理、动电型振动检测方法、微机械加速度传感元件 8.1 位移检测 1、电容式位移检测方法 变极距法和变面积法 变极距或变面积电容式位移检测 差动电容式位移检测 自感式位移传感器 8.1 位移检测 2、差动电感式位移检测方法 8.1 位移检测 3、互感式—差动变压器式 互感式位移传感器，变压器一次线圈和上下对称的两个二次线圈之间的互感强度随铁心的位置而发生变化。 差动变压器的应用 偏位式和零位式重量传感器 电桥电路中的偏位法和零位法 电桥平衡下： 与E无关（零位法） R1发生变化： 与E有关 （偏位法） 光纤位移检测方法 2、工作原理 莫尔条纹具有如下特点： 1.莫尔条纹的位移与光栅的移动成比例。光栅每移动过一个栅距W，莫尔条纹就移动过一个条纹间距B 2.莫尔条纹具有位移放大作用。莫尔条纹的间距B与两光栅条纹夹角之间关系为 3.莫尔条纹具有平均光栅误差的作用。 通过光电元件，可将莫尔条纹移动时光强的变化转换为近似正弦变化的电信号，如图所示。 将此电压信号放大、整形变换为方波，经微分转换为脉冲信号，再经辨向电路和可逆计数器计数，则可用数字形式显示出位移量，位移量等于脉冲与栅距乘积。测量分辨率等于栅距。 角位移检测传感器 一、旋转变压器 二、光电编码器 1. 结构如图所示 旋转变压器一般做 成两极电机的形式。 在定子上有激磁绕组 和辅助绕组，它们的 轴线相互成90°。在 转子上有两个输出绕组 ——正弦输出绕组和余弦输出绕组，这两个绕组的轴线也互成90°，一般将其中一个绕组（如Z1、Z2）短接。 2. 原理 旋转变压器在结构上与两相绕组式异步电机相似，由定子和转子组成。当以一定频率（频率通常为400Hz、500Hz、1000Hz及5000Hz等几种）的激磁电压加于定子绕组时，转子绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或在一定转角范围内与转角成正比关系。前一种旋转变压器称为正余弦旋转变压器，适用于大角位移的绝对测量；后一种称为线性旋转变压器，适用于小角位移的相对测量。 3. 测量方式 当定子绕组中分别通以幅值和频率相同、相位相差为90°的交变激磁电压时，便可在转子绕组中得到感应电势U3，根据线性叠加原理，U3值为激磁电压U1和U2的感应电势之和，即 线性旋转变压器实际上也是正余弦旋转变压器，不同的是线性旋转变压器采用了特定的变压比k和接线方式，如右图。这样使得在一定转角范围内（一般为±60°），其输出电压和转子转角θ成线性关系。此时输出电压为 1.增量式 编码器结构 2.增量式编码器工作原理 鉴向盘与主码盘平行，并刻有a、b两组透明检测窄缝，它们彼此错开1/4节距，以使A、B两个光电变换器的输出信号在相位上相差90°。工作时，鉴向盘静止不动，主码盘与转轴一起转动，光源发出的光投射到主码盘与鉴向盘上。当主码盘上的不透明区正好与鉴向盘上的透明窄缝对齐时，光线被全部遮住，光电变换器输出电压为最小；当主码盘上的透明区正好与鉴向盘上的透明窄缝对齐时，光线全部通过，光电变换器输出电压为最大。主码盘每转过一个刻线周期，光电变换器将输出一个近似的正弦波电压，且光电变换器A、B的输出电压相位差为90°。经逻辑电路处理就可以测出被测轴的相对转角和转动方向。 3.绝对式编码器原理 绝对式编码器是把被测转角通过读取码盘上的图案信息直接转换成相应代码的检测元件。编码盘有光电式、接触式和电磁式三种。 光电式码盘是目前应用较多的一种，它是在透明材料的圆盘上精确地印制上二进制编码。如图所示为四位二进制的码盘，码盘上各圈圆环分别代表一位二进制的数字码道，在同一个码道上印制黑白等间隔图案，形成一套编码 黑色不透光区和白色透光区分别代表二进制的“0”和“1”。在一个四位光电码盘上，有四圈数字码道，每一个码道表示二进制的一位，里侧是高位，外侧是低位，在360°范围内可编数码数为24=16个。 工作时，码盘的一侧放置电源，另一边放置光电