第3章 测量技术 知识概述 《测控技术 知识与仪器专业导论》课件.pptVIP

6.传感器其它应用原则 传感器在实际测试条件下的工作方式，也是选用传感器应考虑的重要因素。因为测量条件不同对传感器要求也不同。 在机械系统中，运动的被测参数 (例如回转轴的转速、振动、扭矩)，需要非接触式测量。 可采用电容式、涡流式和光电式等非接触传感器，会有很大方便。若选用电阻应变计时，则还需配用遥测应变仪。 为实现自动化过程的控制与检测，往往要求真实性与可靠性。 必须考虑现场实际条件，对传感器及测试系统提出特殊要求或制造特定环境。 如，在加工过程中，若要实现表面粗糙度的检测，以往的干涉法、触针式轮廓检测法等都不能应用，而代之以激光检测方法。 3.3 传感器基本工作原理 3.3.1 电阻式传感器 电阻式传感器将非电量变化转换为电阻值变化的传感器，通过对电阻变化量的测量，达到对非电量电测的目的。 电阻式传感器的种类很多，主要有电阻应变式、压阻、热电阻、电位器式、气敏式、光敏式和湿敏式等。 3.3.2 电感式传感器 电感式传感器是基于电磁感应原理，将被测非电量（如位移、压力、振动等）转换为电感量变化的一种结构型传感器。 电感式传感器种类很多，常见的有自感式，互感式和涡流式三种。 用作发信装置，非接触检测金属物体的运动，结果以为电信号输出，广泛应用于机器人、生产线、机械加工及传送系统。 3.3.3 电磁式传感器 是利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。 它不需要辅助电源就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号，是有源传感器。 输出功率大且性能稳定，工作频带宽（10～1000Hz），应用范围广。 如图3-11所示为一款变磁通式磁电传感器，用来测量旋转物体的角速度。磁电传感器结构有变磁通式和恒磁通式两种。恒磁通式磁电传感器一般由永久磁铁、线圈、弹簧等组成。 3.3.4 电容式 电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容量变化，再经信号转换电路转换为电压、电流或频率的一种传感器。 它结构简单、体积小、分辨率高，发热影响小，动态响应快，可非接触式测量，并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作。广泛应用于压力、差压、液位、料位、振动、角度、位移、加速度、成分含量等多方面测量。 随着电容测量技术的迅速发展，电容式传感器在非电量测量和自动检测中得到了广泛的应用。 3.3.5 压电式传感器 基于某些介质材料的压电效应，是典型的有源传感器。 当材料受力作用而变形时，其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。 压电式传感器具有体积小，重量轻，工作频带宽等特点，因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量，以及声学、 医学、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。 某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，其内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。 当作用力方向改变时，电荷的极性也随之改变。 有时人们把这种机械能转为电能的现象，称为正压电效应。 当在电介质极化方向施加电场，电介质也会产生变形，该现象称为逆压电效应（电致伸缩效应）。 如图3.3-2所示为能够实现机—电能量的相互转换的原理图，表明机械能量变化可以转换成电量输出，也可以进行逆变化，把电量转换成机械能。 如图3.3-3所示为压电式单向测力传感器的结构图，它主要由石英晶片、绝缘套、电极、上盖及基座等组成。 第3章 测量技术概述 “测控技术与仪器”专业中的“测控”，包括“测量”和“控制”两部分内容，是大学四年都需要学习的重要专业内容。 在现代科学体系中测量已经被当做一个系统来研究。本专业所涉及的测量，很多需要通过传感器来实现，而传感器又有很多不同的类型，它们的工作原理也各不相同。 传感器能输出各种模拟（以模拟电压或模拟电流）和模数（数字量输出）两种形式的信号，各有不同特点与应用。 本章介绍测量技术的基本概念、传感器的基础知识、各类传感器及其工作原理及信号的输出方式，是“测控技术与仪器”专业的重要常识性内容。 3.1 测量技术的概念 测量技术在机械制造业主要研究对零件几何参数进行测量和检验的问题，它是计量学的一个组成部分。 走上工作岗位，在车间从事机械加工或设计工作，都要用到测量技术。 3.1.1 测量 测量，在中国国家计量技术规范（JJF1001-2011）中定义为，通过实验获得并可合理赋予某量一个或多个量值的过程。 定义包括两层含义： （1）测量是一个实验过程，即是从确定被测量及对测量的要求开始，开展选定测量原理和方法、选用测量标准和仪器设备、设计操作程序、规定测量条件、明确过程中的影响量、实施测量操作等工作，最后给出需要的测量结果； （2）测量是为了合理的赋予某量一个或多个量值，合理赋予表明测量要按需进行。 按照测量范围、不确