任务六　位移与速度的测量.pptVIP

天津冶金职业技术学院 任务要求 位移常用测量系统可分为三类： ①机械测量系统 主要用于位移测量，其动态特性较差，机械惯性大，不能远距离传送。 ②光学测量系统 用光学法、光电干涉、光导纤维、激光多普勒效应等方法进行测量。光电测量法是一种非接触测量方法，对被测对象无不良影响，具有较高的频响精度。 ③电测系统 用各种传感器及配套使用的仪器测量位移是目前最广泛使用的方法。可根据测试对象选用不同类型的传感器及测试方法。其特点是动态范围大，要进行接触式测量时，传感器对被测对象有一定影响。 电感式位移测量系统是变磁阻类测量装置。电感线圈中输入的是交流电流，当被测位移量引起铁芯与衔铁之间的磁阻变化时，线圈中的自感系数L或互感系数M产生变化，引起后续电桥桥路的桥臂中阻抗Z变化，当电桥失去平衡时，输出电压与被测的机械位移量成比例。电感式传感器常分成自感式（有单磁路和差动式两种）与互感式（常用的是差动变压器型）两类。 由于铁芯和衔铁的导磁系数?1、?2远大于空气隙的导磁系数?0，所以铁芯和衔铁的磁阻Rm1、Rm2可略去不计，所以磁路中的总磁阻只考虑空气隙的磁阻这一项。由此，得到电感线圈中的电感量如式（6-1）所示。当传感器设计制造完成后，W、?0、A1都是常数。则式（6-1）可改写为 当衔铁感受被测位移量产生位移时，则传感器必有的电感量输出，从而达到位移量到电感变化量的转换。式（6-2）表明：电感量与线圈匝数平方W2成正比；与空气隙有效截面积A1成正比；与空气隙磁路长度x成反比。因此，改变气隙长度或改变气隙截面积都能使电感量变化。对于变气隙型电感传感器，其电感量与气隙长度之间的关系如图6-2所示，可见L=f (x)不呈线性关系。当气隙从初始x0增加或减少时，电感量变化是不等的。因此，为了使电感传感器有较好的线性，必须使衔铁的位移量限制在较小范围内，一般取，常适用于测量0.001~1mm的位移值。这样，才有近似的线性关系。 在实际应用中，常把两个完全对称的单磁路自感传感器组合在一起，用一个衔铁构成差动式电感传感器。如图6-3。当忽略铁磁材料的磁滞和涡流损耗，工作开始时，衔铁处于中间位置，气隙长度x1=x2=x0，两个线圈的电感相等L1=L2=L0，流经两线圈中的电流相等I1=I2=I0，因此，ΔI=0，则负载ZL上没有电流流过，输出电压Usc=0。当衔铁由被测位移量带动作上下移动时，铁芯与衔铁之间的气隙长度一个增大，另一个减小，则L1≠L2；I1≠I2。负载ZL上有电流ΔI流过，所以电桥失去平衡，有电压Usc输出。电流ΔI和输出电压Usc的值，代表衔铁的位移量之大小，如将Usc经过相敏整流电路转换为直流电压，根据输出直流电压的极性，还可判断衔铁移动的方向。 根据图6-3，设衔铁向上移动Δx，上下电感线圈的电感量由原始的L值分别变为L+ΔL1和L-ΔL2（设ΔL1=ΔL2），此时上下线圈总电感量为： 差动变压器式电感传感器具有线性范围大、测量精度高、稳定性好和使用方便等优点，广泛应用于直线位移测量中。 图6-5是将差动变压器式电感传感器应用于锅炉自动连续给水控制装置的实例。该装置是由浮球——电感式传感器、控制器、调节阀与积分式电动执行器组成。浮球——电感式传感器是由浮球、浮球室和变压器式传感器所组成。 锅炉水位的变化被浮球所感受，推动传感器的衔铁随着水位的波动而上下移动，使传感器的电感量发生变化，经控制器将电感量放大后反馈给调节阀。调节阀感受线圈电感量的变化，发生相应的开或关的电信号，调节阀通过执行器，开大或关小阀门，实现连续调节给水的目的。当锅炉水位上升时，调节阀逐步关小，使锅炉的给水量逐步减少；反之，调节阀逐步开大，则锅炉的给水量逐步增加。由于在执行器的阀杆上设置一个与传感器线圈特性相同的阀位反馈线圈，当传感器线圈与反馈线圈经放大后的电感电压信号相等时，执行器就稳定在某一高度上，锅筒内水位也保持在某一高度，从而使锅炉的给水量与蒸发量不断地自动趋于相对平衡位置。 根据法拉第电磁感应定律，将一块金属置于交变磁场中，或使金属块在磁场中作切割磁力线的运动，那么在金属体内将产生旋涡状的感应电流，这种电流叫做电涡流。该效应称为电涡流效应。利用电涡流效应制成的传感器称为涡流式传感器。由于电涡流式传感器具有频率响应范围宽、灵敏度高、测量范围大、结构简单、抗干扰能力强、不受油污等介质的影响，特别具有非接触测量等优点。 半导体光电位置敏感器件（position Sensitive Detector简称PSD）是一种对其感光面上入射光点位置敏感的