机械工程测试第6章传感器原理1.pptVIP

本章学习要求 6.1 概 述 6.1 概 述 电阻的相对变化： 电阻的灵敏系数 当应变片测量应变或应力时，在外力作用下，被测试试件产生微小的机械变形，粘贴 在被测试试件上的应变片随着发生相同的变化，同时应变片的电阻值也发生相应的变化。当测得应变片电阻值的变化量△R时，便 可得到被测试件的应变值。根据应力与应变的关系： 金属应变片的类型和材料 金属丝式 金属箔式 金属薄膜式 　　 敏感栅 电阻丝 金属应变式 基 底 绝缘 　　 覆盖层 保护 容器内液体重量（液位）传感器 该传感器有一根传压杆，上端安装腰形筒微压传感器，下端安装感压膜，在三者空腔内充满传压介质并密封。 由于空腔内传压介质的高度比被测溶液的高度高，因而腰形筒微压传感器处于负压状态。 1）单线圈螺线管传感器。 如图4-4所示为单线圈螺线管式传感器的结构原理图。它由多圈绕制的细长线圈2和铁磁性壳体3组成螺线管，并在其中插入活动铁心1组成，活动铁心可沿轴向移动。设螺线管的长度为2l ，线圈匝数为W，线圈内径为r，线圈内孔截面积为S。测量时，活动铁心的左端与被测体连接，当活动铁心随被测体移动时，线圈的电感量发生变化，电感量变化的大小与铁心插入深度（被测体位移量）x有关。 6.4.2 差动变压器式传感器 6.4.3 电涡流式传感器 如果将被测金属板放入两线圈之间, 则L1线圈产生的磁通将导致在金属板中产生电涡流。 此时磁场能量受到损耗, 到达L2的磁通将减弱为Φ′１, 从而使L2产生的感应电压U2下降。 金属板越厚, 涡流损失就越大, U2电压就越小。因此, 可根据U2电压的大小得知被测金属板的厚度, 透射式涡流厚度传感器检测范围可达1～100mm, 分辨率为0.1μm, 线性度为 1%。 为了克服带材不够平整或运行过程中上下波动的影响, 在带材的上、下两侧对称地设置了两个特性完全相同的涡流传感器S1、S2 。 S1、 S2与被测带材表面之间的距离分别为x1和x2。 若带材厚度不变, 则被测带材上、 下表面之间的距离总有x1+x2=常数的关系存在。两传感器的输出电压之和为 2Uo数值不变。 如果被测带材厚度改变量为Δδ, 则两传感器与带材之间的距离也改变了一个Δδ, 两传感器输出电压此时为2Uo+ΔU。ΔU经放大器放大后, 通过指示仪表电路即可指示出带材的厚度变化值。带材厚度给定值与偏差指示值的代数和就是被测带材的厚度。  6.5 电容式传感器 电容式传感器是把被测量的变化转换成电容量变化的一种传感器。 电容式传感器不但广泛用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，而且还逐步地扩大到用于压力、差压、液位、物位或成份含量等方面的测量。 6.5.1 工作原理 电容传感器的基本理想公式： 6.5.2 电容型传感器的结构类型（一）变间隙式电容传感器 （二）变面积式电容传感器 角位移：极板2的轴由被测物体带动而旋转一个角位移θ度时，两极板的遮盖面积A↓→电容量↓。 板状线位移：极板2可以左右移动，极板1固定不动。 筒形：外圆筒不动，内圆筒在外圆筒内作上、下直线运动。 当转动动片一个角度θ，遮盖面积发生变化，电容量也随之改变。当θ=0时，其电容量为 板状线位移变面积型 当动板沿箭头所示方向移动x时，传感器的电容量为： 筒型 具有良好线性，与变间隙型相比，适用于较大角位移及直线位移的测量。 （三）变介电常数式 因为各种介质的相对介电常数不同，所以在电容器两极板间插入不同介质时，电容器的电容量也就不同。这种传感器可用来测量物位或液位，也可测量位移。 当电容极板之间的介电常数发生变化时，电容量也随之发生变化，根据这一原理可构成变介电常数式电容式传感器。可用以测量物位，含水量及成分分析等。图为变介电常数式电容液位传感器原理图。 1 加速度传感器 当传感器壳体随被测对象在垂直方向上作直线加速运动时，质量块在惯性空间中相对静止，而两个固定电极将相对质量块在垂直方向上产生大小正比于被测加速度的位移。此位移使两电容的间隙发生变化，一个增加，一个减小，从而使C1、C2产生大小相等，符号相反的增量，此增量正比于被测加速度。 6.6 压电式传感器 6.6 压电式传感器 6.6压电式传感器 压电式动态力传感器以及在车床中用于动态切削力的测量 可用于波形分析及报警的高分子压电踏脚板 e—压电陶瓷或石英晶体的介电常数 A—极板面积 d—压电元件厚度 压电式传感器从功能上讲，是一个电荷发生器；从性