《现代检测技术及仪表》孙传友高教出版社电子教案第9章.docx

第九章 机械量电测法9.1 转速的电测法转速的表示方式：1、转动角速度 2、转速每分钟转动圈数n3、转动频率f每秒钟转动圈数4、转动周期，所以9.1.1模拟式电测法一、测速发电机把转速转换成电压 二、磁性转速表 图91-1 把转速转换为转角铝盘转矩 游丝扭矩 指针转角 平衡时 所以 三、离心式转速表 图91-2 把转速转换为位移离心力 弹簧力 平衡时 四、频闪转速表 图91-3反光标志最亮且稳定不动时，闪光频率等于转动频率。9.1.2计数式电测法一、转速传感器将转速转换成脉冲频率1、转换公式 脉冲频率 n每分钟转动圈数 m每转一周传感器发出脉冲数，2、实例： 1°磁电式 图91-4 图91-5 2°电容式、电涡流式 图91-63°霍尔式 图91-74°光电式：透射式 图91-8（b）反射式 图91-8（a）5°圆栅式 图91-9 二、转速传感器测量电路、 测频计数式 图9-110（a）适于转速快场合 晶体振荡器输出的时钟频率fc,经分频器k分频后形成宽度为T=k/fc的门控信号，计数器从开始对传感器脉冲计数，在T时间内，计数结果为2、测周计数式 图9-110（b）适于转速慢场合转速传感器信号（周期为T/m）经整形和k分频后，形成门控信号，计数器从开始对晶体振荡器输出的周期Tc稳定的时钟脉冲计数，计数结果为 3、测瞬时角速度 随转轴转动的转盘上均匀分布m个测点，即每相邻两个测点的间距均为=2/m，只要测出转过各段所用时间ti的计时脉冲数Ni，ti=NiTc，即可求出每个测点的瞬时角速度： (i=1,2,m) 9.2 振动的电测法9.2.1 相对振动传感器与绝对振动敏感器一、相对振动传感器相对振动物体相对于其平衡位置的往复运动。1、相对振动传感器的特点内部固定部分与运动参照点（平衡）位置相对静止内部可动部分与被测振动体一起运动2、传感器可动部分与被测振动体关联方式固接式 图9-2-1（a）弹压式 图9-2-1（b） 要求 即要求的二、绝对振动敏感器绝对振动被测物体相对于大地或惯性空间的往复运动。 1、绝对振动敏感器的结构特点内部固定部分与被测振动体一起运动内部可动部分有一定质量m，且通过弹簧R与固定部分相连接内部可动部分与固定部分之间相对运动受阻尼力作用，阻尼系数为C，即绝对振动敏感器内部存在一个“”系统2、绝对振动敏感器的运动分析运动关系 图9-2-2 （矢量相加）受力分析：弹簧力 阻尼力 运动方程 令 传输函数： （高通） （带通） （低通）3、绝对振动敏感器的功能把被测物体的绝对振动转换成敏感器内部可动部分与固定部分的相对运动1°当时 为位移敏感器 因 ， 所以 2°当时 为加速度敏感器因 ， 所以 3°当时 为速度敏感器 因 ，所以 9.2.2 绝对振动电测法一、位移传感器配接绝对振动敏感器可动部分与固定部分用弹簧片或弹性元件相连，可动部分与质量块相连，固定部分与被测振动体相连。1电容式 图9-2-3 因为，所以若，则， 所以 若，则 所以 2差动变压器式 图9-2-43应变式 图9-2-5（a）4霍尔式 图9-2-5（b）5压电式 1°压缩式 图9-2-6（a）2°剪切型 图9-2-6（b） 压电晶体作为弹性元件3°弯曲型 图9-2-5（c）二、磁电式传感器配接绝对振动敏感器可动部分与固定部分用弹簧片或弹性元件相连，可动部分为活动线圈（质量m），固定部分为外壳和磁钢与被测振动体相连， 线圈相对磁钢的运动产生感应电压。 所以 当时，三、涡流式传感器配接绝对振动敏感器涡流式加速度传感器紫铜环（质量块m）由弹簧片（k）悬挂在磁场中，感应线圈与外壳及磁钢为固定部分同被测振动体相连。紫铜环感应电压 感应电流 紫铜环电流产生磁场 线圈中感应电压 线圈输出电压 绝对振动敏感器运动方程 对上式取二阶导数，并将及其一阶导数 代入得： 所以 所以 当时，9.3 力与荷重的电测法直接法直接将力转换为电信号：压电式传感器(5.2节)振弦式传感器、振梁式传感器（6.3节） 间接法以弹性元件作为敏感器，将拉力或压力转换为应变或位移，再用应变传感器或位移传感器把应变或位移转换为电量。 9.3.1力敏感器一、实心轴和空心圆轴图9-3-1 二、悬臂梁等载面梁 图9-3-2（a） 等强度梁 图9-3-2（b） 结论：力敏感型弹性元件上某一指定部位处的应变与外力F成正比 力敏感型弹性元件的自由端或外力作用点相对于固定端的位移(挠度)y也与外力F成正比 9.3.2力的间接电测法一、应变式力传感器将应变片粘贴到力敏感器上 四应变片接成电桥的输出电压 1、受力圆柱上沿轴向和周向粘贴应变片 图9-3-3 2、等强度梁上下两表面粘贴应变片 图9-3-4 3、受力薄壁环上粘贴应变片 图9-3-5 4、受力固定梁上粘贴应变片 图9-3-6 二、位移式力传感器1、电容式荷重传感器 吊环式 图9-3-7(a) 平台式 图9-3-7(b)、 差动变压器式 图9-38 差动变压器输出电压9.3.3荷重传感器与电子秤荷重传感器用于测量重力的力传感器。电子秤主要由荷重传感器(压头)及显示仪表组成。1电子台秤 图9-3-92吊车秤3料斗秤 4平台秤和轨道衡 5皮带秤 图9-3-10 9.4力矩的电测法力矩的测量方法：扭轴法、平衡力法、电机参数法9.4.1扭轴(扭矩敏感器) 图9-4-1一、 扭矩使扭轴产生的剪应变 应变片与轴线夹角 G剪切弹性模量二、扭矩使扭轴的两端面产生错角扭角 9.4.2力矩的扭轴式电测法一、应变法在扭转轴上选取适当的截面，在截面的圆周方向每隔90°布置一个应变片，其贴片方向仍沿与轴线成45°和135°的方向，并将它们接成全桥的形式， 二、扭角法、光电式转矩传感器 图9-4-2光电电压与扭角成正比2、磁电式相位差扭矩传感器 图9-4-3 两磁电信号频率相同（均为）相位差 m齿轮盘齿数（因为转轴车空间上转动360°/m，磁电信号在相位上变化一周即360°。转轴在空间上转动，磁电信号在相位上错开。）3、振弦式扭矩传感器 图9-4-4 两个卡环的相对转角与扭矩T成正比，因而由卡环传给振弦的张力差也与扭矩成正比，因此两振弦传感器的固有频率差代表扭矩的变化。