機(jī)械量電測(cè)法.doc

第10章 機(jī)械量電測(cè)法10.1 轉(zhuǎn)速的電測(cè)法轉(zhuǎn)速的表示方式：1、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 2、轉(zhuǎn)速每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)n3、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率f每秒鐘轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)4、轉(zhuǎn)動(dòng)周期，所以10.1.1模擬式電測(cè)法一、測(cè)速發(fā)電機(jī)把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓 二、磁性轉(zhuǎn)速表 圖101-1 把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)角鋁盤(pán)轉(zhuǎn)矩 游絲扭矩 指針轉(zhuǎn)角 平衡時(shí) 所以 三、離心式轉(zhuǎn)速表 圖101-2 把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為位移離心力 彈簧力 平衡時(shí) 四、頻閃轉(zhuǎn)速表 圖101-3反光標(biāo)志最亮且穩(wěn)定不動(dòng)時(shí)，閃光頻率等于轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。10.1.2計(jì)數(shù)式電測(cè)法一、轉(zhuǎn)速傳感器將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖頻率1、轉(zhuǎn)換公式 脈沖頻率 n每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù) m每轉(zhuǎn)一周傳感器發(fā)出脈沖數(shù)，2、實(shí)例： 1磁電式 圖101-4 圖101-5 2電容式、電渦流式 圖101-63霍爾式 圖101-74光電式：反射式 圖101-8（a）透射式 圖101-8（b）5圓柵式 圖101-9 二、轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量電路、 測(cè)頻計(jì)數(shù)式適于轉(zhuǎn)速快場(chǎng)合 晶體振蕩器輸出的時(shí)鐘頻率fc,經(jīng)分頻器k分頻后形成寬度為T(mén)=k/fc的門(mén)控信號(hào)，計(jì)數(shù)器從開(kāi)始對(duì)傳感器脈沖計(jì)數(shù)，在T時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)結(jié)果為2、測(cè)周計(jì)數(shù)式適于轉(zhuǎn)速慢場(chǎng)合轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)（周期為T(mén)/m）經(jīng)整形和k分頻后，形成門(mén)控信號(hào)，計(jì)數(shù)器從開(kāi)始對(duì)晶體振蕩器輸出的周期Tc穩(wěn)定的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果為 3、測(cè)瞬時(shí)角速度 隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤(pán)上均勻分布m個(gè)測(cè)點(diǎn)，即每相鄰兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的間距均為=2/m，只要測(cè)出轉(zhuǎn)過(guò)各段所用時(shí)間ti的計(jì)時(shí)脈沖數(shù)Ni，ti=NiTc，即可求出每個(gè)測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)角速度： (i=1,2,m) 10.2 振動(dòng)的電測(cè)法10.2.1 相對(duì)振動(dòng)傳感器與絕對(duì)振動(dòng)敏感器一、相對(duì)振動(dòng)傳感器相對(duì)振動(dòng)物體相對(duì)于其平衡位置的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。1、相對(duì)振動(dòng)傳感器的特點(diǎn)內(nèi)部固定部分與運(yùn)動(dòng)參照點(diǎn)（平衡）位置相對(duì)靜止內(nèi)部可動(dòng)部分與被測(cè)振動(dòng)體一起運(yùn)動(dòng)2、傳感器可動(dòng)部分與被測(cè)振動(dòng)體關(guān)聯(lián)方式固接式 圖102-1（a）彈壓式 圖102-1（b） 要求 即要求的二、絕對(duì)振動(dòng)敏感器絕對(duì)振動(dòng)被測(cè)物體相對(duì)于大地或慣性空間的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。1、絕對(duì)振動(dòng)敏感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)內(nèi)部固定部分與被測(cè)振動(dòng)體一起運(yùn)動(dòng)內(nèi)部可動(dòng)部分有一定質(zhì)量m，且通過(guò)彈簧R與固定部分相連接內(nèi)部可動(dòng)部分與固定部分之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)受阻尼力作用，阻尼系數(shù)為C，即絕對(duì)振動(dòng)敏感器內(nèi)部存在一個(gè)“”系統(tǒng)2、絕對(duì)振動(dòng)敏感器的運(yùn)動(dòng)分析運(yùn)動(dòng)關(guān)系 圖102-2 （矢量相加）受力分析：彈簧力 阻尼力 運(yùn)動(dòng)方程 令 傳輸函數(shù)： （高通） （帶通） （低通）3、絕對(duì)振動(dòng)敏感器的功能把被測(cè)物體的絕對(duì)振動(dòng)轉(zhuǎn)換成敏感器內(nèi)部可動(dòng)部分與固定部分的相對(duì)運(yùn)動(dòng)1當(dāng)時(shí) 為位移敏感器 因 ， 所以 2當(dāng)時(shí) 為加速度敏感器因 ， 所以 3當(dāng)時(shí) 為速度敏感器 因 ，所以 10.2.2 絕對(duì)振動(dòng)電測(cè)法一、位移傳感器配接絕對(duì)振動(dòng)敏感器可動(dòng)部分與固定部分用彈簧片或彈性元件相連，可動(dòng)部分與質(zhì)量塊相連，固定部分與被測(cè)振動(dòng)體相連。實(shí)例 電容式加速度傳感器 圖102-3 因?yàn)?，所以若，則， 所以 若，則 所以 二、磁電式傳感器配接絕對(duì)振動(dòng)敏感器 圖512(b)可動(dòng)部分與固定部分用彈簧片或彈性元件相連，可動(dòng)部分為活動(dòng)線圈（質(zhì)量m），固定部分為外殼和磁鋼與被測(cè)振動(dòng)體相連， 線圈相對(duì)磁鋼的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。 所以 當(dāng)時(shí)，三、渦流式傳感器配接絕對(duì)振動(dòng)敏感器渦流式加速度傳感器紫銅環(huán)（質(zhì)量塊m）由彈簧片（k）懸掛在磁場(chǎng)中，感應(yīng)線圈與外殼及磁鋼為固定部分同被測(cè)振動(dòng)體相連。紫銅環(huán)感應(yīng)電壓 感應(yīng)電流 紫銅環(huán)電流產(chǎn)生磁場(chǎng) 線圈中感應(yīng)電壓 線圈輸出電壓 絕對(duì)振動(dòng)敏感器運(yùn)動(dòng)方程 對(duì)上式取二階導(dǎo)數(shù)，并將及其一階導(dǎo)數(shù) 代入得： 所以 所以 當(dāng)時(shí)， 10.2.3振動(dòng)加速度傳感器實(shí)例 位移傳感器配接“m=k-c”系統(tǒng)的實(shí)例一、電位器式加速度傳感器 圖10-2-4 二、差動(dòng)變壓器式加速度傳感器 圖10-2- 三、電阻式加速度傳感器 圖10-2-6 四、霍爾式加速度傳感器 圖10-2-7 五、壓電式加速度傳感器 、 壓縮式 圖10-2-8 、 剪切型 圖10-2-9 、 彎曲型 圖10-2-10、 差動(dòng)式 圖10-2-11 10.2.4 壓電式加速度電測(cè)系統(tǒng)分析一、壓電式加速度傳感器1、壓電式傳感器 F質(zhì)量塊對(duì)壓電元件的壓力 k壓電元件彈性系數(shù)所以 2、加速度敏感器“”系統(tǒng) 所以 二、壓電式加速度電測(cè)系統(tǒng)1、接電壓放大器 G電壓放大器增益 ， 2、接電荷放大器 10.3 力與荷重的電測(cè)法直接法直接將力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，如壓電式傳感器(5.2節(jié))振弦式傳感器、振梁式傳感器（7.4節(jié)） 間接法以彈性元件作為敏感器，將拉力或壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變或位移，再用應(yīng)變傳感器或位移傳感器把應(yīng)變或位移轉(zhuǎn)換為電量。 10.3.1力敏感器一、實(shí)心軸和空心圓軸 圖103-1 二、懸臂梁等載面梁 圖103-2（a） 等強(qiáng)度梁 圖103-2（b） 結(jié)論：力敏感型彈性元件上某一指定部位處的應(yīng)變與外力F成正比 力敏感型彈性元件的自由端或外力作用點(diǎn)相對(duì)于固定端的位移(撓度)y也與外力F成正比 10.3.2力的間接電測(cè)法一、應(yīng)變式力傳感器將應(yīng)變片粘貼到力敏感器上 四應(yīng)變片接成電橋的輸出電壓 1、受力圓柱上沿軸向和周向粘貼應(yīng)變片 圖103-3 2、等強(qiáng)度梁上下兩表面粘貼應(yīng)變片 圖103-4 二、位移式力傳感器1、電容式荷重傳感器 吊環(huán)式 圖103-5(a) 平臺(tái)式 圖103-5(b)2、差動(dòng)變壓器式 圖1036 差動(dòng)變壓器輸出電壓10.3.3荷重傳感器與電子秤荷重傳感器用于測(cè)量重力的力傳感器。電子秤主要由荷重傳感器(壓頭)及顯示儀表組成。1電子臺(tái)秤 2吊車(chē)秤3料斗秤 4平臺(tái)秤和軌道衡 5皮帶秤 圖103-7 10.4力矩的電測(cè)法力矩的測(cè)量方法：扭軸法、平衡力法、電機(jī)參數(shù)法10.4.1扭軸(扭矩敏感器) 圖104-1一、 扭矩使扭軸產(chǎn)生的剪應(yīng)變 應(yīng)變片與軸線夾角 G剪切彈性模量二、扭矩使扭軸的兩端面產(chǎn)生錯(cuò)角扭角 10.4.2力矩的扭軸式電測(cè)法一、應(yīng)變法在扭轉(zhuǎn)軸上選取適當(dāng)?shù)慕孛妫诮孛娴膱A周方向每隔90布置一個(gè)應(yīng)變片，其貼片方向仍沿與軸線成45和135的方向，并將它們接成全橋的形式， 二、扭角法、光電式轉(zhuǎn)矩傳感器 圖104-2光電電壓與扭角成正比2、磁電式相位差扭矩傳感器 圖104-3 兩磁電信號(hào)頻率相同（均為）相位差 , m齒輪盤(pán)齒數(shù)（因?yàn)檗D(zhuǎn)軸在空間上轉(zhuǎn)動(dòng)360/m，磁電信號(hào)在相位上變化一周即360。故轉(zhuǎn)軸在空間上轉(zhuǎn)動(dòng)，磁電信號(hào)在相位上錯(cuò)開(kāi)。）3、振弦式扭矩傳感器 圖104-4 兩個(gè)卡環(huán)的相對(duì)轉(zhuǎn)角與扭矩T成正比，因而由卡環(huán)傳給振弦的張力差也與扭矩成正比，因此兩振弦傳感器的固有頻率差代表扭矩的變化。三、扭磁法1、磁橋式扭矩傳感器(磁橋) 圖10-4-5 扭軸采用鐵磁金屬制成，傳感器鐵芯是兩個(gè)互相垂直交叉放置的型鐵芯，在鐵芯上分別繞以激磁線圈及測(cè)量線圈。當(dāng)被測(cè)金屬承受扭曲荷載時(shí)，來(lái)自激磁鐵芯的磁通沿相鄰兩臂分別流向測(cè)量鐵芯的兩磁通量就不相等，這兩束磁通之差流過(guò)測(cè)量鐵芯，于是就在測(cè)量線圈中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。被測(cè)金屬受力矩越大， 通過(guò)測(cè)量鐵芯的磁通量也越多，測(cè)量線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也就越高。 2、扭磁式力矩傳感器 圖10-4-6 1）維德曼效應(yīng)： 鐵磁材料在受扭矩作用時(shí)，其導(dǎo)磁率也會(huì)沿螺旋方向增加。利用這種效應(yīng)