哈理工溫度傳感器自學(xué)報(bào)告

1、第二組第二組光電式轉(zhuǎn)速的測量光電式轉(zhuǎn)速的測量第一節(jié)轉(zhuǎn)速測量的意義 在機(jī)械自動化高速發(fā)展的今天，轉(zhuǎn)速是能源設(shè)備與動力機(jī)械性能測試的一個重要的特性參量，在工業(yè)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域都占據(jù)了越來越重要的地位，因?yàn)閯恿C(jī)械的許多特性參量是根據(jù)他們與轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系來確定的，例如壓縮機(jī)的排氣量，軸功率，內(nèi)燃機(jī)的輸出功率。轉(zhuǎn)速測量用于測定電機(jī)的轉(zhuǎn)速，常用于電機(jī)、電扇、造紙、塑料、化纖、洗衣機(jī)、汽車、飛機(jī)、輪船等制造業(yè)等，而且動力機(jī)械的震動，管道氣流的脈動，各種零件的磨損狀態(tài)都與轉(zhuǎn)速有關(guān)，對了解設(shè)備的運(yùn)行，提高工農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和效率有重要意義 轉(zhuǎn)速測量技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展 ,在旋轉(zhuǎn)物體速率測量方式上應(yīng)用了各種新的技術(shù)

2、 ,實(shí)現(xiàn)了測量的準(zhǔn)確高效、安全便捷。轉(zhuǎn)速表依據(jù)測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類 ,轉(zhuǎn)速表依據(jù)工作原理和采樣方式可分為機(jī)械式、光電式、激光式、頻閃式、磁電式等。目前使用純機(jī)械式轉(zhuǎn)速表的用戶已經(jīng)越來越少 ,并呈現(xiàn)將被電子計(jì)數(shù)式轉(zhuǎn)速表逐漸取代的趨勢。轉(zhuǎn)速測量范圍一般為幾十轉(zhuǎn)至幾萬轉(zhuǎn) ,測量準(zhǔn)確度大多為 0 .1 %以下 ,極少數(shù)產(chǎn)品能達(dá)到 0 .0 5 %。在轉(zhuǎn)速的測量中，我們往往需要的是在較大速度范圍內(nèi)具有高分辨率的快捷而準(zhǔn)確的測速系統(tǒng)，傳統(tǒng)的模擬式測速儀，由于受非線性，溫度變化和元件老化等因素的影響，使其在轉(zhuǎn)速檢測的過程中很難滿足快速性和準(zhǔn)確性的要求。 隨著微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，特別是高性能

3、性價比單片機(jī)的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測量開始采用以單片機(jī)為核心的數(shù)字測量方法，而智能化微處理器代替了機(jī)械式或模擬式結(jié)構(gòu)，一般的轉(zhuǎn)速測試可用機(jī)械式轉(zhuǎn)速表、發(fā)電式轉(zhuǎn)速表以及頻閃式轉(zhuǎn)速表，但是在有些情況下，其測量精度，瞬時穩(wěn)定性不能滿足更高的要求，因此在測量方法和傳感器的選擇上尤為重要。常用的有光電傳感器、霍爾傳感器、電磁傳感器，而測量方法有測量周期、測量頻率等。 線速度型和角速度型線速度型和角速度型轉(zhuǎn)速的測量如下表轉(zhuǎn)速的測量如下表工作頻率工作頻率50-100hz最大可測速度最大可測速度5g精度精度=10%固有頻率固有頻率12hz可測振幅范圍可測振幅范圍0.1-1000外形尺寸外形尺寸45160mm靈敏度靈敏度

4、604mv*s/cm工作線圈內(nèi)阻工作線圈內(nèi)阻1.9質(zhì)量質(zhì)量0.7kg開磁路式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)比較簡單，但輸出信號小，另外當(dāng)被測軸比較大時，傳感器輸出波形失真較大。在振動強(qiáng)的場合往往采用閉磁路式轉(zhuǎn)速傳感器，如下圖 當(dāng)轉(zhuǎn)軸不受扭矩時，兩線圈輸出信號相同，相位差為零。當(dāng)被測軸感受扭矩時，軸的兩端產(chǎn)生扭矩角，因此兩個傳感器輸出的兩個感應(yīng)電動勢將因扭矩而有附加相位差因此扭轉(zhuǎn)角與感應(yīng)電動勢的相位差為其中：Z為傳感器定子，轉(zhuǎn)子的齒數(shù) 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的工作方式?jīng)Q定了它有很強(qiáng)的抗干擾能力，能夠在煙霧，油氣，水汽中工作。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器輸出信號強(qiáng)。但是由于其原理是利用旋轉(zhuǎn)體改變磁路，是磁通量發(fā)生變化，從而使線圈產(chǎn)

5、生感應(yīng)電壓，如果轉(zhuǎn)速很慢，旋轉(zhuǎn)體改變磁路也很慢，感應(yīng)電壓就會很小，無法準(zhǔn)確的測速。光電式轉(zhuǎn)速測量原理光電式轉(zhuǎn)速測量原理光電式速度傳感器將速度的變化轉(zhuǎn)換成光通量光電式速度傳感器將速度的變化轉(zhuǎn)換成光通量的變化，再通過光電轉(zhuǎn)換元件將光通量轉(zhuǎn)換成的變化，再通過光電轉(zhuǎn)換元件將光通量轉(zhuǎn)換成電量的變化，即利用光電脈沖變成點(diǎn)脈沖，光電量的變化，即利用光電脈沖變成點(diǎn)脈沖，光電轉(zhuǎn)換的工作原理是光電效應(yīng)電轉(zhuǎn)換的工作原理是光電效應(yīng) 直射光碼盤式直射光碼盤式反射式反射式 該傳感器適用于道路現(xiàn)場進(jìn)行高精度測量汽車的速度，行駛距離和對汽車進(jìn)行加速，制動和滑行等的測試。采用大面積的硅光電器件作探測器。使用時安裝在汽車外側(cè)，鏡

6、頭對準(zhǔn)用燈光照明的地面。汽車行駛時，地面的雜亂花紋經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像，并掃描過硅光電器件，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換和空間濾波后，傳感器輸出一隨機(jī)窄帶正弦波新號，信號的頻率與車型的速度成正比。將傳感器輸出的信號經(jīng)型帶通跟蹤濾波器濾波整形后，轉(zhuǎn)化為彼岸準(zhǔn)的TTL脈沖輸出，每一脈沖嚴(yán)格對應(yīng)汽車相對地面走過的一段距離。 光電式測速傳感器特點(diǎn)是分辨率高，距離遠(yuǎn)，實(shí)用范圍廣，頻響寬，可靠性高。內(nèi)裝放大整形電路，輸出為幅度穩(wěn)定的方波信號，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。外型傳感器外殼用 不銹鋼材料 制成。防水結(jié)構(gòu)簡單，耐壓能力強(qiáng)、密封可靠，未使用任何防水膠劑。產(chǎn)品應(yīng)用由于傳感器外殼采用不銹鋼材料制做，傳感器堅(jiān)固耐用，主要應(yīng)用于測試環(huán)境較

7、差 、振動劇烈（如：發(fā)動機(jī)等）。光電轉(zhuǎn)速傳感器為非接觸式轉(zhuǎn)速表，的量距離一般可達(dá)到2000mm左右，無需與被測量接觸，測量誤差小，精度高。但是持續(xù)時間不夠長，比較容易破壞。 電感式傳感器分類電感式傳感器電感式傳感器自感式自感式變面積型變面積型變間隙型變間隙型變介電常變介電常數(shù)型數(shù)型變磁阻式變磁阻式互感式互感式渦流式渦流式原理圖傳感器dd振振蕩蕩器器高高頻頻放放大大器器檢檢波波器器整整形形電電路路霍爾轉(zhuǎn)速傳感器霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的主要工作原理是霍爾效應(yīng)，也就是當(dāng)轉(zhuǎn)動的金屬部件通過霍爾傳感器的磁場時會引起電勢的變化，通過對電勢的測量就可以得到被測量對象的轉(zhuǎn)速值?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的主要組成部分是傳感頭和齒

8、圈，而傳感頭又是由霍爾元件、永磁體和電子電路組成的?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器就是通過磁力線密度的變化，在磁力線穿過傳感器上的感應(yīng)元件時，產(chǎn)生霍爾電勢?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的霍爾元件在產(chǎn)生霍爾電勢后，會將其轉(zhuǎn)換為交變電信號，最后傳感器的內(nèi)置電路會將信號調(diào)整和放大，輸出矩形脈沖信號。 方案一磁電式傳感器測轉(zhuǎn)速方案一磁電式傳感器測轉(zhuǎn)速磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理將測量轉(zhuǎn)換電勢信號的磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理將測量轉(zhuǎn)換電勢信號的傳感器。法拉第電磁感應(yīng)定律根據(jù)電磁感應(yīng)定律傳感器。法拉第電磁感應(yīng)定律根據(jù)電磁感應(yīng)定律, ,高轉(zhuǎn)速高轉(zhuǎn)速磁電式轉(zhuǎn)速傳感器是將非電量轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換為對稱的脈沖磁電式轉(zhuǎn)速傳感器是將非電量轉(zhuǎn)速信號

9、轉(zhuǎn)換為對稱的脈沖信號，然后由轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成方波信號，提供給后面的處信號，然后由轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成方波信號，提供給后面的處理電路使用。脈沖的額率值與轉(zhuǎn)速的關(guān)系為理電路使用。脈沖的額率值與轉(zhuǎn)速的關(guān)系為; ; f=zf=z* *n /60 n /60 其中其中:n:n為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、f f為脈沖的頻率值、為脈沖的頻率值、: :為音輪的為音輪的 齒數(shù)齒數(shù)從公式中可以看出，音輪的齒數(shù)從公式中可以看出，音輪的齒數(shù): :是個常數(shù)，轉(zhuǎn)速是個常數(shù)，轉(zhuǎn)速n n與脈沖與脈沖的頻率值的頻率值f,f,成正比關(guān)系。脈沖的頻率值成正比關(guān)系。脈沖的頻率值f,f,是數(shù)字量，其抗是數(shù)字量，其抗干擾能力強(qiáng)，精度高。干擾能力

10、強(qiáng)，精度高。 鐵磁材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度為鐵磁材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B=B=H H 其中其中: :H H為磁場強(qiáng)度為磁場強(qiáng)度、 為為鐵磁材料的磁導(dǎo)率鐵磁材料的磁導(dǎo)率 線圈的磁通量為線圈的磁通量為 =N =N BdsBds 由于線圈的截面積是不變的，所以上式可寫為由于線圈的截面積是不變的，所以上式可寫為: : =NBS=NBS線圈線圈的感生電動勢為：的感生電動勢為：E E=-=-dd/ /dtdt= =- -d d (NBS)/(NBS)/dtdt=- =- NSHdNSHd/ /dtdt 其中其中: :N N為線圈匝數(shù)、為線圈匝數(shù)、S S為線圈的截面積、為線圈的截面積、B B為鐵磁材料的磁感為鐵磁材料

11、的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)強(qiáng)度, ,為鐵磁材料的磁導(dǎo)率為鐵磁材料的磁導(dǎo)率霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)進(jìn)行工作的。其核心元件是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的霍爾元件。本文介紹一種泵驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速采用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測量?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的接線圖 傳感器的定子上有2 個互相垂直的繞組A 和B, 在繞組的中心線上粘有霍爾片HA 和HB ,轉(zhuǎn)子為永久磁鋼,霍爾元件HA 和HB 的激勵電機(jī)分別與繞組A 和B 相連,它們的霍爾電極串聯(lián)后作為傳感器的輸出霍爾傳感器霍爾傳感器傳感器設(shè)計(jì)傳感器設(shè)計(jì)對轉(zhuǎn)速的測量實(shí)際上是對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的周期脈沖信號的頻率進(jìn)行測量。在頻率的工程測量中,采用的是測頻率法。在一定時間間隔t

12、內(nèi),計(jì)數(shù)被測信號的重復(fù)變化次數(shù)N ,則被測信號的頻率fx 可表示為f x =Nt(1)其測量誤差可以表示為：Er =測量誤差值/實(shí)際測量值100 % =1N100 %電路核心由一個光電開關(guān)管組成，平時電機(jī)轉(zhuǎn)輪靜止，發(fā)光二極管所發(fā)出的光被輪子擋住，所以接收管處于截止?fàn)顟B(tài)，1端為高電平。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動一圈，會使接收管導(dǎo)通一次，1端輸出一個低電平。如下圖 12施密特A40106光電開關(guān)管R 24K7R 11KVC C根據(jù)設(shè)計(jì)好的電路圖，將電源分別連接上正負(fù)15V的電源上以及2-15的調(diào)速電源上，將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)連接上2-15V的轉(zhuǎn)速電源接光電傳感器的移動電源上，觀察示波器波形與頻率，調(diào)節(jié)電壓使轉(zhuǎn)動速度變化。觀

13、察頻率變化，利用N=60f/z=30fr/min,計(jì)算轉(zhuǎn)速。1k1 k4.7k4.7kU1、反射取樣式光電傳感器的工作原理是傳感器紅外發(fā)射管發(fā)射出紅外光，接收管根據(jù)反射回來的紅外光強(qiáng)度大小來計(jì)數(shù)的，故被檢測的工件或物體表面必須有黑白相間的部位用于吸收和反射紅外光，這樣接收管才能有效的截止和飽和達(dá)到計(jì)數(shù)的目的。所以在選擇工作點(diǎn)、安裝及使用中最關(guān)健的一點(diǎn)是接收管必須工作于截止區(qū)和飽和區(qū)。 2、使用中光電傳感器的前端面與被檢測的工件或物體表面必須保持平行，這樣光電傳感器的轉(zhuǎn)換效率最高。 3、光電傳感器的前端面與反光板的距離保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。 4、光電傳感器必須安裝在沒有強(qiáng)光直接照射處，因強(qiáng)光中的紅

14、外光將影響接收管的正常工作。 5、光電傳感器的紅外發(fā)射管的電流在210mA之間時發(fā)光強(qiáng)度與電流的線性最佳，所以在電流取值一般不超過這個范圍，若取值太大發(fā)射管的光衰也大長時間工作影響壽命；若在電池供電的情況下電流取值應(yīng)小，此時抗干擾性下降，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮這點(diǎn)，盡量避免外界光干擾等不利因素光電傳感器在具體的工作環(huán)境中最佳工作狀態(tài)的參數(shù)選擇方法：根據(jù)實(shí)際的檢測距離選取光電傳感器的型號。安裝好傳感器，做好工件或物體表面的取樣標(biāo)志。在使用過程中，溫度的變化會產(chǎn)生電路變化，進(jìn)而產(chǎn)生誤差，所以在轉(zhuǎn)化電路后接一個溫度補(bǔ)償電路，如下圖在實(shí)驗(yàn)中要熟悉電路，了解電阻、電容、放大電路的連接方式，注意電壓的選擇，電

15、阻的平衡。由于對傳感器的輸入輸出特性不了解，轉(zhuǎn)換電路和后期整流電路都存在著一些弊端，還有待繼續(xù)改進(jìn)。因?yàn)闆]有仿真軟件，時間也較緊迫，所以對整個設(shè)計(jì)的修改并不完善，后期還會繼續(xù)修改設(shè)計(jì)。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中耐心調(diào)整、認(rèn)真記錄數(shù)據(jù)和后期處理都很重要。在設(shè)計(jì)時,三種傳感器有不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在選擇時，應(yīng)注意我們測量的數(shù)據(jù)的要求，對穩(wěn)定性，精確度，測量時間，等不同因素的取舍。在選擇傳感器后。應(yīng)該注意傳感器細(xì)節(jié)之處，比如，傳感器對光線的強(qiáng)度的需求,轉(zhuǎn)換電路對精度的影響等等 在設(shè)計(jì)時,三種傳感器有不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在選擇時，應(yīng)注意我們測量的數(shù)據(jù)的要求，對穩(wěn)定性，精確度，測量時間，等不同因素的取舍。在選擇傳感器后。應(yīng)該注意傳感器細(xì)節(jié)之處，比如，傳感器對光線的強(qiáng)度的需求,轉(zhuǎn)換電路對精度的影響。在這次自學(xué)的經(jīng)過中，我個人得到了不少的收獲,一方面加深了我對課本理論的認(rèn)識,另一方面也提高了實(shí)驗(yàn)操作能力?，F(xiàn)在我總結(jié)了以下的體會和經(jīng)驗(yàn):一定要將課本上的知識