傳感器與檢測知識點

1、第二章位移檢測傳感器位移分為線位移和角位移，常用的測量位移方法有機械法、光測法、電測法。測量位移常用傳感器有:電阻式、電容式、渦流式、壓電式、感應同步器式、磁柵式、光電式。參量位移傳感器工作原理：將被測物理量轉化為電參數(shù)，即電阻、電容或電感。電阻式位移傳感器的電阻值取決于材料的幾何尺寸和物理特性，即R=*L/S,電位計和應變片就是根據(jù)此原理制成。電位計通常由骨架、電阻元件及電刷組成。電刷相對于電阻元件作直線運動、轉動或螺旋運動，將直線位移、轉角位移轉換為電阻的變化，電位計將位移換成與之有某種函數(shù)關系的電阻或電壓輸出，叫函數(shù)電位計或非線性電位計。電位計的電阻元件通常有線繞電阻、薄膜電阻、導電材料

2、，電位計選用條件：機構簡單,輸出信號大，性能穩(wěn)定，容易實現(xiàn)任意函數(shù)關系。缺點，要求輸入能量大、電刷與電阻元件有干摩擦，易磨損，產生噪聲干擾。電位計電阻靈敏度，電壓靈敏度概念：電阻元件長度1,總電阻R,電刷位移x,相應電阻Rx,電源電壓U"輸出電壓Uo,輸出電阻Rx=R/1x=Krx,Kr為電位計電阻靈敏度(歐姆/米)。KR=Rx/x=R/1;空載輸出電壓Uo=Ui/1x=Kux,其Ku(V/m)為輸出電壓Uo與電刷位移之比，Ku=Uo/x=Ui/1電阻應變式位移傳感器：將被測位移引起的應變元件產生的應變，經(jīng)后續(xù)電路變換成電信號輸出，從而測出被測位移。電容式傳感器工作原理：電容式位移傳

3、感器利用電容量的變化測量位移的裝置。為兩極板間的介電常數(shù)，s為面積CS/其中任一個參數(shù)變化，都會引起電容量的變化，經(jīng)變換電路，將電容量變化轉換為電信號，從而電容位移傳感器分為變極距型、變面積型、變介質型。電容傳感器靈敏度是電容輸出的變化量與引起變化的輸入位移變化量之比，即KC/X電感傳感器靈敏度是電感輸出變化量與引起變化的輸入位移變化量之比，即KL/X電容計算公式c=Q/u差動式電容位移傳感器的特點：差動形式，當中間活動極板移動，一邊電容增加，另一邊電容減小，總的電容變化為兩者之和。這樣不僅提高靈敏度，同時在零點附近工作的線性度也得到改善。容柵式位移傳感器的電容量計算：當可動容柵相對固定容柵移

4、動時,每對電容面積發(fā)生變化，因而電容值隨之變化，可測出線位移或角位移。長容柵最大電容量Cmaxnab/n為可動容柵極數(shù)，ab為柵極的寬度和長度。圓容柵，柵極成輻射狀，可動容柵隨被測對象一起轉動，最大電容量為Cmaxn(R2r2)/2Rr為柵極外半徑和內半徑；為每條柵極對應的圓心角。變極距電容式位移傳感器特點及應用：只有極板移動距離遠小于極板間距離時，電容位移傳感器電容隨距離變化才近似成線性關系，所以只能測量小位移。變極板面積型電容位移傳感器特點及應用：靈敏度是一個常數(shù)，輸入輸出具有線性關系?？捎糜诰€位移和角位移的測量。容柵式電容位傳感器特點及用：容柵式在變面積電容位移傳感器的基礎上發(fā)展來的。容

5、柵式電容傳感器因多極電容及平均效應，所以分辨力高，精度高，量程大，對刻劃精度和安裝精度要求有所降低，很有發(fā)展前途。變介質電容位移傳感器特點及應用：輸入輸出有線性的也有非線性的。使用較好線性變介質電容位移傳感器可用于位移或尺寸位移與變化量之間的關系：變極距電容/ 0測量。測量介質厚度，通過測量介電常數(shù)變化影響的某些量。位移傳感器；位移與電容變化量C之間的關系CCo電感式位移傳感器類型工作原理：將被測物理量位移轉化為自感L、互感M、變化，并通過測量電感量的1)自感式位移傳感器工作原理：在變化確定位移量。主要類型有；自感式、互感式、渦流式、壓磁式。線圈中通一交變電流i,產生磁通m,形成磁通回路。有N

6、mLiN為線圈匝數(shù)，L為自感，根據(jù)歐姆定律，有mNi/Rm,其中Rm為磁阻，綜上可得L=N2/Rm，2）互感式位移傳感器工作原理：將被測位移量的變化轉換成互感系數(shù)的變化，基本原理與常用變壓器類似，常接成差動式，因此稱為差動變壓器式位移傳感器。常用的有螺管型，它由一個側線圈N和兩個二次側線圈組成，且線圈結構相同，線圈中插入導磁性極好的柱形鐵芯P,ni和N2反極性串聯(lián)，產生感應電動勢Eib即EiMidii/dt,E2M2diidtMi,M2分別一次二次側線圈之間的互感系數(shù)，則二次側線圈總輸出電壓為Eo=Ei-E2=（Mi-M2）dii/dt.差動變壓器位移傳感器測量精度高，分辨力達Oium,線性范

7、圍大，穩(wěn)定性好，使用方便，廣泛應用于線位移、角位移的測量。3）渦流式位移傳感器的工作原理；塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中運動時，金屬導體內都要產生感應電流，此電流的流線在金屬導體內閉合，稱為渦流。渦流式位移傳感器利用電渦流效應將被測量變化為傳感器線圈阻抗Z變化的一種裝置。渦流式位移傳感器按激勵電流的頻率分為高頻反射和低頻透射兩類，前者應用廣泛。自感式位移傳感器的自感系數(shù)與位移關系：LNN,L是，0的函數(shù)關系呈非線性，為了l/uS2/uoso提高自感位移傳感器的精度和靈敏度，增大特性的線性度，實際上用傳感器大都做成差動式。改善自感位移傳感器性能考慮的因素：D損耗問題；2）氣息邊緣效應問題

8、影響；3）溫度誤差；4）差動式電感位移傳感器零點剩余電壓問題。二、發(fā)電型位移傳感器一一壓電位移彳感器：i）發(fā)電型位移傳感器定義：將被測物理量轉換為電源型參量，電動勢、電荷等。他實際是能量轉換型傳感器。其主要是磁電型、壓電型。壓電式位移傳感器基本工作原理是將位移量轉換為力的變化，然后利用壓電效應將力的變化轉換為電信號。三、大位移傳感器：大位移磁柵式位移傳感器的類型和用途：它分為長磁柵和圓磁柵，分別用于線位移和角位移測量。長磁柵式位移傳感器工作原理：在非磁性金屬的表面鍍磁性材料薄膜，用錄音磁頭沿長度方向按一定波長記錄周期性信號，以剩磁的形式保留在磁尺上。磁頭分靜態(tài)、動態(tài)兩種。動態(tài)磁頭只有一個繞組,

9、當磁頭沿磁尺作相對運動才有信號輸出。靜態(tài)磁頭有兩個繞組，一為勵磁繞組，二為輸出繞組，D當磁頭不動時，輸出繞組輸出一等幅的正或余弦信號，其頻率為勵磁電壓的頻率，其幅值與磁頭所處位置有關。2）當磁頭運動時，幅值隨磁尺上的剩磁影響而變化。光柵位移傳感器種類：分為長光柵和圓光柵，分別用于線位移和角位移測量。長光柵位移傳感器原理：在兩塊光學玻璃上或具有強反射能力的金屬表面刻相同均勻密集平行細線。若將兩塊平板重疊，使他們的刻線間有一微小夾角，由于光的干涉效應，可看到在與光柵柵線近似垂直方向將出現(xiàn)明暗相間的條紋，叫莫爾條紋。若光柵柵距為W,兩個相鄰的莫爾條紋間距為Bh,BhW/.感應同步器的種類：利用電磁感應原理將線位移和角位移轉換成電信號的一種裝置。分為直線式和旋轉式。感應同步器的原理與結構：直線感應同步器有一個固定繞組和一個可動繞組。在直線感應同步器中，固定繞組為定尺、繞組是連續(xù)的，；可動繞組為滑尺，繞組是分段的，且分兩段，在90'相位角，稱正、余弦繞組。工作時，定尺和滑尺分別固定在被測物體的固定部分和運動部分上使它們的繞組