第五章(1)：傳感器技術(shù)及機(jī)械量檢測(cè)(2學(xué)時(shí))

1、開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束第第5章章 傳感器技術(shù)與機(jī)械量檢測(cè)傳感器技術(shù)與機(jī)械量檢測(cè)5.1 傳感器概述傳感器的組成和分類、傳感器的性能指標(biāo)與選用。5.2 常見機(jī)械位移傳感器開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束一、傳感器及其組成傳感器傳感器(Transducer(Transducer或或sensor)sensor)是將各種是將各種非電量非電量( (包括包括物理量、化學(xué)量、生物量等物理量、化學(xué)量、生物量等) )按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于便于處理和傳輸?shù)牧硪环N物理量處理和傳輸?shù)牧硪环N物理量( (一般為一般為電量電量) )的裝置。的裝置。 傳感器技術(shù)是現(xiàn)代檢測(cè)和自動(dòng)化技術(shù)的重要基

2、礎(chǔ)之傳感器技術(shù)是現(xiàn)代檢測(cè)和自動(dòng)化技術(shù)的重要基礎(chǔ)之一，機(jī)電一體化系統(tǒng)的一，機(jī)電一體化系統(tǒng)的自動(dòng)化程度越高自動(dòng)化程度越高，對(duì)傳感器，對(duì)傳感器的的依賴性也就越大依賴性也就越大。第一節(jié)第一節(jié) 傳感器概述傳感器概述開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束傳感器的組成傳感器一般由傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測(cè)量電路件和測(cè)量電路三部分組成。三部分組成。敏感元件轉(zhuǎn)換元件信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路測(cè)量電路電 源電量輸出量被測(cè)量輸入量二、常見傳感器分類按照按照傳感傳感器輸器輸出信出信號(hào)形號(hào)形式分式分二值型二值型模擬型模擬型數(shù)字型數(shù)字型有接點(diǎn)：微動(dòng)動(dòng)開關(guān)、接觸開關(guān)、行程開關(guān)有接點(diǎn)：微動(dòng)動(dòng)開關(guān)、接觸開關(guān)、行程

3、開關(guān)無接點(diǎn)型：光電開關(guān)、接近開關(guān)（電感、電磁、電容）無接點(diǎn)型：光電開關(guān)、接近開關(guān)（電感、電磁、電容）電阻型：電阻型： 電位器、電阻應(yīng)變片、熱電阻電位器、電阻應(yīng)變片、熱電阻電壓、電流型：電壓、電流型： 如熱電偶、感應(yīng)同步器、磁柵等如熱電偶、感應(yīng)同步器、磁柵等電感、電容型：電感、電容型： 如電感位移、電容位移傳感器等如電感位移、電容位移傳感器等計(jì)數(shù)型：二值型計(jì)數(shù)型：二值型+ +計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器代碼型：編碼器、光柵尺等代碼型：編碼器、光柵尺等常見常見的機(jī)的機(jī)械位械位移傳移傳感器感器按測(cè)量按測(cè)量范圍分范圍分按測(cè)量按測(cè)量形式分形式分小位移小位移( (量程小于量程小于1 1毫米）毫米）: : 電感、電容、光電

4、電感、電容、光電大位移（量程大于大位移（量程大于1010毫米）：毫米）：光柵、磁柵、球柵、感應(yīng)同步器、激光等光柵、磁柵、球柵、感應(yīng)同步器、激光等接觸式：接觸式：電感式、電阻式、磁柵電感式、電阻式、磁柵 適合：較低頻率測(cè)量適合：較低頻率測(cè)量非接觸式：非接觸式：電容式、激光等電容式、激光等 適合：較高頻率測(cè)量適合：較高頻率測(cè)量常見的機(jī)械位移傳感器開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束三、機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)傳感器的基本三、機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)傳感器的基本要求精度、靈敏度和分辨率高；精度、靈敏度和分辨率高；線性、穩(wěn)定性和重復(fù)性好；線性、穩(wěn)定性和重復(fù)性好；抗干擾能力強(qiáng)，靜、動(dòng)態(tài)特性好?？垢蓴_能力強(qiáng)，靜

5、、動(dòng)態(tài)特性好。體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格低，安裝、維護(hù)方便體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格低，安裝、維護(hù)方便等等開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束四、傳感器性能指標(biāo)四、傳感器性能指標(biāo)傳感器的性能是指輸入、輸出間的特性，包括傳感器的性能是指輸入、輸出間的特性，包括靜態(tài)靜態(tài)特性特性和和動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性。1 1、靜態(tài)特性：、靜態(tài)特性：靜態(tài)特性表示傳感器在被測(cè)靜態(tài)特性表示傳感器在被測(cè)輸入量各個(gè)值處于輸入量各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸入時(shí)的輸入- -輸出關(guān)系。主要包括：輸出關(guān)系。主要包括：線性度、靈敏度、精確度、分辨率、重復(fù)性等。線性度、靈敏度、精確度、分辨率、重復(fù)性等。2 2、動(dòng)態(tài)特性：、動(dòng)態(tài)特性：動(dòng)態(tài)特性是指

6、傳感器測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鳒y(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，輸出對(duì)輸出對(duì)輸入的響應(yīng)特性。輸入的響應(yīng)特性。傳感器動(dòng)態(tài)特性的性能指標(biāo)可以傳感器動(dòng)態(tài)特性的性能指標(biāo)可以通過時(shí)域、頻域以及試驗(yàn)分析的方法確定。通過時(shí)域、頻域以及試驗(yàn)分析的方法確定。開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束（1 1）線性度：）線性度：表征傳感器輸入輸出表征傳感器輸入輸出校準(zhǔn)曲線與擬合直線之校準(zhǔn)曲線與擬合直線之間的間的吻合程度吻合程度的指標(biāo)。的指標(biāo)。 校準(zhǔn)曲線與擬合直線間校準(zhǔn)曲線與擬合直線間最大偏差最大偏差與與滿量程輸出滿量程輸出值的值的百分比百分比稱為稱為線性度。線性度。 校準(zhǔn)曲線 擬合直線YYmaxmax(X0,Y0)YFSXm

7、axXO%100maxSFLY開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束（2 2）靈敏度）靈敏度靈敏度是傳感器靈敏度是傳感器輸出量增量輸出量增量與被測(cè)與被測(cè)輸入量增量輸入量增量之比。之比。線性傳感器的靈敏度就是擬合曲線的斜率，為一常數(shù)，線性傳感器的靈敏度就是擬合曲線的斜率，為一常數(shù)，即：即： （3 3）分辨率）分辨率一個(gè)最小輸出單位（如一個(gè)數(shù)字量一個(gè)最小輸出單位（如一個(gè)數(shù)字量/ /脈沖）所對(duì)應(yīng)的脈沖）所對(duì)應(yīng)的輸入量。反映了傳感器能夠分辨出的輸入量。反映了傳感器能夠分辨出的最小輸入變化最小輸入變化。（4 4）精確度（精度）精確度（精度）所測(cè)值與真值的符合程度，它說明測(cè)量結(jié)果所測(cè)值與真值的符合程度，它

8、說明測(cè)量結(jié)果偏離真值偏離真值大小的程度。大小的程度。xyK/開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束（5 5）重復(fù)性）重復(fù)性重復(fù)性是指在重復(fù)性是指在同一工作條件下同一工作條件下，輸入量按同一方向，輸入量按同一方向在全測(cè)量范圍內(nèi)連續(xù)變動(dòng)多次所得特性曲線的在全測(cè)量范圍內(nèi)連續(xù)變動(dòng)多次所得特性曲線的不一不一致性致性，反映，反映傳感器的穩(wěn)定性。傳感器的穩(wěn)定性。在數(shù)值上用各測(cè)量值正、反行程在數(shù)值上用各測(cè)量值正、反行程標(biāo)準(zhǔn)偏差最大值標(biāo)準(zhǔn)偏差最大值的的兩倍或三倍與滿量程的百分比表示，即：兩倍或三倍與滿量程的百分比表示，即： %10032SFkY ninyiy112)_(為測(cè)量值iy為測(cè)量次數(shù)n為測(cè)量值的算術(shù)平均

9、值_y開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束思考題：思考題：如何正確認(rèn)識(shí)傳感器的如何正確認(rèn)識(shí)傳感器的線性度線性度與與靈敏度靈敏度，分分辨率辨率與與精確度，重復(fù)性精確度，重復(fù)性與與精確度精確度之間的關(guān)系？之間的關(guān)系？第二節(jié)第二節(jié) 常見機(jī)械位移傳感器常見機(jī)械位移傳感器 光柵分類光柵分類按檢測(cè)位移性質(zhì)按檢測(cè)位移性質(zhì)長光柵：長光柵：線位移線位移圓光柵：圓光柵：角位移角位移按光源照射方法按光源照射方法透射光柵透射光柵反射光柵反射光柵按照制造按照制造光柵材料光柵材料玻璃光柵玻璃光柵金屬光柵金屬光柵開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束透射光柵透射光柵優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1 1）光源垂直入射，信號(hào)幅值比較大，信噪比好

10、，光電轉(zhuǎn)）光源垂直入射，信號(hào)幅值比較大，信噪比好，光電轉(zhuǎn)換器（光柵讀數(shù)頭）的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；換器（光柵讀數(shù)頭）的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；2 2）光柵每毫米的線紋數(shù)多，）光柵每毫米的線紋數(shù)多，減輕了電子線路的負(fù)擔(dān)減輕了電子線路的負(fù)擔(dān) 。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：玻璃易破裂，熱脹系數(shù)與機(jī)床金屬部件不一致，影響測(cè)玻璃易破裂，熱脹系數(shù)與機(jī)床金屬部件不一致，影響測(cè)量精度。量精度。透射光柵尺的長度一般都在透射光柵尺的長度一般都在1 12m2m，常見的線紋密度為每毫米，常見的線紋密度為每毫米4 4、1010、2525、5050、100100、200200、250250線。線。 反射光柵反射光柵優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：光柵和機(jī)床金屬部件的線膨脹系數(shù)一致，可用

11、鋼帶做成光柵和機(jī)床金屬部件的線膨脹系數(shù)一致，可用鋼帶做成長達(dá)數(shù)米的長光柵。安裝面積小，調(diào)整方便，適應(yīng)于大位移測(cè)長達(dá)數(shù)米的長光柵。安裝面積小，調(diào)整方便，適應(yīng)于大位移測(cè)量場(chǎng)所。量場(chǎng)所。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：為了使反射后的莫爾條紋反差較大，每毫米內(nèi)線紋不宜為了使反射后的莫爾條紋反差較大，每毫米內(nèi)線紋不宜過多，常用線紋數(shù)為過多，常用線紋數(shù)為4 4、1010、2525、4040、5050、100100。光柵檢測(cè)裝置基本結(jié)構(gòu)示意圖一、光柵尺一、光柵尺光柵檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)光柵檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)指示光柵光電池驅(qū)動(dòng)線路光源透鏡光柵尺開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束 光柵結(jié)構(gòu)組成原理圖光柵尺的外形圖莫爾條紋節(jié)距莫爾條紋節(jié)距

12、B B 與光柵節(jié)與光柵節(jié)距距 W W和傾角和傾角之間的關(guān)系：之間的關(guān)系：由于由于很小，因此：很小，因此： 光柵橫向移動(dòng)一個(gè)節(jié)距光柵橫向移動(dòng)一個(gè)節(jié)距w w，莫爾條紋沿刻線上下移動(dòng)一個(gè)節(jié)距，莫爾條紋沿刻線上下移動(dòng)一個(gè)節(jié)距 B B光柵工作原理光柵工作原理（莫爾條紋形成原理）莫爾條紋形成原理）)2/sin(2/wB wwwB2/2/)2/sin(2/放大作用，放大作用，使柵距的節(jié)距誤差平均化；使柵距的節(jié)距誤差平均化； 莫爾條紋的移動(dòng)與柵距成正比；莫爾條紋的移動(dòng)與柵距成正比；根據(jù)莫爾條紋的移動(dòng)方向可以辨別光柵根據(jù)莫爾條紋的移動(dòng)方向可以辨別光柵的移動(dòng)方向的移動(dòng)方向 莫爾條紋的特點(diǎn)莫爾條紋的特點(diǎn) 開始開始

13、前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束光柵信號(hào)處理光柵信號(hào)處理光柵尺輸出的信號(hào)有兩種：一種是正弦波信號(hào)；一光柵尺輸出的信號(hào)有兩種：一種是正弦波信號(hào)；一種是方波信號(hào)。種是方波信號(hào)。光柵尺除了增量式測(cè)量外，還有絕對(duì)式測(cè)量，輸出光柵尺除了增量式測(cè)量外，還有絕對(duì)式測(cè)量，輸出二進(jìn)制二進(jìn)制BCDBCD碼或格雷碼碼或格雷碼光柵信號(hào)的辨向電路：利用兩路在相位上相差光柵信號(hào)的辨向電路：利用兩路在相位上相差9090度度的方波信號(hào)實(shí)現(xiàn)。的方波信號(hào)實(shí)現(xiàn)。（思考：辨向電路如何設(shè)計(jì)？）（思考：辨向電路如何設(shè)計(jì)？）開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束光柵尺的安裝調(diào)整要求：要求：尺體的安裝基面、讀數(shù)頭的安裝基面分別和機(jī)尺體的安裝基面

14、、讀數(shù)頭的安裝基面分別和機(jī)體、移動(dòng)部件相聯(lián)接；保證二者在測(cè)量行程內(nèi)平行度體、移動(dòng)部件相聯(lián)接；保證二者在測(cè)量行程內(nèi)平行度一般小于一般小于0.05mm0.05mm0.1mm0.1mm1-1-指示光柵指示光柵2-2-主光柵主光柵3-3-光電元件光電元件4-4-線路板線路板5-5-底座底座6-6-小車小車7-7-撥叉撥叉開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束光柵尺的正確使用與維護(hù)開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束光柵尺的正確維護(hù)光柵尺的正確維護(hù)(1)(1)保證讀數(shù)頭與尺體的間隙不被破壞保證讀數(shù)頭與尺體的間隙不被破壞; ;(2)(2)盡量避免尺體受到振動(dòng)與沖擊盡量避免尺體受到振動(dòng)與沖擊; ;(3)(

15、3)防止切削液、粉塵等進(jìn)入尺體內(nèi)；清洗時(shí)防止切削液、粉塵等進(jìn)入尺體內(nèi)；清洗時(shí)要用酒精，要用酒精，切勿用汽油切勿用汽油擦洗；擦洗；(4)(4)確保外引出線及接插頭可靠確保外引出線及接插頭可靠. .開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束位置檢測(cè)元件在坐標(biāo)鏜床上的安裝示意圖開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束二、光二、光 電電 編編 碼碼 器器編碼器是將機(jī)械傳動(dòng)的模擬量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)編碼器是將機(jī)械傳動(dòng)的模擬量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行字信號(hào)，進(jìn)行角位移檢測(cè)的傳感器。角位移檢測(cè)的傳感器。編碼器的種類很多，根據(jù)檢測(cè)原理，它可分為電磁編碼器的種類很多，根據(jù)檢測(cè)原理，它可分為電磁式、電刷式、電磁感

16、應(yīng)式及光電式等。式、電刷式、電磁感應(yīng)式及光電式等。光電編碼器根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，分為光電編碼器根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，分為增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器。增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器。開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束編碼器的外形圖開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束光電編碼器的工作原理光電碼盤隨被測(cè)軸光電碼盤隨被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，在光源一起轉(zhuǎn)動(dòng)，在光源的照射下，透過光的照射下，透過光電碼盤和光攔板形電碼盤和光攔板形成忽明忽暗的光信成忽明忽暗的光信號(hào)，光敏元件把此號(hào)，光敏元件把此光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過信號(hào)處理號(hào)，通過信號(hào)處理裝

17、置的整形、放大裝置的整形、放大等處理后輸出等處理后輸出光電編碼器的結(jié)構(gòu)光電編碼器的結(jié)構(gòu)光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu) 常用的脈沖編碼器每轉(zhuǎn)輸出常用的脈沖編碼器每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)有：的脈沖數(shù)有：2000 p/r2000 p/r，2500 p/r2500 p/r，3000 3000 p/rp/r，高分辨率的脈沖編碼，高分辨率的脈沖編碼器器 20000 p/r20000 p/r，25000 p/r25000 p/r，30000 p/r30000 p/r。 輸出信號(hào)的作用及其處理輸出信號(hào)的作用及其處理A A、B B 兩相的作用兩相的作用: : 細(xì)分處理、角位移、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向 Z Z 相的作用相的

18、作用 周向定位基準(zhǔn)、圈數(shù) 光電編碼器輸出信號(hào)光電編碼器輸出信號(hào)開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束增量式光電編碼器增量式光電編碼器增量式光電編碼器開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束絕對(duì)式光電編碼器絕對(duì)式光電編碼器絕對(duì)式光電編碼器的編碼盤由透明及不透明區(qū)組絕對(duì)式光電編碼器的編碼盤由透明及不透明區(qū)組成，這些透明及不透明區(qū)按一定編碼構(gòu)成，一個(gè)成，這些透明及不透明區(qū)按一定編碼構(gòu)成，一個(gè)轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)一個(gè)固定的編碼。絕對(duì)式編碼器能夠直轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)一個(gè)固定的編碼。絕對(duì)式編碼器能夠直接給出對(duì)應(yīng)于每個(gè)轉(zhuǎn)角位置的二進(jìn)制數(shù)碼，便于接給出對(duì)應(yīng)于每個(gè)轉(zhuǎn)角位置的二進(jìn)制數(shù)碼，便于計(jì)算機(jī)處理。計(jì)算機(jī)處理。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：無累計(jì)誤差

19、，抗干擾能力強(qiáng)無累計(jì)誤差，抗干擾能力強(qiáng)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：制作復(fù)雜，成本高。制作復(fù)雜，成本高。 開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束(a)4位二進(jìn)制絕對(duì)式編碼器的編碼盤 (b) 4位格雷碼盤示意圖 絕對(duì)式光電編碼器的編碼盤開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束 絕對(duì)式光電編碼器的結(jié)構(gòu)示意 1光源；2透鏡；3編碼盤；4狹縫；5光電元件開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束光電編碼器的應(yīng)用光電編碼器的應(yīng)用轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)速可由編碼器發(fā)出的脈沖頻率或周期來測(cè)量。 脈沖頻率法測(cè)轉(zhuǎn)速開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束脈沖周期法測(cè)轉(zhuǎn)速 開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束編碼器的安裝調(diào)整要求：保證被測(cè)軸

20、與編碼器的回轉(zhuǎn)軸同軸度聯(lián)接方式：柔性（浮動(dòng)聯(lián)軸器）開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束編碼器的正確維護(hù)編碼器的正確維護(hù)(1)(1)保證被測(cè)軸與編碼器回轉(zhuǎn)軸的位置精度不保證被測(cè)軸與編碼器回轉(zhuǎn)軸的位置精度不被破壞（被破壞（特別注意聯(lián)軸節(jié)不要松動(dòng)特別注意聯(lián)軸節(jié)不要松動(dòng)）; ;(2)(2)避免輸出軸受到?jīng)_擊（特別是軸向）避免輸出軸受到?jīng)_擊（特別是軸向）; ;(3)(3)確保外引出線及接插頭可靠確保外引出線及接插頭可靠. .開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束三、 球柵尺位移傳感器1 1、球柵傳感器的基本結(jié)構(gòu)、球柵傳感器的基本結(jié)構(gòu) 球柵尺：球柵尺：由一根不銹鋼管和裝入鋼管的鋼球組成，由一根不銹鋼管和

21、裝入鋼管的鋼球組成，鋼球經(jīng)高精度加工，研磨，再將裝滿鋼球的球柵尺鋼球經(jīng)高精度加工，研磨，再將裝滿鋼球的球柵尺在預(yù)載的條件下矯正封裝在預(yù)載的條件下矯正封裝 。開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束讀數(shù)頭：讀數(shù)頭：包括包括6 6組線圈，圍繞在一通管上，每組線圈，圍繞在一通管上，每組線圈均包括輸入（傳送）和輸出（讀?。┙M線圈均包括輸入（傳送）和輸出（讀?。├@組繞組( (如圖所示如圖所示) )，線圈及相關(guān)的電子電路全，線圈及相關(guān)的電子電路全部用環(huán)氧樹脂密封，以隔絕冷卻液，機(jī)液，部用環(huán)氧樹脂密封，以隔絕冷卻液，機(jī)液，和其他物質(zhì)的損害。和其他物質(zhì)的損害。 開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束2、球柵尺的

22、工作原理、球柵尺的工作原理空氣的導(dǎo)磁率約為空氣的導(dǎo)磁率約為1 1，如果在輸入、輸出線圈，如果在輸入、輸出線圈間放入導(dǎo)磁金屬，在輸出線圈中得到的感應(yīng)間放入導(dǎo)磁金屬，在輸出線圈中得到的感應(yīng)電壓就增加了，且導(dǎo)磁金屬越多，輸出電壓電壓就增加了，且導(dǎo)磁金屬越多，輸出電壓越大。越大。在不導(dǎo)磁的鋼管內(nèi)依次放入多個(gè)鋼球，在鋼在不導(dǎo)磁的鋼管內(nèi)依次放入多個(gè)鋼球，在鋼管外配置輸入線圈和輸出線圈，當(dāng)給輸入線管外配置輸入線圈和輸出線圈，當(dāng)給輸入線圈通以輸入激磁電流信號(hào)時(shí)，圈通以輸入激磁電流信號(hào)時(shí)，測(cè)量輸出線圈測(cè)量輸出線圈中的電壓值，便可知道讀數(shù)頭（由輸入線圈中的電壓值，便可知道讀數(shù)頭（由輸入線圈和輸出線圈組成）所在的位

23、置。和輸出線圈組成）所在的位置。 開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束位置的測(cè)量是以球的直徑為周期，連續(xù)測(cè)量時(shí)累加進(jìn)行。位置的測(cè)量是以球的直徑為周期，連續(xù)測(cè)量時(shí)累加進(jìn)行。在一周期內(nèi)輸出信號(hào)電壓值與位置的函數(shù)關(guān)系決定于各不同位置在一周期內(nèi)輸出信號(hào)電壓值與位置的函數(shù)關(guān)系決定于各不同位置的金屬量，即球在的金屬量，即球在不同位置的截面的大小。不同位置的截面的大小。 開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束3、球柵尺的特點(diǎn)（1 1）較高的精度較高的精度: :球柵尺的精度主要決定于鋼球球柵尺的精度主要決定于鋼球的精度，即鋼球的直徑和圓度，由于球徑可以精的精度，即鋼球的直徑和圓度，由于球徑可以精選且能相互補(bǔ)

24、償，因此球柵尺可以達(dá)到較高精度選且能相互補(bǔ)償，因此球柵尺可以達(dá)到較高精度（2 2）量程可以足夠大量程可以足夠大: :鋼球的直徑即為球柵尺的鋼球的直徑即為球柵尺的測(cè)量周期，只要增加鋼球的數(shù)量就可以增大量程，測(cè)量周期，只要增加鋼球的數(shù)量就可以增大量程，只要裝鋼球的不銹鋼管足夠長。只要裝鋼球的不銹鋼管足夠長。（3 3）分辨率較高分辨率較高，新和球柵尺分辨率可以達(dá)到，新和球柵尺分辨率可以達(dá)到0.10.1微米。微米。（4 4）適合惡劣的環(huán)境適合惡劣的環(huán)境: :由于球尺全部密封，可以由于球尺全部密封，可以工作在粉塵、油霧較大的場(chǎng)合。工作在粉塵、油霧較大的場(chǎng)合。 開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束四、四

25、、 感應(yīng)式接近傳感器感應(yīng)式接近傳感器 適用適用：空間有限情況的金屬的非接觸接近測(cè)量開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束感應(yīng)式接近傳感器感應(yīng)式接近傳感器探頭結(jié)構(gòu)分類：有屏蔽的、無屏蔽的兩種。后者測(cè)探頭結(jié)構(gòu)分類：有屏蔽的、無屏蔽的兩種。后者測(cè)量距離較前者為大。量距離較前者為大。結(jié)構(gòu)：振蕩器、感應(yīng)線圈、斯密特電路及輸出電路結(jié)構(gòu)：振蕩器、感應(yīng)線圈、斯密特電路及輸出電路組成。組成。工作原理：振蕩器在探頭端部產(chǎn)生磁場(chǎng)作用區(qū)，當(dāng)工作原理：振蕩器在探頭端部產(chǎn)生磁場(chǎng)作用區(qū)，當(dāng)金屬進(jìn)入該作用區(qū)時(shí)，引起振蕩器停振。金屬進(jìn)入該作用區(qū)時(shí)，引起振蕩器停振。應(yīng)用：屬于應(yīng)用：屬于二值型二值型輸出傳感器，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)輸出

26、傳感器，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中用于物體（金屬）中用于物體（金屬）運(yùn)動(dòng)位置的檢測(cè)。運(yùn)動(dòng)位置的檢測(cè)。 開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束五、五、 電容式接近傳感器電容式接近傳感器電容式接近傳感器的電路結(jié)構(gòu)及工作原理 適用適用：非接觸、空間有限。如各種管道內(nèi)流體的測(cè) 量、料位測(cè)量及對(duì)金屬物品測(cè)量。開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束電容式接近傳感器電容式接近傳感器結(jié)構(gòu)：由振蕩器、斯密特電路及輸出電路組成，電結(jié)構(gòu)：由振蕩器、斯密特電路及輸出電路組成，電容器的一個(gè)電極是傳感電極，另一個(gè)電極是大地。容器的一個(gè)電極是傳感電極，另一個(gè)電極是大地。原理：加電后，兩極間產(chǎn)生電場(chǎng)，當(dāng)與大地連接的原理：加電后，兩極

27、間產(chǎn)生電場(chǎng)，當(dāng)與大地連接的金屬物體靠近電容器時(shí)引起振蕩器停振。金屬物體靠近電容器時(shí)引起振蕩器停振。應(yīng)用：應(yīng)用：屬于屬于二值型二值型輸出傳感器，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)輸出傳感器，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中用于物體（金屬或非金屬）中用于物體（金屬或非金屬）運(yùn)動(dòng)位置的檢測(cè)。運(yùn)動(dòng)位置的檢測(cè)。 開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束六、六、 電磁式接近傳感器電磁式接近傳感器適用：非接觸式導(dǎo)磁材料測(cè)量適用：非接觸式導(dǎo)磁材料測(cè)量結(jié)構(gòu)：內(nèi)部有結(jié)構(gòu)：內(nèi)部有4 4個(gè)磁鐵和一個(gè)常開觸點(diǎn)的干簧個(gè)磁鐵和一個(gè)常開觸點(diǎn)的干簧繼電器。繼電器。原理：導(dǎo)磁材料外界物體原理：導(dǎo)磁材料外界物體 靠近電磁式接靠近電磁式接近開關(guān)誘導(dǎo)面近開關(guān)誘導(dǎo)面 磁

28、場(chǎng)失去平衡磁場(chǎng)失去平衡 干簧繼干簧繼電器的觸點(diǎn)閉合電器的觸點(diǎn)閉合應(yīng)用：和電感式相同應(yīng)用：和電感式相同。開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束七、霍爾效應(yīng)式線位移傳感器七、霍爾效應(yīng)式線位移傳感器圖 5-17霍爾效應(yīng)線位移傳感器工作原理 圖 5-18 霍爾效應(yīng)線位移傳感器輸出特性開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束八、其他常見傳感器八、其他常見傳感器1 1、電阻應(yīng)變計(jì)、電阻應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變計(jì)是根據(jù)應(yīng)變電阻應(yīng)變計(jì)是根據(jù)應(yīng)變電阻效應(yīng)，將給測(cè)試件的電阻效應(yīng)，將給測(cè)試件的應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電阻變化量的敏感元件。它不僅直接應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電阻變化量的敏感元件。它不僅直接作為應(yīng)力、應(yīng)變測(cè)量的傳感器而且可以與彈性元件作為

29、應(yīng)力、應(yīng)變測(cè)量的傳感器而且可以與彈性元件組合構(gòu)成力、壓力、稱重、位移、扭矩、振動(dòng)、加組合構(gòu)成力、壓力、稱重、位移、扭矩、振動(dòng)、加速度等多種專用式傳感器，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、交通、速度等多種專用式傳感器，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、交通、建筑、化工和電力等行業(yè)。建筑、化工和電力等行業(yè)。開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束電阻應(yīng)變計(jì)的結(jié)構(gòu)電阻應(yīng)變計(jì)的結(jié)構(gòu)電阻應(yīng)變計(jì)主要由電阻敏感柵、基底和面膠（或覆蓋層）、電阻應(yīng)變計(jì)主要由電阻敏感柵、基底和面膠（或覆蓋層）、粘結(jié)劑、引出線五部分組成。電阻應(yīng)變計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖所示。粘結(jié)劑、引出線五部分組成。電阻應(yīng)變計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖所示。圖5-9 電阻應(yīng)變計(jì)的構(gòu)造 1敏感柵；2引出線；3粘結(jié)

30、劑（未示出）；4覆蓋層；5基底開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束應(yīng)變計(jì)的類型應(yīng)變計(jì)的類型電阻應(yīng)變計(jì)的分類方法很多，常用的是按應(yīng)變計(jì)的制造材料、 溫度以及用途的不同來分類。（1）按敏感柵的制造方法分類1）金屬絲式應(yīng)變計(jì)開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束箔式應(yīng)變計(jì)箔式應(yīng)變計(jì)箔式應(yīng)變計(jì)的敏感柵是利用照相制版或光刻腐蝕箔式應(yīng)變計(jì)的敏感柵是利用照相制版或光刻腐蝕技術(shù)制成的，箔柵厚度一般為技術(shù)制成的，箔柵厚度一般為0.002mm0.005mm,0.002mm0.005mm,最薄的達(dá)最薄的達(dá)0.00035mm0.00035mm。箔式應(yīng)變計(jì)，工藝上能保證。箔式應(yīng)變計(jì)，工藝上能保證敏感柵尺寸的準(zhǔn)確，線條

31、均勻，適應(yīng)不同的測(cè)量敏感柵尺寸的準(zhǔn)確，線條均勻，適應(yīng)不同的測(cè)量要求，傳遞試件應(yīng)變性能好、橫向效應(yīng)小和散熱要求，傳遞試件應(yīng)變性能好、橫向效應(yīng)小和散熱性能好，因此得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)基本性能好，因此得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)基本上取代金屬絲應(yīng)變計(jì)。上取代金屬絲應(yīng)變計(jì)。金屬薄膜應(yīng)變計(jì)金屬薄膜應(yīng)變計(jì)所謂薄膜是指厚度在所謂薄膜是指厚度在0.1um0.1um以下的膜，它是采用真以下的膜，它是采用真空的濺射或真空沉積等方法制成的。通過按規(guī)定空的濺射或真空沉積等方法制成的。通過按規(guī)定的圖形制成的掩膜版，在基底材料上濺射或沉積的圖形制成的掩膜版，在基底材料上濺射或沉積一層電阻材料的薄膜，從而制成金屬薄膜應(yīng)變計(jì)。一層電阻材料的薄膜，從而制成金屬薄膜應(yīng)變計(jì)。開始開始 前頁前頁 后頁后頁 結(jié)束結(jié)束電阻應(yīng)變計(jì)的應(yīng)用電阻應(yīng)變計(jì)的應(yīng)用電阻應(yīng)變計(jì)主要有以下兩種應(yīng)用方式：電阻應(yīng)變計(jì)主要有以下兩種應(yīng)用方式：（1 1）應(yīng)變片直接粘貼在試件上，用來測(cè)量工程結(jié)構(gòu)受力后）應(yīng)變片直接粘貼在試件上，用來測(cè)量工程結(jié)構(gòu)受力后的應(yīng)力分析或所產(chǎn)生的應(yīng)變，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)力校正或分析的應(yīng)力分析或所產(chǎn)生的應(yīng)變，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)力校正或分析結(jié)構(gòu)在