第九章-氣電式傳感器資料

傳感器結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計機(jī)械工程學(xué)院儀器系李云雷Tel:2786982辦公室：新試驗樓427原理：氣動測量+氣電轉(zhuǎn)換

結(jié)構(gòu)組成：氣動量儀（關(guān)鍵部件：氣動測頭）＋氣電轉(zhuǎn)換部件

第九章氣電式傳感器被測量（尺寸大?。鈮鹤兏鼩饬髁孔兏娦盘枤怆娹D(zhuǎn)換方式：電觸式、光電式、電感式、電容式、壓阻式優(yōu)點：非接觸測量，測量精度高，可以進(jìn)行兩個尺寸差值、平均值以及困難形態(tài)綜合參數(shù)測量。缺點：須要凈化的恒壓氣源，對穩(wěn)壓氣源較難獲得；動態(tài)響應(yīng)時間比較長（約0.2～1s），限制了檢測速度。第一節(jié)氣動測量的原理氣動測量原理：把被測尺寸量的變更轉(zhuǎn)換為氣室中壓力的變更或管路中流量的變更。氣動測量分類：壓力式氣動測量、流量式氣動測量。一、壓力式氣動測量原理工作過程：凈化和穩(wěn)壓氣體以工作壓力Pg送入管路1，通過進(jìn)氣噴嘴2和氣室4后，由測量噴嘴5噴入大氣。測量噴嘴與它前面的擋板或工件6之間的間隙變更時，代表了工件尺寸的變更，z越小，氣室內(nèi)壓力Pc越大。氣室測量壓力計算：a——流量系數(shù)；d——測量噴嘴直徑；d1——進(jìn)氣嘴直徑。結(jié)論：Pc與z2成反比，為非線性系統(tǒng)，測量時應(yīng)當(dāng)利用特性曲線中間近似線性的部分；Pc=0.75Pg的左右范圍內(nèi)變動，線性度較好；d1越大，靈敏度越小，但測量范圍大。其次節(jié)氣動測頭測頭包括測量噴嘴，就是測量時感受被測幾何量變更的機(jī)構(gòu)。種類：按測量方式不同，分為非接觸式和接觸式兩類；按其結(jié)構(gòu)原理來分，有噴嘴擋板和閥式。一、噴嘴擋板結(jié)構(gòu)五種結(jié)構(gòu)形式：平行式、不平行式、反射式、負(fù)壓式和噴射式。平行式：噴嘴為平端面，擋板是被測構(gòu)件的平面。當(dāng)噴嘴固定，被測構(gòu)件尺寸變更時，噴氣口氣體流入大氣的面積不是噴嘴孔的截面積，而是以噴嘴孔截平面為底，間隙Z為高的圓柱體側(cè)面，流出面積F=πdz，流出流量為Q=vπdz。不平行式：噴嘴孔的截面積可依據(jù)幾何關(guān)系，等效為平行擋板的流出流量Q。它常用在氣動塞規(guī)和卡規(guī)中測量軸和孔的尺寸。反射式：輸出壓力比較低，但測量間隙較大，一般可達(dá)3~4mm。

負(fù)壓式：靠高速氣流的抽吸作用，把噴嘴d2內(nèi)的空氣帶出，測量氣室形成負(fù)壓區(qū)。線性范圍不大于0.12mm。

氣動測頭應(yīng)用：氣動賽規(guī)應(yīng)用：測量孔徑；

結(jié)構(gòu)：塞規(guī)體1、噴嘴孔、排氣槽、管嘴2、管路、測量氣室、導(dǎo)向頭；

參數(shù)：噴嘴直徑d（影響靈敏度和測量范圍）；排氣槽和下沉量δ（影響儀器穩(wěn)定性）。氣動卡規(guī)

應(yīng)用：測量外徑尺寸；

結(jié)構(gòu)：卡規(guī)體、噴嘴孔、管路、排氣槽、V字形定位面等。

第三節(jié)壓力式氣電傳感器壓力式氣電傳感器是在壓力式氣動測量的基礎(chǔ)上，再加上氣電轉(zhuǎn)換元件，將氣室壓力轉(zhuǎn)換為電信號輸出。類型：液柱式、膜片式、膜盒式和水紋管式等。一、膜片式氣電傳感器1、工作原理過濾穩(wěn)壓器1過濾的恒壓氣體進(jìn)入兩路系統(tǒng)：下噴嘴11、下氣室和測量噴嘴9，工件10組成的氣動測量系統(tǒng)；上噴嘴2、上氣室、錐桿3與出氣環(huán)7之間的的環(huán)形出氣間隙組成平衡氣路系統(tǒng)。膜片式氣電傳感器工作原理1、過濾穩(wěn)壓器2（11）、進(jìn)氣噴嘴3、錐桿4、彈簧5、指示表6、電觸點副7、出氣環(huán)8、金屬膜片9、測量噴嘴10、工件測量間隙z變更時，引起下氣室壓力的變更，于是金屬膜片8失去原來的平衡狀態(tài)，使膜片位移帶動錐桿3移動，使環(huán)形氣隙7變更，直到上下氣室的壓力重新平衡為止。測量間隙z的微小變更可以引起錐桿3較大位移，并傳到指示表5，由指示表指示出工件尺寸的變更值，同時電觸點副6可以發(fā)生相應(yīng)的電信號。彈簧4產(chǎn)生指示表的測力，使表頭和錐桿3牢靠地接觸。2、傳感器結(jié)構(gòu)膜片式氣電傳感器結(jié)構(gòu)1、金屬膜片2、進(jìn)氣噴嘴3、錐桿4、出氣環(huán)5、電觸點副（四對）6、指示表7、信號燈8、測量噴嘴特點：（1）工作壓力pg=4×105N/m2，高壓薄膜氣動量儀；（2）四對電觸點副，信號燈顯示狀態(tài)，觸點副間隙可由螺釘調(diào)整；（3）指示表放大倍數(shù)，機(jī)械部分（100）×氣動部分（10），分度值0.001mm。（4）高壓可吹凈工件表面，適于加工過程的自動測量。3、測量電路（1）四路晶體管繼電器電路；（2）S2測量開關(guān)；（3）Sg動觸點；（4）Sa、Sb、Sc、Sd四個可調(diào)整的定觸點。二、水紋管式氣電傳感器的工作原理背壓式經(jīng)過凈化和穩(wěn)壓后的工作壓力為Pg的壓縮空氣由管路1送來，進(jìn)氣噴嘴2和測量噴嘴6組成背壓式測量系統(tǒng)。被測工件尺寸變更引起測量間隙z變更，測量壓力Pc隨之變更，因而使水紋管伸縮變形并帶動磁芯5在電感線圈4中移動。這樣就把被測尺寸的微小變更轉(zhuǎn)換成電感線圈中的電感量的變更。最終經(jīng)電路處理并指示出被測尺寸的變更值和發(fā)出限制信號。pc1—管路2—進(jìn)氣噴嘴3—水紋管4—電感線圈5—磁心6—測量噴嘴差壓式工作壓力為pg的壓縮空氣進(jìn)來后分為兩路，一路經(jīng)進(jìn)氣噴嘴1進(jìn)入水紋管3的內(nèi)腔，并由可調(diào)排氣噴嘴5排向大氣；另一路經(jīng)進(jìn)氣噴嘴2進(jìn)到水紋管3的外腔，經(jīng)測量噴嘴4噴出。工件尺寸的變更經(jīng)測量間隙z變更了水紋管內(nèi)外腔原來的壓力差，使水紋管伸縮變形而帶動磁芯位移。差壓式測量電路1—進(jìn)氣噴嘴2—進(jìn)氣噴嘴3—水紋管4—測量噴嘴5—可調(diào)排氣噴