第9章 幾何量電測(cè)法

1、1采用結(jié)構(gòu)型傳感器采用結(jié)構(gòu)型傳感器 傳感器固定部分傳感器固定部分-與運(yùn)動(dòng)參照點(diǎn)相連與運(yùn)動(dòng)參照點(diǎn)相連傳感器活動(dòng)部分傳感器活動(dòng)部分-與被測(cè)運(yùn)動(dòng)體相連與被測(cè)運(yùn)動(dòng)體相連 結(jié)構(gòu)型傳感器可直接用于位移測(cè)量結(jié)構(gòu)型傳感器可直接用于位移測(cè)量，前面介，前面介紹過的有：電位器式傳感器、自感式傳感器、互紹過的有：電位器式傳感器、自感式傳感器、互感式傳感器、電渦流式傳感器、電容式傳感器、感式傳感器、電渦流式傳感器、電容式傳感器、編碼器等。編碼器等。2采用物性型傳感器配上相應(yīng)的敏感器采用物性型傳感器配上相應(yīng)的敏感器 敏感器固定部分敏感器固定部分-與運(yùn)動(dòng)參照點(diǎn)相連與運(yùn)動(dòng)參照點(diǎn)相連敏感器活動(dòng)部分敏感器活動(dòng)部分-與被測(cè)運(yùn)動(dòng)體相

2、連與被測(cè)運(yùn)動(dòng)體相連 應(yīng)變式傳感器、霍爾傳感器、光電式傳感器等屬于應(yīng)變式傳感器、霍爾傳感器、光電式傳感器等屬于物物性型傳感器性型傳感器，其中不包括可動(dòng)部分，不能用于測(cè)量位移，其中不包括可動(dòng)部分，不能用于測(cè)量位移，即這些傳感器的可用非電量不是位移量。若需用這類傳感即這些傳感器的可用非電量不是位移量。若需用這類傳感器來測(cè)量位移量，則器來測(cè)量位移量，則需配置適當(dāng)?shù)拿舾衅餍枧渲眠m當(dāng)?shù)拿舾衅?，將位移量轉(zhuǎn)換，將位移量轉(zhuǎn)換為這些傳感器可用的非電量，組成為這些傳感器可用的非電量，組成間接式的位移傳感器間接式的位移傳感器。（位移的間接測(cè)量法位移的間接測(cè)量法）9.1.2 位移的間接電測(cè)法位移的間接電測(cè)法 1、等強(qiáng)度

3、懸臂梁黏貼應(yīng)變片、等強(qiáng)度懸臂梁黏貼應(yīng)變片 應(yīng)變應(yīng)變 221lh應(yīng)變應(yīng)變電阻：電阻： 0kRR若把上、下兩工作應(yīng)變片分別接入若把上、下兩工作應(yīng)變片分別接入電橋相鄰兩臂，則電橋輸出電壓：電橋相鄰兩臂，則電橋輸出電壓： （推導(dǎo)過程結(jié)合（推導(dǎo)過程結(jié)合P50-51P50-51的結(jié)論）的結(jié)論）20CD0lh2UkUU 3、懸臂梁與螺旋軸的組合結(jié)構(gòu)、懸臂梁與螺旋軸的組合結(jié)構(gòu) （）kClhklhkRR2020將霍爾傳感器放置于梯度磁場(chǎng)將霍爾傳感器放置于梯度磁場(chǎng)中，則可測(cè)量位移，但此方法中，則可測(cè)量位移，但此方法只能測(cè)量只能測(cè)量0.5mm的小位移的小位移（參加教材（參加教材P106P106）。）。HHHUK I

4、BK I cxkx將霍爾傳感器放置于梯度磁場(chǎng)將霍爾傳感器放置于梯度磁場(chǎng)中，則可測(cè)量位移，但此方法中，則可測(cè)量位移，但此方法只能測(cè)量只能測(cè)量0.5mm的小位移的小位移（參加教材（參加教材P106P106）。）。采用左圖所示的方案，則可測(cè)采用左圖所示的方案，則可測(cè)量大位移（量程可達(dá)量大位移（量程可達(dá)2m2m以上）。以上）。 S：被測(cè)位移被測(cè)位移 N：位移脈沖計(jì)數(shù)位移脈沖計(jì)數(shù) d0: 相鄰磁鋼間距相鄰磁鋼間距 0NdS 1采用光電元件采用光電元件 被測(cè)對(duì)象位移時(shí)，遮擋掉一部分光線，未被遮擋的光線則被光被測(cè)對(duì)象位移時(shí)，遮擋掉一部分光線，未被遮擋的光線則被光電元件接收轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從接收到的光電信號(hào)的強(qiáng)

5、弱可知被電元件接收轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從接收到的光電信號(hào)的強(qiáng)弱可知被測(cè)物體位移量的大小。量程最大測(cè)物體位移量的大小。量程最大1mm 。（參見教材（參見教材P104）2 2采用雙光纖采用雙光纖 當(dāng)兩根光纖之間物體發(fā)生位移時(shí)，入射光纖傳入出射當(dāng)兩根光纖之間物體發(fā)生位移時(shí)，入射光纖傳入出射光纖中的光通量發(fā)生改變的原理來測(cè)量位移的，這種調(diào)制光纖中的光通量發(fā)生改變的原理來測(cè)量位移的，這種調(diào)制方法可以測(cè)量方法可以測(cè)量10um的位移。的位移。- 光路間插入被測(cè)對(duì)象調(diào)制光通量的形式光路間插入被測(cè)對(duì)象調(diào)制光通量的形式兩光纖的耦合不為零時(shí)，才兩光纖的耦合不為零時(shí)，才有反射光進(jìn)入接收光纖。有反射光進(jìn)入接收光纖。進(jìn)入輸出光

6、纖的光通量在耦進(jìn)入輸出光纖的光通量在耦合情況下是位移量合情況下是位移量x x的函數(shù)。的函數(shù)。3采用分叉光纖采用分叉光纖 - 非功能型光纖傳感器；兩支多模光纖；非功能型光纖傳感器；兩支多模光纖； 各種位移傳感器一般都可以用來測(cè)量厚度各種位移傳感器一般都可以用來測(cè)量厚度，只，只要設(shè)法使位移傳感器的固定部分與可動(dòng)部分之間的要設(shè)法使位移傳感器的固定部分與可動(dòng)部分之間的距離等于或正比于所測(cè)厚度即可。距離等于或正比于所測(cè)厚度即可。光學(xué)方法：適用于超薄薄膜的厚度測(cè)量。光學(xué)方法：適用于超薄薄膜的厚度測(cè)量。非光學(xué)方法：適用于較厚薄層和板材厚度。非光學(xué)方法：適用于較厚薄層和板材厚度。厚度測(cè)量方法：厚度測(cè)量方法：9

7、.3.1 電感式和電渦流式電感式和電渦流式 將非磁性物質(zhì)板材夾在自感式傳感器的線圈將非磁性物質(zhì)板材夾在自感式傳感器的線圈鐵心和銜鐵之間，自感式傳感器電感隨板材的厚鐵心和銜鐵之間，自感式傳感器電感隨板材的厚度度x變化。變化。 L0 x2ANL2X透射式結(jié)構(gòu)：透射式結(jié)構(gòu)： h/d12ekUU 設(shè)電容極板面積為設(shè)電容極板面積為A，固定間隙為，固定間隙為a，當(dāng)有一厚度為，當(dāng)有一厚度為d，相對(duì)介電常數(shù)為相對(duì)介電常數(shù)為 r的固體電介質(zhì)通過極板間隙時(shí)的固體電介質(zhì)通過極板間隙時(shí)00ddn1CC,ddaACr000000rrd)da(11n其中：其中：332211dddAC物位：物位：容器中液體物料的液位，粉狀

8、或顆粒狀固容器中液體物料的液位，粉狀或顆粒狀固體物料的料位體物料的料位，兩種介質(zhì)相界面位置的總稱。，兩種介質(zhì)相界面位置的總稱。 高于高于2104Hz的機(jī)械波稱為的機(jī)械波稱為超聲波超聲波。 超聲波與其他聲波一樣，其超聲波與其他聲波一樣，其傳播速度也取決于傳播速度也取決于介質(zhì)的密度和介質(zhì)的彈性常數(shù)介質(zhì)的密度和介質(zhì)的彈性常數(shù)。 當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí)，當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí)，在在兩介質(zhì)的分界面上將發(fā)生反射和折射。兩介質(zhì)的分界面上將發(fā)生反射和折射。2tvhch ：(a)被測(cè)液面高度被測(cè)液面高度; (c)液面與探頭距離液面與探頭距離vc ：超聲波在介質(zhì)中的：超聲波在介質(zhì)中的傳

9、播速度；傳播速度；t : 超聲波從單探頭發(fā)出超聲波從單探頭發(fā)出到液面，經(jīng)液面反射到到液面，經(jīng)液面反射到探頭位置所需的時(shí)間。探頭位置所需的時(shí)間。2tvsc22ash其中：其中：a為兩探頭之為兩探頭之間的距離的一半。間的距離的一半。 9.4.2 浮力法浮力法F1：彈簧拉力：彈簧拉力 F2：浮力：浮力 W：重力：重力 H：液位高度：液位高度 H=0時(shí)，時(shí)，F(xiàn)2=0， F1=cx0=W， c：彈簧彈性系數(shù)：彈簧彈性系數(shù) H0時(shí)，浮筒上升時(shí)，浮筒上升x , ,)xx(cF01)xH(gAgVF2WFFF2100cx)xH(gA)xx( cx)gAc1(HA: 浮筒截面積浮筒截面積采用變介質(zhì)型電容傳感器采用變介質(zhì)型電容傳感器圖圖(a)測(cè)非導(dǎo)電液測(cè)非導(dǎo)電液體液位：采用同體液位：采用同軸雙層電極軸雙層電極圖圖(b)測(cè)非導(dǎo)電固測(cè)非導(dǎo)電固體散料料位：用體散料料位：用電極棒和容器壁電極棒和容器壁組成內(nèi)外電極組成內(nèi)外電極 沒有液體（物料）時(shí)：沒有液體（物料）時(shí)：)d/Dln(L2C00液體（物料）高度為液體（物料）高度為H時(shí)，總電容時(shí)，總電容相當(dāng)于上下兩個(gè)電容并聯(lián)：相當(dāng)于上下兩個(gè)電容并聯(lián)：)d/Dln(H2)d/Dln()HL(2CCC021電容變化量：電容變化量：)d/Dln(H)(2CCC002ln(/ )XCHD d