速度和加速度檢測系統(tǒng)

1、目錄目錄速度和加速度可直接反映物體運(yùn)動的快慢程度和動態(tài)受力情況，某些情況下是控制產(chǎn)品質(zhì)量的決定性因素。例如，軋鋼速度檢測直接關(guān)系到鋼鐵生產(chǎn)的連續(xù)性，過快或者過慢都可能發(fā)生事故。而加速度通過牛頓第二定律可直接聯(lián)系到物體所受到的合外力，是表征動態(tài)力的重要指標(biāo)。另外，在振動檢測中，速度和加速度是表征振動的重要參數(shù)。速度和加速度檢測系統(tǒng)速度和加速度檢測系統(tǒng)目錄目錄通過熟悉各種速度傳感器，了解速度傳感器檢測的一般原理和使用條件，掌握各種速度傳感器的量程、精度等檢測性能。任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器知識目標(biāo)知識目標(biāo)目錄目錄通過實踐操作和訓(xùn)練理解，初步認(rèn)識磁電式速度傳感器及其檢測適應(yīng)性，了解工

2、業(yè)中常用的速度檢測特點及位移傳感器的基本選用原則。技能目標(biāo)技能目標(biāo)任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器目錄目錄測速發(fā)電機(jī)(tachogenerator)是一種檢測機(jī)械轉(zhuǎn)速的電磁裝置。它能把機(jī)械轉(zhuǎn)速變換成電壓信號，其輸出電壓與輸入的轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，如圖4-1所示。一、測速發(fā)電機(jī)傳感器的要求任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器目錄目錄測速發(fā)電機(jī)在自動控制系統(tǒng)和計算裝置中通常作為測速元件、校正元件、解算元件和角加速度信號元件等。自動控制系統(tǒng)對測速發(fā)電機(jī)的要求，主要是精確度高、靈敏度高、可靠性好等。任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器目錄目錄（1）輸出電壓與轉(zhuǎn)速保持良好的線性關(guān)系。（

3、2）剩余電壓（轉(zhuǎn)速為零時的輸出電壓）要小。（3）輸出電壓的極性和相位能反映被測對象的轉(zhuǎn)向。（4）溫度變化對輸出特性的影響小。（5）輸出電壓的斜率大，即轉(zhuǎn)速變化所引起的輸出電壓的變化要大。（6）摩擦轉(zhuǎn)矩和慣性要小。任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器目錄目錄任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器目錄目錄直流測速發(fā)電機(jī)實際上是一種微型直流發(fā)電機(jī)，按勵磁方式可分為兩種類型。圖4-2所示為電磁式測速發(fā)電機(jī)原理，定子常為二極，勵磁繞組由外部直流電源供電，通電時產(chǎn)生磁場。目前，我國生產(chǎn)的CD 系列直流測速發(fā)電機(jī)為電磁式。二、直流測速發(fā)電機(jī)任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器目錄目錄永磁式測

4、速發(fā)電機(jī)原理如圖4-3所示。定子磁極由永久磁鋼做成。永磁式測速發(fā)電機(jī)由于沒有勵磁繞組，所以可省去勵磁電源，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等特點，近年來發(fā)展較快。任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器目錄目錄永磁式直流測速發(fā)電機(jī)按其應(yīng)用場合不同，可分為普通速度型和低速型兩種。前者的工作轉(zhuǎn)速一般在每分鐘幾千轉(zhuǎn)以上，最高可達(dá)每分鐘一萬轉(zhuǎn)以上；而后者一般在每分鐘幾百轉(zhuǎn)以下，最低可達(dá)每分鐘一轉(zhuǎn)以下。由于低速測速發(fā)電機(jī)能和低速力矩電動機(jī)直接耦合，省去了中間笨重的齒輪傳動裝置，消除了由于齒輪間隙帶來的誤差，提高了系統(tǒng)的精度和剛度，因而在國防、科研和工業(yè)生產(chǎn)等各種精密自動化技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用。任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識

5、速度傳感器認(rèn)識速度傳感器目錄目錄測速發(fā)電機(jī)輸出電壓和轉(zhuǎn)速的關(guān)系，即U=f(n)稱為輸出特性。直流測速發(fā)電機(jī)的工作原理與一般直流發(fā)電機(jī)相同。根據(jù)直流電機(jī)理論，在磁極磁通量為常數(shù)時，電樞感應(yīng)電動勢為式中，n為轉(zhuǎn)速（rpm）；Ke為轉(zhuǎn)換系數(shù)（V/rpm）；為磁通量（Wb）。任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器目錄目錄如果外接電阻無窮大，則輸出電壓Ua為感生電動勢Ea，按照全電路歐姆定律，則會出現(xiàn)如圖4-4所示的變化規(guī)律。任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器目錄目錄影響誤差的因素有以下幾種。任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器電刷位置的影響電刷接觸電阻的影響溫度的影響紋波的影響電樞反

6、應(yīng)的影響12345目錄目錄1電樞反應(yīng)的影響電樞反應(yīng)的影響當(dāng)直流測速發(fā)電機(jī)帶負(fù)載時，負(fù)載電流流經(jīng)電樞，產(chǎn)生電樞反應(yīng)的去磁作用，使電機(jī)氣隙磁通減小。任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器目錄目錄2電刷接觸電阻的影響電刷接觸電阻的影響測速發(fā)電機(jī)帶負(fù)載時，由于電刷與換向器之間存在接觸電阻，會產(chǎn)生電刷的接觸壓降，使輸出電壓降低。電刷接觸電阻是非線性的，它與流過的電流密度有關(guān)。任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器目錄目錄3電刷位置的影響電刷位置的影響當(dāng)直流測速發(fā)電機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時，若電刷沒有嚴(yán)格地位于幾何中性線上，會造成測速發(fā)電機(jī)正反轉(zhuǎn)時輸出電壓不對稱，即在相同的轉(zhuǎn)速下，測速發(fā)電機(jī)正反向旋轉(zhuǎn)時，輸

7、出電壓不完全相等。任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器目錄目錄4溫度的影響溫度的影響電磁式直流測速發(fā)電機(jī)在實際工作時，由于周圍環(huán)境溫度的變化以及發(fā)電機(jī)本身發(fā)熱（由發(fā)電機(jī)各種損耗引起），都會引起發(fā)電機(jī)中勵磁繞組電阻的變化。任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器目錄目錄5紋波的影響紋波的影響實際上直流測速發(fā)電機(jī)，在和n為定值時，其輸出電壓并不是穩(wěn)定的直流電壓，而總是帶有微弱的脈動，通常把這種脈動稱為紋波。引起紋波的因素很多，主要由電機(jī)本身的固有結(jié)構(gòu)及加工誤差引起。電樞采用斜槽結(jié)構(gòu)，可減小由于齒和槽所引起的輸出電壓中的高次諧波，從而減小紋波。任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器目錄目

8、錄三、交流異步測速發(fā)電機(jī)任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器目錄目錄空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)的工作原理如圖4-8所示。任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器目錄目錄異步測速發(fā)電機(jī)的輸出特性如圖4-9所示。任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器目錄目錄為減少上述測速發(fā)電機(jī)的非線性，可采取以下措施。為減少上述測速發(fā)電機(jī)的非線性，可采取以下措施。（1）常采用增大轉(zhuǎn)子電阻的辦法，來滿足輸出特性的線性要求。（2）異步測速發(fā)電機(jī)對勵磁電源電壓的幅值、頻率和波形要求都比較高。（3）電機(jī)溫度的變化會使勵磁繞組和空心杯轉(zhuǎn)子的電阻以及磁性材料的磁性能發(fā)生變化，從而使輸出特性發(fā)生改變。任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)

9、識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器目錄目錄表征異步測速發(fā)電機(jī)性能的技術(shù)指標(biāo)主要有線性誤差、相位誤差和剩余電壓。剩余電壓是測速發(fā)電機(jī)傳感器的主要誤差來源。任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器目錄目錄減小剩余電壓的措施如下任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器（1）改進(jìn)電機(jī)的制造材料及工藝（2）外接補(bǔ)償裝置目錄目錄四、無刷直流測速發(fā)電機(jī)任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器霍爾無刷直流測速發(fā)電機(jī)在電機(jī)的定子鐵芯上放置兩個空間位置相差90電角度的繞組 和 ，并在繞組的軸線上放置有霍爾元件 和 。轉(zhuǎn)子為兩極永久磁鋼?；魻栐?和 的控制電流分別由定子繞組供給。將霍爾元件的輸出端串聯(lián)，總的輸出電壓

10、為兩個霍爾元件的霍爾電動勢之和。目錄目錄任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器當(dāng)轉(zhuǎn)動時，若將兩個霍爾元件的輸出端反向串聯(lián)，則總的輸出電壓為式中，m為繞組相數(shù)；K為靈敏度系數(shù)（V/rpm）；為轉(zhuǎn)速（rpm）。目錄目錄任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器認(rèn)識速度傳感器從原理上講，霍爾無刷直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓為一正比于轉(zhuǎn)速的直流電壓。這種測速發(fā)電機(jī)無剩余電壓，輸出電壓中也不含脈動成分；轉(zhuǎn)子摩擦轉(zhuǎn)矩小、慣量小、壽命長、可靠性好、容易維護(hù)，近年來發(fā)展很快。目錄目錄實訓(xùn)目標(biāo)實訓(xùn)目標(biāo)通過連接直流測速發(fā)電機(jī)傳感器和減速電動機(jī)伸出軸，使用數(shù)顯表顯示轉(zhuǎn)速值，深入了解測速發(fā)電機(jī)傳感器的傳感特性與應(yīng)用規(guī)程。實訓(xùn)一實訓(xùn)

11、一 使用測速發(fā)電機(jī)檢測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動速度使用測速發(fā)電機(jī)檢測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動速度目錄目錄實訓(xùn)一實訓(xùn)一 使用測速發(fā)電機(jī)檢測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動速度使用測速發(fā)電機(jī)檢測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動速度目錄目錄實訓(xùn)一實訓(xùn)一 使用測速發(fā)電機(jī)檢測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動速度使用測速發(fā)電機(jī)檢測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動速度目錄目錄注意事項注意事項（1）在使用時必須注意電機(jī)的轉(zhuǎn)速不得超過規(guī)定的最高轉(zhuǎn)速，負(fù)載電阻不小于給定值。在搭建檢測平臺的過程中，萬用表和數(shù)顯表頭的內(nèi)阻應(yīng)大于負(fù)載電阻的最小值。在本項目試驗平臺情況下，阻值是滿足要求的，但在實際應(yīng)用中應(yīng)注意阻值問題。（2）檢測過程中，不要將電機(jī)安裝于強(qiáng)磁場周圍，或安裝于放射性電熱元件旁，或安裝于溫度濕度高、振動大、有腐蝕性氣體、液體等場所。實

12、訓(xùn)一實訓(xùn)一 使用測速發(fā)電機(jī)檢測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動速度使用測速發(fā)電機(jī)檢測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動速度目錄目錄（3）在使用聯(lián)軸器連接測速發(fā)電機(jī)輸出軸時，注意不應(yīng)強(qiáng)迫安裝，如果安裝精度不夠時可使用法蘭先安裝在測速發(fā)電機(jī)上，然后將法蘭固定于連接器上。（4）如果需要高精度檢測，需要注意溫度和周圍電磁場的影響。實訓(xùn)一實訓(xùn)一 使用測速發(fā)電機(jī)檢測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動速度使用測速發(fā)電機(jī)檢測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動速度目錄目錄通過熟悉壓電加速度傳感器的使用，了解加速度傳感器檢測的一般原理和使用條件，掌握加速度傳感器的一般分類、原理和使用方法。任務(wù)二任務(wù)二 壓電傳感器的應(yīng)用壓電傳感器的應(yīng)用知識目標(biāo)知識目標(biāo)目錄目錄通過實踐操作和訓(xùn)練理解，初步認(rèn)識壓電加速度傳感器及其檢測

13、適應(yīng)性，了解工業(yè)中常用的振動加速度檢測特點及慣性加速度傳感器的基本選用原則。技能目標(biāo)技能目標(biāo)任務(wù)二任務(wù)二 壓電傳感器的應(yīng)用壓電傳感器的應(yīng)用目錄目錄一般振動測試大致可分為兩類知識鏈接知識鏈接（1）一類是檢測設(shè)備和結(jié)構(gòu)所存在的振動（2）另一類則是對設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵，使其產(chǎn)生振動，然后檢測其振動任務(wù)二任務(wù)二 壓電傳感器的應(yīng)用壓電傳感器的應(yīng)用目錄目錄檢測振動的方法任務(wù)二任務(wù)二 壓電傳感器的應(yīng)用壓電傳感器的應(yīng)用目錄目錄壓電式傳感器是一種可逆式換能器，既可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，也可以將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。這種性質(zhì)使它被廣泛應(yīng)用于力、壓力和加速度等與力相關(guān)的物理量，也被應(yīng)用于超聲波發(fā)射裝置和壓電電機(jī)的驅(qū)

14、動中。這種傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、精確度和靈敏度高等優(yōu)點。一、壓電式傳感器任務(wù)二任務(wù)二 壓電傳感器的應(yīng)用壓電傳感器的應(yīng)用目錄目錄某些物質(zhì)，如石英、鋯鈦酸鉛等，當(dāng)受到外力作用時，不僅幾何形狀發(fā)生變化，而且內(nèi)部產(chǎn)生極化，表面出現(xiàn)電荷，形成電場；當(dāng)外力消失時，材料重新回復(fù)到原來狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱作壓電效應(yīng)。任務(wù)二任務(wù)二 壓電傳感器的應(yīng)用壓電傳感器的應(yīng)用目錄目錄相反，如果將這些物質(zhì)置于電場中，其幾何形狀也發(fā)生變化，這種由于外電場作用導(dǎo)致物質(zhì)的機(jī)械變形的現(xiàn)象，稱為逆壓電效應(yīng)，或者稱為電致伸縮效應(yīng)。任務(wù)二任務(wù)二 壓電傳感器的應(yīng)用壓電傳感器的應(yīng)用目錄目錄任務(wù)二任務(wù)二 壓電傳感器的應(yīng)用壓電傳感器的應(yīng)用目錄目錄

15、壓電式壓力傳感器有兩種形式任務(wù)二任務(wù)二 壓電傳感器的應(yīng)用壓電傳感器的應(yīng)用(1)一種是利用彈性膜片，通過膜片承壓面積將壓力轉(zhuǎn)化為力(2)另外一種是利用活塞的承壓面承受壓力，并使活塞所受的力通過在活塞另一端的定桿作用在壓電片上，檢測此作用力便可推算出活塞所受到的力目錄目錄現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展使得加速度計日趨小型化，如圖4-14所示的微機(jī)械加速度計的外形比硬幣要小，并且已經(jīng)集成到芯片上，而檢測精度也普遍顯著提高，如市場上流行的智能手機(jī)中也應(yīng)用了類似的加速度計，作為重力下控制顯示方向的開關(guān)。這種集成化是現(xiàn)代加速度計的重要發(fā)展方向。二、加速度計簡介與選型任務(wù)二任務(wù)二 壓電傳感器的應(yīng)用壓電傳感器的應(yīng)用目錄目錄圖

16、4-15所示為壓電加速度計的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。一般加速度計底面需要和振動體連接，而連接的牢固程度是表征拾振能力的重要指標(biāo)，如果不夠牢固，有可能使某些振動無法檢測到。任務(wù)二任務(wù)二 壓電傳感器的應(yīng)用壓電傳感器的應(yīng)用目錄目錄在一般通用振動檢測時，用戶主要關(guān)心的技術(shù)指標(biāo)為靈敏度、頻率范圍、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)置電路、現(xiàn)場環(huán)境與后續(xù)儀器配置等。任務(wù)二任務(wù)二 壓電傳感器的應(yīng)用壓電傳感器的應(yīng)用目錄目錄內(nèi)置電路傳感器靈敏度的選型計算方法為：被測加速度值（g）=最大輸出電壓（mV）/傳感器靈敏度（mV/g）。如選用目前最為通用的100 mV/g, 可測50g以內(nèi)振動，如檢測100g的振動，則用50mV/g的加速度計，其余

17、以此類推。任務(wù)二任務(wù)二 壓電傳感器的應(yīng)用壓電傳感器的應(yīng)用目錄目錄某些測試現(xiàn)場的環(huán)境較為惡劣，具體考慮環(huán)境因素如下任務(wù)二任務(wù)二 壓電傳感器的應(yīng)用壓電傳感器的應(yīng)用（1）防水（3）位置限制（2）高溫（4）絕緣、地電回路及磁電場目錄目錄實訓(xùn)目標(biāo)實訓(xùn)目標(biāo)使用懸臂梁的懸臂端安裝一個帶有偏心軸的調(diào)速電機(jī)，人為控制懸臂梁的振動頻率和偏心量，使用振動檢測儀和磁吸式加速度傳感器檢測振動值，深入了解加速度計檢測振動時的傳感特性與應(yīng)用規(guī)程。實訓(xùn)二實訓(xùn)二 使用加速度傳感器使用加速度傳感器目錄目錄實訓(xùn)二實訓(xùn)二 使用加速度傳感器使用加速度傳感器目錄目錄實訓(xùn)二實訓(xùn)二 使用加速度傳感器使用加速度傳感器目錄目錄操作步驟操作步驟實訓(xùn)二實訓(xùn)二 使用加速度傳感器使用加速度傳感器裝配檢測平臺裝配檢測平臺電氣連接電氣連接檢測振動值檢測振動值目錄目錄注意事項注意事項（1）連接必須穩(wěn)固可靠，否則在電動機(jī)運(yùn)行過程中會產(chǎn)生零件脫落飛濺傷人的問題。同樣，鐵板材料最好使用標(biāo)號較低（如15#）的碳鋼材料，盡可能使得材料不至于產(chǎn)生疲勞斷裂。在檢測前應(yīng)注意觀察各連接部位和鐵板上是否有裂紋出現(xiàn)，如果出現(xiàn)則更換零件，避免產(chǎn)生安全問題。實訓(xùn)二實訓(xùn)二 使用加速度傳感器使用加速度傳感器目錄目錄（2）在檢測時，需要運(yùn)行電動機(jī)一段時間后再