機(jī)械量檢測儀表課件

1、核工程檢測技術(shù)2022/10/41核工程檢測技術(shù)第七章 機(jī)械量檢測儀表2022/10/42核工程檢測技術(shù)機(jī)械量通常包括各種幾何量和力學(xué)量，如長度、位 移、厚度、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、 振動和力等。機(jī)械量是表征機(jī)械運(yùn)動的基本物理量，它不僅是機(jī)械 制造工業(yè)的重要參數(shù)，而且還是很多非電量傳 感器的中間參數(shù)。 2022/10/43核工程檢測技術(shù)第一節(jié) 位移檢測儀表選擇適當(dāng)?shù)臏y量點(diǎn)、測量方向和測量系統(tǒng)。 用于位移測量的傳感器很多，因測量范圍不同，所用的傳感器是不同的。 小位移通常用應(yīng)變式、電感式、差動變壓器式、電容式、霍爾式等傳感器來檢測，精度可達(dá)0.5%1.0%，其中電感式和差動變壓器式傳感器測量范圍要大一些，

2、有些可達(dá)100mm。小位移傳感器測微小位移，從幾微米到幾個毫米，如物體振動的振幅測量等。2022/10/44核工程檢測技術(shù) 大的位移常用感應(yīng)同步器、光柵、磁柵、編碼器等傳感器來測量，其特點(diǎn)是易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，精度高，抗干擾能力強(qiáng)，沒有人為讀數(shù)誤差，安裝方便，使用可靠等，這些傳感器既可以測線位移，也可以測角位移，還可用來測長度，它們在自動檢測和自動控制中得到日益廣泛的應(yīng)用。2022/10/45核工程檢測技術(shù)差動變壓器及其輸出特性 2022/10/47核工程檢測技術(shù)為定值差動變壓器輸出特性 2022/10/48核工程檢測技術(shù)4控制棒或燃料元件振動的檢測；5控制棒棒位的檢測；6閥門位置指示；7各種構(gòu)件相

3、對位置的檢測。 2022/10/410核工程檢測技術(shù)測量燃料和包殼伸長度的差動變壓器2022/10/411核工程檢測技術(shù)用于差動變壓器的插入式耦合變壓器示意圖2022/10/412核工程檢測技術(shù)二、電感式位移檢測儀表 這種儀表實(shí)質(zhì)上就是一個帶鐵芯線圈的儀表，它的工作原理基于機(jī)械量變化引起線圈回路磁阻的變化，從而導(dǎo)致電感量變化這一物理現(xiàn)象。線圈電感為磁通2022/10/414核工程檢測技術(shù)差動電感傳感器原理提高電感傳感器的靈敏度，減少測量誤差。 2022/10/415核工程檢測技術(shù)(一)電渦流式檢測儀表的原理 一個通有交變電流i1的檢測線圈由于電流的變化，在線圈周圍產(chǎn)生一個交變磁場H1，如被測導(dǎo)

4、體置于該磁場范圍之內(nèi)，被測導(dǎo)體內(nèi)便產(chǎn)生電渦流i2，電渦流也將產(chǎn)生一個新磁場H2，H2與H1方向相反，因而抵消部分原磁場，從而導(dǎo)致線圈的電感量、阻抗和品質(zhì)因數(shù)發(fā)生變化。2022/10/417核工程檢測技術(shù)電渦流傳感器原理圖 2022/10/418核工程檢測技術(shù)(二)基本特性 電渦流傳感器等效電路 電渦流傳感器化模型 電渦流的貫穿深度為：2022/10/419核工程檢測技術(shù)(三) 電渦流強(qiáng)度與距離的關(guān)系 （1）電渦流強(qiáng)度與距離x呈非線性關(guān)系，且隨著x/ras的增加而迅速減小。（2）當(dāng)利用電渦流式傳感器測量位移時，只有在x/ras 1 (一般取0.050.15)的范圍才能得到較好的線性和較高的靈敏度

5、。 電渦流強(qiáng)度與距離歸一化曲線圖2022/10/420核工程檢測技術(shù)(四)電渦流型位移檢測儀表應(yīng)用 電渦流型位移檢測儀表可以測量金屬零件的動態(tài)位移，量程可以為015m(分辨率為0.05m)，或0500mm(分辨率為0.1%)。凡是可變換成位移量的參數(shù)，都可用電渦流型檢測儀表來測量，如汽輪機(jī)主軸的軸向竄動，金屬材料的熱膨脹系數(shù)，鋼水液位、紗線張力、流體壓力等。2022/10/421核工程檢測技術(shù) 在滿足量程的要求的前提下，我們總希望儀表有盡可能高的靈敏度。因此我們必須從以下幾個方面注意提高儀表靈敏度: l.線圈在滿足量程要求的前提下，盡可能?。?2.線圈薄時，靈敏度高； 3.減少線圈電阻，提高線

6、圈的品質(zhì)因數(shù)，盡可能 選用電阻系數(shù)小的導(dǎo)線。 2022/10/422核工程檢測技術(shù)第二節(jié) 轉(zhuǎn)速檢測儀表轉(zhuǎn)速的定義 單位時間內(nèi)，轉(zhuǎn)軸的平均旋轉(zhuǎn)速度，通常以每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)(轉(zhuǎn)/分)來表示。轉(zhuǎn)速測量方法分類1.機(jī)械式和電氣式通過適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎研D(zhuǎn)體在一定時間內(nèi)的轉(zhuǎn)動數(shù)，轉(zhuǎn)換為與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速相應(yīng)的，在一定時間內(nèi)的電脈沖數(shù)，通過測頻儀測出信號頻率進(jìn)而得出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。 2.頻率計(jì)數(shù)法、模擬法、比較法。 2022/10/424核工程檢測技術(shù)頻率計(jì)數(shù)法測轉(zhuǎn)速將待測轉(zhuǎn)速通過轉(zhuǎn)速傳感器轉(zhuǎn)化成為與轉(zhuǎn)速成正比的電脈沖信號，再用電子計(jì)數(shù)器測出該電脈沖信號的頻率或周期，從而求得待測轉(zhuǎn)速。測周法測量轉(zhuǎn)速的實(shí)質(zhì)是:使計(jì)數(shù)器累計(jì)數(shù)

7、在一個待測脈沖信號周期Tx內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)N0，從而求得待測轉(zhuǎn)速n。 2022/10/425核工程檢測技術(shù)模擬法測量轉(zhuǎn)速 模擬法測量轉(zhuǎn)速是利用被測軸旋轉(zhuǎn)時引起的某種物理量的變化，例如離心力，發(fā)電機(jī)輸出電壓等，以轉(zhuǎn)速為單位，連續(xù)指示在刻度盤上的一種測速方法。比較法測轉(zhuǎn)速 用已知頻率的閃光去照射被測軸，利用頻率比較的方法來測量轉(zhuǎn)速，它的原理是基于人的視覺殘留現(xiàn)象，即物體在人的視野中消失之后仍能保留一定時間的視覺印象。2022/10/427核工程檢測技術(shù)霍爾轉(zhuǎn)速傳感器 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖,它實(shí)際上是利用霍爾開關(guān)(接近開關(guān))測量轉(zhuǎn)速。待測物上粘貼一對或多對小磁鋼，小磁鋼愈多，分辨率愈高?；魻栭_

8、關(guān)固定在磁鋼附近，待測物以角速度旋轉(zhuǎn)時，每一個小磁鋼轉(zhuǎn)霍爾開關(guān)集成電路，霍爾開關(guān)便產(chǎn)生一個相應(yīng)脈沖，檢測出單位時間的脈沖數(shù)，即可確定待測物的轉(zhuǎn)速。2022/10/428核工程檢測技術(shù) 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器還有另外一種形式，即霍爾數(shù)字式轉(zhuǎn)速器，如圖，將導(dǎo)磁材料的齒輪固定在被測的轉(zhuǎn)軸上，對著齒輪的齒端面固定著一塊磁鋼?；魻栐t貼在磁鋼的一個端面上，隨著齒輪轉(zhuǎn)動，元件的輸出也呈周期性的變化，傳感器輸出頻率與轉(zhuǎn)速成正比，此信號經(jīng)放大和數(shù)字顯示即成數(shù)字式轉(zhuǎn)速器。2022/10/429核工程檢測技術(shù)離心式轉(zhuǎn)速器原理：測量質(zhì)量m旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的離心力重塊式圓環(huán)式2022/10/430核工程檢測技術(shù)磁性轉(zhuǎn)速器磁性轉(zhuǎn)

9、速器結(jié)構(gòu)原理永久磁鐵跟隨待測軸同步旋轉(zhuǎn)，鋁制園盤靠近永久磁鐵，二者產(chǎn)生相對運(yùn)動，從而在鋁制園盤中形成渦流。該渦流產(chǎn)生的磁場跟永久磁鐵產(chǎn)生的磁場相互作用，使鋁制園盤產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)矩M，該轉(zhuǎn)矩跟待測物的轉(zhuǎn)速n成正比 。n=KM ， K是與結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù) 優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)和使用方便等缺點(diǎn)是精度不高，檢測范圍(120000)rmin，精度1.520。2022/10/431核工程檢測技術(shù)電容式轉(zhuǎn)速器當(dāng)電容極板與齒輪相對時電容量最大，而電容極板與齒隙相對時電容量最小。當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時，電容量發(fā)生周期性變化，通過電路即可得到脈沖信號，頻率計(jì)顯示的頻率代表轉(zhuǎn)速大小 。若齒數(shù)為z，計(jì)數(shù)器得到的頻率為f，則轉(zhuǎn)數(shù)為n

10、=60f/z電容式轉(zhuǎn)速器結(jié)構(gòu)原理2022/10/432核工程檢測技術(shù)電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器 電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理如圖所示，在軸上開一鍵槽，靠近軸表面安裝電渦流傳感器，軸轉(zhuǎn)動時便能檢測出傳感器與軸表面的間隙變化，從而得到跟轉(zhuǎn)速成正比的脈沖頻率信導(dǎo)。電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理 這種傳感器對油污等介質(zhì)不敏感，能進(jìn)行非接觸檢測，可安裝在軸近旁長期監(jiān)視轉(zhuǎn)速。檢測范圍可達(dá)6000000rmin。2022/10/433核工程檢測技術(shù)電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器的電路方框圖在軸上開一鍵槽，寬度為d，間隙變化d引起傳感器線圈的電感改變L，振蕩器的電壓幅值和振蕩頻率同時改變。峰值包絡(luò)檢波器檢測出電壓幅值的改變量V，然

11、后通過跟隨器和整形電路輸出脈沖信號fn，fn接到頻率計(jì)即可指示出頻率值，接至轉(zhuǎn)速表即可指示轉(zhuǎn)速。 2022/10/434核工程檢測技術(shù)第三節(jié)振動測量傳感器振動傳感器的分類無源式(又稱參量式) 測振傳感器將振動而引起的電學(xué)參量(如電阻、電容、電感等)的變化轉(zhuǎn)換成電信號。由于它本身不能直接產(chǎn)生信號，因此它必須接入具有輔助電源的基本測量電路中。常見形式：電感式、電容式、電渦流式、變壓器式及變阻式等。 有源式(又稱發(fā)電式) 測振傳感器將被振動的參量直接變成電信號。常見形式：感應(yīng)式(又稱電動式或電磁式)，壓電式、熱電式、光電式等。 2022/10/435核工程檢測技術(shù)CD-l型振動速度傳感器1-圓形彈簧

12、；2-圓環(huán)形阻尼器；3-永久磁鐵；4-鋁架；5-心軸；6-工作線圈；7-殼體；9-引線磁電感應(yīng)式振動速度傳感器2022/10/436核工程檢測技術(shù)壓電式測振傳感器壓電效應(yīng)：某些晶體物質(zhì)，當(dāng)沿一定方向?qū)ζ涫┘永Α毫蚣袅Χ怪a(chǎn)生變形時，在它們的表面會產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力除去，變形消失后，它們又重新回到不帶電荷的狀態(tài)，這種現(xiàn)象叫壓電效應(yīng)。順壓電效應(yīng)：當(dāng)壓電晶體受力而產(chǎn)生變形時，在其表面上會出現(xiàn)電荷，這種壓電效應(yīng)叫順壓電效應(yīng)。逆壓電效應(yīng)：當(dāng)在壓電晶體上施加電場時，則晶體會產(chǎn)生變形，當(dāng)時加的電場是交變電場時，則晶體便產(chǎn)生振動，這種效應(yīng)叫逆壓電效應(yīng)。 因此，利用順壓電效應(yīng)可制成測振傳感器，利用逆壓電效應(yīng)可制成激振器。2022/10/437核工程檢測技術(shù)原理：利用壓電晶體的順壓電效應(yīng)將振動參量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?；通常用來測量振動物體的加速度。組成：慣性質(zhì)量塊，壓電晶體，底座和外殼等。加速度傳感器。結(jié)構(gòu)原理力學(xué)模型2022/10/438核工程檢測技術(shù)電渦流式振動位移傳感器 電渦流式傳感器是利用電渦流感應(yīng)原理而傳感信號的。眾所周知，當(dāng)金屬物體置于交變磁場中時，在金屬體內(nèi)會產(chǎn)生感應(yīng)電流，此電流在金屬體內(nèi)自成回路，故稱為渦電流(渦流)。渦電流一旦形成后，它亦會產(chǎn)生磁場，此磁場將阻止原來產(chǎn)生渦流的磁場的變化。202