機械工程測試技術第六章

第一節(jié)概述第三節(jié)位移測量的應用第二節(jié)常用的位移傳感器精品資料2第一節(jié)概述(ɡàishù)位移測量是線位移和角位移測量的統(tǒng)稱,測量時應根據(jù)具體的測量對象,來選擇(xuǎnzé)或設計測量系統(tǒng).由于在不同的場合下對位移測量的精度要求不同，形成了多種多樣的位移傳感器及其相應的測量電路或系統(tǒng)精品資料表6-1常用(chánɡyònɡ)線位移傳感器的性能與特點型式測量范圍精確度線性度特點變阻式滑線1~300mm±0.1%±0.1%分辨力較高，機械結構不牢固，大位移時在電刷上加杠桿機構變阻器1~1000mm±0.5%±0.5%結構牢固，壽命長，分辨力較差，電噪聲大電阻應變式不粘貼±0.15%應變±0.1%±1%不牢固粘貼±0.3%應變±(2~3)%±1%牢固，使用方便，需溫度補償和高絕緣電阻半導體±0.25%應變±(2~3)%滿刻度±2%輸出幅值大，溫度靈敏性高精品資料電感式差動變壓器0.1~5mm±(1~3)%±0.5%分辨力高，壽命長，后續(xù)電路較復雜螺管式0.2~100mn±(0.1~3)%±0.5%測量范圍寬，使用方便可靠，壽命長，動態(tài)性能較差渦流式±0.25~±250mm±(1~3)%<3%結構簡單，耐油污、水，被測對象材料，靈敏度不同，線性范圍須重校電容式變面積(10-3~10)mm±0.005%±1%線性范圍大，精確度高，受介質常數(shù)影響大（溫度，濕度）變間隙(10-8~100)mm0.1%±1%分辨力高，非線性較大精品資料霍爾元件±1.5mm0.5%

結構簡單，動態(tài)特性好，對溫度敏感感應同步器10-3~10000mm2.5μm/250mm

模、數(shù)混合測量系統(tǒng)，數(shù)顯長光柵10-3~1000mm3μm/1m

同上，分辨力高(0.1~1μm)長磁柵10-3~10000mm5μm/1m

制造簡單，使用方便，分辨力1~5μm精品資料部分測量(cèliáng)角位移的傳感器的性能及特點。型式測量范圍精確度線性度特點滑線變阻式0°~360°±0.1%±0.1%結構簡單，測量范圍廣，存在接觸摩擦，動態(tài)響應差變阻器0~60轉±0.5%±0.5%耐磨性好，阻值范圍寬，接觸電阻和噪聲大，附加力矩較大差動變壓器式0°~±120°(0.2~2.0)%±0.25%分辨力高，耐用，可測位移頻率只是激勵頻率的1/10，后續(xù)電路復雜應變計式±180°1%

性能穩(wěn)定可靠，利用應變片和彈性體結合測量角位移自整角機360°±0.1°~±7°±0.5%對環(huán)境要求低，有標準系列，使用方便，抗干擾能力強，性能穩(wěn)，可在1200r/min下工作，精度低，線性范圍小旋轉變壓器360°2′~5′小角度時0.1%精品資料微動同步器±5°~±40°(0.4~1)%±0.05%分辨力高，無接觸，測量范圍小，電路較復雜電容式70°25″

分辨力高，靈敏度高，耐惡劣環(huán)境，需屏蔽圓感應同步器0°~360°±0.5″

分辨力高，可數(shù)顯圓光柵0°~360°±0.5″

分辨力高，可數(shù)顯圓磁柵0°~360°±1″

磁信號可重錄角度編碼器接觸式0°~360°10-6/r

分辨力高，可靠性高光電式0°~360°10-8/r

精品資料8第二節(jié)常用(chánɡyònɡ)的位移傳感器一、滑線電阻(diànzǔ)式位移傳感器滑線電阻式位移傳感器和測量系統(tǒng)如圖6-1所示。

a直線位移型b角位移型c測量電路1滑線電阻2滑動觸頭圖6-1精品資料9第二節(jié)常用(chánɡyònɡ)的位移傳感器一、滑線電阻(diànzǔ)式位移傳感器滑線電阻的結構形式有纏繞式和單絲式?；€電阻式位移傳感器具有結構簡單、使用方便、輸出大、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，但由于觸頭運動時有機械摩擦，其使用壽命受限、分辨率較低、輸出信號噪聲大、不宜用于頻率較高時的動態(tài)測量上圖c為橋式測量電路，供橋電源為具有一定精度的直流穩(wěn)壓電源，電橋的輸出直接用光線示波器顯示。精品資料10二、應變(yìngbiàn)片式位移傳感器第二節(jié)常用(chánɡyònɡ)的位移傳感器應變片式位移傳感器的測量原理：利用一彈性元件把位移量轉換成應變量，而后用應變片、應變儀等測量記錄。應變片式位移傳感器如圖6-2所示。

a懸臂梁及貼片b應變片接橋圖6-2精品資料11第二節(jié)常用(chánɡyònɡ)的位移傳感器二、應變(yìngbiàn)片式位移傳感器對于等斷面梁，貼片處的應變與位移間的關系為或式中l(wèi)、h為梁的長度、厚度

X為從自由端到貼片處距離這種測量方法一般只用于小位移<250m的情況下。精品資料12第二節(jié)常用(chánɡyònɡ)的位移傳感器二、應變(yìngbiàn)片式位移傳感器圓環(huán)和半圓環(huán)式彈性元件及其貼片和接橋如圖示。精品資料13第二節(jié)常用(chánɡyònɡ)的位移傳感器圓環(huán)或半圓環(huán)彈性元件，當它在被測位移(wèiyí)δ的作用時，會產(chǎn)生彎曲應力和應變，其應變值與位移(wèiyí)成正比。由于這種方法直接測量的位移量較小，為了擴大其量程，可通過一些裝置將小位移進行變換。下面所示就是用一斜面將小位移變換成大位移的裝置二、應變片式位移傳感器精品資料14第二節(jié)常用(chánɡyònɡ)的位移傳感器圖6-4是用一斜面將小位移(wèiyí)變換成大位移(wèiyí)的裝置。二、應變片式位移傳感器圖6-4精品資料15第二節(jié)常用(chánɡyònɡ)的位移傳感器三、差動變壓器式位移(wèiyí)傳感器圖6-5示出了差動變壓器的結構和接線情況。1一次側線圈2、3二次側線圈4鐵心圖6-5精品資料16第二節(jié)常用(chánɡyònɡ)的位移傳感器差動變壓器的差動整流(zhěngliú)電路如圖所示。三、差動變壓器式位移傳感器精品資料17第二節(jié)常用(chánɡyònɡ)的位移傳感器三、差動變壓器式位移(wèiyí)傳感器差動整流電路與相後檢測電路的功能基本相同，雖然檢波效率低，但其測量線路簡單，故用得也很多，差動變壓器的最后輸出一般可用示波器直接顯示。由于示波器振子的內(nèi)阻都很小，當差動變壓器的測量電路是電壓輸出時，振子回路應接入電阻，以保證線性差動變壓器式位移測量系統(tǒng)具有精度較高、性能穩(wěn)定、線性范圍大、輸出大、使用方便等優(yōu)點。由于可動鐵心具有一定的質量，系統(tǒng)的動態(tài)特性較差。精品資料18第二節(jié)常用(chánɡyònɡ)的位移傳感器四、光電脈沖(màichōng)式位移傳感器光電脈沖式位移傳感器：實際上是一個位移—數(shù)字編碼器，工作時可將機械位移轉換成數(shù)量的電脈沖信號輸出。光電脈沖式位移傳感器的組成及其工作原理如圖6-7所示。1圓盤2被測軸3光源4光敏二極管5平板圖6-7精品資料19第二節(jié)常用(chánɡyònɡ)的位移傳感器圖a是測量角位移的透射光電脈沖轉換器。圓盤1與測軸2一起轉動時，照射到光敏二極管4上的光線就會時有時無，通過光敏二極管的光電效應以及測量電路的變換就輸出(shūchū)電脈沖；電脈沖的數(shù)目與光線的通斷交數(shù)成正比，根據(jù)脈沖數(shù)目就可測出被測軸的轉角。圖b是測量線位移的反射式光電脈沖轉換器。工作原理與透射式的基本相同，不同點在于照射光敏二極管的光是靠反射光。四、光電脈沖式位移傳感器精品資料20第二節(jié)常用(chánɡyònɡ)的位移傳感器光電脈沖(màichōng)式位移傳感器的后續(xù)測量電路和顯示記錄裝置如圖6-8的框圖所示。四、光電脈沖式位移傳感器圖6-8精品資料21第二節(jié)常用(chánɡyònɡ)的位移傳感器用上述方法，無法判斷(pànduàn)位移的正負方向，在需要判斷(pànduàn)方向的場合，需要多加一個光電管和一套測量電路。兩光敏二極管的裝設位置如圖6-9所示。四、光電脈沖式位移傳感器圖6-9精品資料22第二節(jié)常用(chánɡyònɡ)的位移傳感器判斷位移方向(fāngxiàng)的電路框圖如圖6-10所示。四、光電脈沖式位移傳感器當用示波器記錄時，可用兩個或三個振子分別記錄方向信號和脈沖信號，處理數(shù)據(jù)時進行加減處理，才得真實位移。用計數(shù)器計數(shù)時，要用可逆計算器、方向信號（＋）、（－）控制計數(shù)器的“加”、“減”法運算、脈沖信號作計數(shù)器的計數(shù)脈動，計算所記錄的脈沖數(shù)就與實際位移成正比。圖6-10精品資料23

第三節(jié)位移(wèiyí)測量的應用一、回轉軸徑向運動誤差(wùchā)的測量回轉軸運動誤差是指在回轉過程中回轉軸線偏離理想位置而出現(xiàn)的附加運動。運動誤差是回轉軸上任何發(fā)生與軸線平行的移動和在垂直于軸線的平面內(nèi)的移動。前一種移動稱為該點的端面運動誤差，后一種移動稱為該點的徑向運動誤差。端面運動誤差因測量點所在半徑位置不同而異，徑向運動誤差則因測量點所在的軸向位置不同而異。所以在討論運動誤差時，應指明測量點的位置。精品資料24第三節(jié)位移(wèiyí)測量的應用一、回轉軸徑向運動(yùndòng)誤差的測量測量一根通用的回轉軸的徑向運動誤差時，可將參考坐標選在軸承支承孔上。這時運動誤差所表示的是回轉過程中回轉軸線對于支承孔的相對位移，它主要反映軸承的回轉質量。任意徑向截面上的徑向誤差運動可采用置于x、y方向的兩只位移傳感器來分別檢測徑向運動誤差在x、y方向的分量。在任何時刻兩分量的矢量和就是該時刻徑向運動誤差矢量。這種測量方式稱為雙向測量法。由于種種原因，有時不必測量總的徑向運動誤差，而只需測量它在某個方向的分量，則可將一只傳感器置于該方向來檢測。這種方式稱為單向測量法。精品資料25第三節(jié)位移測量(cèliáng)的應用一、回轉軸徑向(jìnɡxiànɡ)運動誤差的測量雙向測量法，如圖6-11所示Tx,Ty位移傳感器M1M2測量儀圖6-11精品資料26單向(dānxiànɡ)測量法，如圖6-12所示。一、回轉軸(zhuànzhóu)徑向運動誤差的測量第三節(jié)位移測量的應用T位移傳感器M測量儀圖6-12精品資料27傳感器見到的位移信號(xìnhào)是很復雜的，如圖6-13所示。一、回轉軸徑向運動誤差(wùchā)的測量第三節(jié)位移測量的應用圖6-13精品資料—位移(wèiyí)傳感器；—位移(wèiyí)測量儀；—基圓發(fā)生器圖雙向測量法精品資料29第三節(jié)位移測量(cèliáng)的應用二、物位測量(cèliáng)在生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到大量的固體和液體物料，存放在容器中或堆在場地上，并占有一定的高度，此高度還可能是隨時間而變化的。對此高度的測量稱為物位測量。

液位檢測總體上可分為直接檢測和間接檢測兩種方法，由于測量狀況及條件復雜多樣，因而往往采用間接測量，即將液位信號轉化為其它相關信號進行測量，如壓力法、浮力法、電學法、熱學法等。精品資料直接(zhíjiē)測量法 直接測量是一種最為簡單、直觀的測量方法，它是利用連通器的原理，將容器中的液體引入帶有標尺的觀察(guānchá)管中，通過標尺讀出液位高度。下圖所示的是玻璃管液位計。精品資料壓力(yālì)法壓力法依據(jù)液體重量所產(chǎn)生的壓力進行測量。由于液體對容器底面產(chǎn)生的靜壓力與液位高度成正比，因此通過測容器中液體的壓力即可測算出液位高度。 對常壓開口(kāikǒu)容器，液位高度H與液體靜壓力P之間有如下關系：

精品資料下面圖為用于測量開口容器液位高度(gāodù)的二種壓力式液位計。(a)壓力表式液位計(b)法蘭式液位變送器精品資料浮力(fúlì)法 浮力法測液位是依據(jù)力平衡原理，通常借助浮子一類(yīlèi)的懸浮物，浮子做成空心剛體，使它在平衡時能夠浮于液面。當液位高度發(fā)生變化時，浮子就會跟隨液面上下移動。因此測出浮子的位移就可知液位變化量。浮子式液位計按浮子形狀不同，可分為浮子式、浮筒式等等；按機構不同可分為鋼帶式、杠桿式等。精品資料鋼帶浮子(fúzi)式液位計 右圖為直讀式鋼帶浮子式液位計，這是一種最簡單的液位計，一般只能(zhīnénɡ)就地顯示。精品資料35二、物