模塊小位移檢測(cè)上

機(jī)、電類(lèi)

《傳感器與檢測(cè)技術(shù)項(xiàng)目教程》

模塊九、小位移檢測(cè)課件

統(tǒng)一書(shū)號(hào)：ISBN978-7-111-48817-0

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或

2015年2月第1版（作者：梁森、黃杭美、王明霄、王侃夫）12/29/20231模塊九、小位移檢測(cè)內(nèi)容簡(jiǎn)介簡(jiǎn)要介紹“位移檢測(cè)的基本概念”、“電感式小位移傳感器”、“渦流式小位移傳感器”、“接近開(kāi)關(guān)”等知識(shí)，對(duì)軸承滾柱直徑的檢測(cè)及分選也作了介紹?，F(xiàn)在時(shí)間是：23:1812/29/20232模塊九、小位移檢測(cè)（上）目錄進(jìn)入進(jìn)入進(jìn)入進(jìn)入知識(shí)鏈接位移檢測(cè)的基本概念項(xiàng)目一、電感式小位移傳感器項(xiàng)目二、渦流式小位移傳感器項(xiàng)目三、接近開(kāi)關(guān)拓展閱讀軸承滾柱直徑的檢測(cè)及分選現(xiàn)在時(shí)間是：23:1812/29/20233知識(shí)鏈接小位移檢測(cè)的基本概念位移是表示物體位置變化的物理量。可分為：直線(xiàn)位移檢測(cè)和角位移檢測(cè)。直線(xiàn)位移是指質(zhì)點(diǎn)由初位置到末位置的有向線(xiàn)段。大小與路徑無(wú)關(guān)，方向由起點(diǎn)指向終點(diǎn)（屬于矢量）。直線(xiàn)位移的單位為米（m），此外還有毫米（mm）、千米（km）等。角位移是描述物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)位置變化的物理量。通常是指：任意一線(xiàn)段（或平面）由原始位置到新位置轉(zhuǎn)過(guò)的角度。單位為弧度（rad），此外還有度（o）、分（′）、秒（″）等。1rad=360o/(2π)。12/29/20234位移的分類(lèi)位移傳感器按輸出信號(hào)的類(lèi)型可分為模擬式位移傳感器和數(shù)字式位移傳感器兩類(lèi)。小位移檢測(cè)的范圍大都小于200mm?？捎茫弘姼惺?、渦流式、霍爾式、激光式、光纖式以及納米式等傳感器來(lái)檢測(cè)。大多數(shù)小位移傳感器屬于模擬式位移傳感器。工件尺寸的變化可以轉(zhuǎn)換為機(jī)械位移的變化。例如，工件的長(zhǎng)度、厚度、高度、距離、物位、角度、表面粗糙度等。大位移檢測(cè)范圍可達(dá)100m，具體方法見(jiàn)模塊十。大多數(shù)大位移傳感器屬于數(shù)字式位移傳感器。12/29/20235表9-1常用小位移傳感器的分類(lèi)及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)型式測(cè)量原理量程/mm分辨力/μm特點(diǎn)電位器式歐姆定律0.1~200100結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出信號(hào)較大；分辨力不高，接觸“噪聲”大，易磨損，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差差動(dòng)電感式自感、互感10-3~200.1分辨力高；有零點(diǎn)殘余電壓，動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢渦流式渦流效應(yīng)1~105結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，非接觸式測(cè)量；線(xiàn)性差，靈敏度易受被測(cè)對(duì)象材質(zhì)的影響電容變氣隙式靜電電容效應(yīng)10-3~11非接觸式測(cè)量，分辨力高；線(xiàn)性差霍爾式霍爾效應(yīng)0.01~2050非接觸式測(cè)量，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出信號(hào)大；溫漂大，需要磁路系統(tǒng)納米式量子隧道效應(yīng)10-6~10-310-4能檢測(cè)極微小位移；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重復(fù)性較低；主要用于科學(xué)研究12/29/20236電感傳感器的基本工作原理演示F220V準(zhǔn)備工作12/29/20239電感傳感器的基本工作原理演示電感線(xiàn)圈的氣隙減小，電感變大，流過(guò)線(xiàn)圈的電流變小。F12/29/202310自感式電感傳感器常見(jiàn)的形式

圖9-2電感式位移傳感器的結(jié)構(gòu)a）變氣隙式

b）變面積式

c）螺線(xiàn)管式1－線(xiàn)圈2－鐵心3－銜鐵

4－測(cè)桿5－導(dǎo)軌6－工件7－轉(zhuǎn)軸12/29/20231112/29/2023121.變氣隙電感式傳感器

當(dāng)鐵心的氣隙較大時(shí)，磁路的磁阻Rm也較大，線(xiàn)圈的電感L及感抗XL較小，所以電流I較大。當(dāng)鐵心閉合時(shí)，氣隙δ變小，磁阻變小，

電感L變大，電流I減小。

12/29/202313減小鐵心與銜鐵之間的有效投影面積，在較小的范圍內(nèi)，電感成比例減小。變氣隙電感式傳感器的特性近似雙曲線(xiàn)變面積式電感傳感器的理論特性為線(xiàn)性AA1－繞組2－鐵心3－銜鐵12/29/2023142.變面積電感式傳感器也稱(chēng)“變截面式”電感傳感器。必須保持氣隙δ固定不變，電感L是銜鐵與固定鐵心之間的有效投影截面積A的函數(shù)。銜鐵上下移動(dòng)，導(dǎo)致銜鐵與鐵心的有效投影面積變大，電感也變大。A有效投影面積12/29/202315電感傳感器的輸出特性圖9-3電感式位移傳感器的特性曲線(xiàn)a）L-δ特性曲線(xiàn)b）L-A特性曲線(xiàn)1－實(shí)際輸出特性2－理想輸出特性12/29/2023163.螺線(xiàn)管式電感傳感器螺線(xiàn)管是具有多重卷繞的導(dǎo)線(xiàn)，卷繞內(nèi)部可以是空心的，或者有一個(gè)磁芯。當(dāng)有電流通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，螺線(xiàn)管中間部位會(huì)產(chǎn)生比較均勻的磁場(chǎng)。作為傳感器，螺線(xiàn)管電感傳感器的主要元器件是一只螺線(xiàn)管和一根可移動(dòng)的圓柱形銜鐵。銜鐵插入繞組后，將引起螺線(xiàn)管內(nèi)部的磁阻的減小，電感隨插入的深度而增大。L空心螺線(xiàn)管x12/29/202317螺線(xiàn)管式電感傳感器的線(xiàn)性區(qū)對(duì)于長(zhǎng)螺線(xiàn)管（l>>r），當(dāng)銜鐵工作在螺線(xiàn)管接近中部位置時(shí)，可以認(rèn)為繞組內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度是均勻的，此時(shí)繞組的電感量L與銜鐵插入深度大致成正比。螺線(xiàn)管越長(zhǎng)，線(xiàn)性區(qū)就越大。螺線(xiàn)管式電感傳感器的線(xiàn)性區(qū)約為螺線(xiàn)管長(zhǎng)度的1/10。測(cè)桿應(yīng)選用非導(dǎo)磁材料，電導(dǎo)率也應(yīng)盡量小，以減小鐵磁損耗和渦流損耗。例：采用螺線(xiàn)管電感傳感器測(cè)量直徑為100mm的工件是否合格，被測(cè)工件的最大允許誤差為±1.5mm，求：應(yīng)選長(zhǎng)度大于多少毫米的螺線(xiàn)管？解

ΔD=2×1.5mm=3mm，則螺線(xiàn)管長(zhǎng)度為：l>3mm×10倍=30mm（不包括外殼）。12/29/202318電感傳感器的靈敏度1－繞組

3－可動(dòng)銜鐵

4－測(cè)桿6－被測(cè)工件采取以下措施可以提高電感靈敏度：①在繞組不致過(guò)熱的情況下，可適當(dāng)提高勵(lì)磁電壓，但以不超過(guò)10V為宜；②激勵(lì)源電源頻率以(1～10)kHz為好。如果頻率太低，感抗較小，激勵(lì)電流較大；頻率太高，銜鐵的磁滯損耗加大，分布電容也將引起繞組的Q值下降；③選用導(dǎo)磁性能好、鐵損小、渦流損耗小的導(dǎo)磁材料作為銜鐵的材料，例如鐵氧體、非晶鐵磁材料等。12/29/202319當(dāng)銜鐵偏離中間位置時(shí)，兩個(gè)繞組的電感一個(gè)增加,一個(gè)減小,形成差動(dòng)形式。4.差動(dòng)電感傳感器a)變隙式差動(dòng)傳感器b)螺線(xiàn)管差動(dòng)傳感器1－上差動(dòng)繞組

2－鐵心

3－銜鐵

4－下差動(dòng)繞組

5－測(cè)桿6－工件7－基座圖9-4差動(dòng)電感式位移傳感器12/29/202320由于兩個(gè)繞組的結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱(chēng)，電磁吸力以及溫漂大部分相互抵消。差動(dòng)電感傳感器動(dòng)作演示差動(dòng)螺線(xiàn)管式差動(dòng)變隙式12/29/202321差動(dòng)式電感傳感器對(duì)外界影響，如溫度的變化、電源頻率的變化等基本上可以互相抵消，銜鐵承受的電磁吸力也較小，從而減小了測(cè)量誤差。差動(dòng)式電感傳感器的特點(diǎn)線(xiàn)性度改善，靈敏度是非差動(dòng)的2倍。12/29/202322差動(dòng)電感傳感器的特性

圖9-5差動(dòng)線(xiàn)圈與單線(xiàn)圈變氣隙電感式位移傳感器的特性比較1－上繞組特性2－下繞組特性3－L1、L2差接后的特性從輸出/輸入特性曲線(xiàn)圖可以看出，與非差動(dòng)電感傳感器相比較，差動(dòng)式電感傳感器的特性曲線(xiàn)的斜率變大，靈敏度提高；輸出曲線(xiàn)變直，線(xiàn)性度改善。12/29/2023235.電感傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路圖9-6差動(dòng)電感式傳感器的交流電橋電路1－銜鐵的位移曲線(xiàn)2－激勵(lì)源波形12/29/2023245.電感傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路圖9-6（續(xù)）3－交流電橋的輸出波形4－普通檢波后的直流平均值5－相敏檢波后的直流平均值t0－銜鐵上下位移到達(dá)差動(dòng)螺線(xiàn)管繞組中間位置的時(shí)刻e0－零點(diǎn)殘余電壓的瞬時(shí)值E0－零點(diǎn)殘余電壓的平均值12/29/202325采用相敏檢波電路的必要性檢波：將交變信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流平均值。檢波電路的作用是將電感的變化轉(zhuǎn)換成直流電壓或電流，以便用儀表指示出來(lái)。但若僅采用電橋電路配以普通的檢波電路，則只能判別位移的大小，卻無(wú)法判別輸出電壓的相位和位移的方向。如果在輸出電壓送到指示儀前，經(jīng)過(guò)一個(gè)能判別相位的檢波電路，則不但可以反映幅值（位移的大?。€可以反映輸出電壓的相位（位移的方向）。這種檢波電路稱(chēng)為相敏檢波電路。12/29/202326普通的整流電路及波形只能得到單一方向的直流電，不能反映被整流信號(hào)的相位。全波整流后,正負(fù)半周均變?yōu)檎妷簷z波用于信號(hào)轉(zhuǎn)換；整流用于功率轉(zhuǎn)換。12/29/202327一種典型的相敏檢波電路（有集成模塊）參考電壓UR起相敏開(kāi)關(guān)電路作用，并能克服檢波二極管死區(qū)電壓對(duì)小信號(hào)檢波的影響。12/29/202328相敏檢波電路的輸出波形比較第1根信號(hào)波形為傳感器輸出電壓us的波形，由被測(cè)物的低頻振動(dòng)所調(diào)制；第2根為參考電壓UR的波形，（大于被測(cè)信號(hào)10倍以上）；第3根為相敏檢波后的低頻振動(dòng)波形（解調(diào)信號(hào))。12/29/202329相敏檢波輸出特性與非相敏檢波比較圖9-7不同檢波方式的輸出特性曲線(xiàn)a）普通檢波

b）相敏檢波1－理想特性曲線(xiàn)2－實(shí)際特性曲線(xiàn)E0－零點(diǎn)殘余電壓

Δx0－位移的不靈敏區(qū)具有中央零位的指示儀表12/29/202330實(shí)測(cè)得到的

相敏檢波電路的特性曲線(xiàn)

通過(guò)調(diào)零電路，可使輸出曲線(xiàn)平移到原點(diǎn)的上下。銜鐵位移時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及曲線(xiàn)麻點(diǎn)是微小的干擾（也稱(chēng)為噪聲）“之”字形曲線(xiàn)是正向與反向的“遲滯特性”12/29/202331二、差動(dòng)變壓器式位移傳感器

復(fù)習(xí)電工知識(shí)：全波整流電路中用到的“單相變壓器”有一個(gè)一次繞組，有兩個(gè)二次繞組。當(dāng)一次線(xiàn)圈加上交流激磁電壓Ui后，將在兩個(gè)二次線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2a、E2b。在全波整流電路中，兩個(gè)二次繞組正向串聯(lián)。12/29/202332普通的全波整流變壓器接線(xiàn)兩個(gè)二次側(cè)繞組同向串聯(lián)（第一個(gè)繞組的尾端與第二個(gè)繞組的首端相連），串聯(lián)后的輸出電壓等于兩個(gè)繞組電壓之和。12/29/202333普通整流用的變壓器的兩個(gè)二次繞組N21、N22的有關(guān)端點(diǎn)按全波整流電路的連接（頭尾連接）Uo10V10V=20V接地12/29/202334差動(dòng)變壓器式傳感器的工作原理

差動(dòng)變壓器是把被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換為一次線(xiàn)圈與二次繞組間的互感量M的變化的裝置。由于兩個(gè)二次線(xiàn)圈采用差動(dòng)接法，故稱(chēng)為差動(dòng)變壓器。

目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式是螺線(xiàn)管式差動(dòng)變壓器。

12/29/202335差動(dòng)變壓器式傳感器的結(jié)構(gòu)

在差動(dòng)變壓器的線(xiàn)框上繞有一個(gè)輸入繞組（稱(chēng)一次繞組）；在同一線(xiàn)框的上端和下端再繞制兩個(gè)完全對(duì)稱(chēng)的繞組（稱(chēng)二次線(xiàn)圈），它們反向串聯(lián)（輸出電壓相互抵消），組成差動(dòng)輸出形式。圖中標(biāo)有黑點(diǎn)的一端稱(chēng)為同名端，通俗的說(shuō)法是指繞組的“頭”。12/29/202336差動(dòng)變壓器式傳感器的等效電路及接線(xiàn)

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩個(gè)二次繞組反向串聯(lián)，組成差動(dòng)輸出形式。

請(qǐng)將二次繞組N21、N22的有關(guān)端點(diǎn)正確地連接起來(lái)，并指出哪兩個(gè)為輸出端點(diǎn)。差動(dòng)接法的輸出電壓為uo=u21-u2212/29/202337差動(dòng)變壓器的輸出波形.12/29/202338差動(dòng)變壓器的輸出特性1－理想輸出特性2－非相敏檢波實(shí)際輸出特性

3－相敏檢波實(shí)際輸出特性Δx0－位移的不靈敏區(qū)圖9-10差動(dòng)變壓器的三種狀態(tài)(放大圖見(jiàn)后頁(yè))12/29/202339差動(dòng)變壓器式傳感器的工作原理分析

1）當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，M1=M2=M0，所以u(píng)o=0。2）當(dāng)銜鐵偏離中間位置向左移動(dòng)時(shí)，N1與N21之間的互感量M1減小，所以u(píng)21減??；與此同時(shí)，N1與N22之間的互感量M2增大，u22增大，uo不再為零，輸出電壓與激勵(lì)源反相。3）當(dāng)銜鐵偏離中間位置向右移動(dòng)時(shí)，輸出電壓與激勵(lì)源同相。與差動(dòng)電感相似的原理，必須用相敏檢波電路才能判斷銜鐵位移的方向。放大圖12/29/2023402．主要性能差動(dòng)變壓器的靈敏度一般可達(dá)10mV/(mm?V)，行程越小，靈敏度越高。為了提高靈敏度，勵(lì)磁電壓不超過(guò)10V為宜。電源頻率以1~10kHz為好。差動(dòng)變壓器線(xiàn)性范圍約為線(xiàn)圈骨架長(zhǎng)度的1/10左右。例：欲測(cè)量Φ120mm2mm軸的直徑誤差，應(yīng)選擇線(xiàn)圈骨架長(zhǎng)度為多少的差動(dòng)變壓器（或電感傳感器）為宜？（注：Δx=4mm）解如果差動(dòng)變壓器的銜鐵已經(jīng)正確調(diào)零，處于傳感器線(xiàn)圈的中央位置，則輸出電壓與軸的長(zhǎng)度（Φ120mm）無(wú)關(guān)。僅與2mm軸的直徑誤差有關(guān)。傳感器的銜鐵的位移量大約為Δx=4mm，可以選擇線(xiàn)圈長(zhǎng)度為最大位移量的10倍的400mm的傳感器。12/29/2023413.差動(dòng)變壓器的差動(dòng)整流測(cè)量電路差動(dòng)變壓器的二次電壓u21、u22分別經(jīng)VD1～VD4、VD5～VD8組成的兩個(gè)普通橋式電路整流，變成直流電壓Ua0和Ub0。由于Uao與Ubo是反向串聯(lián)的，所以UC3=Uab=Ua0-Ub0。該電路是以?xún)蓚€(gè)橋路整流后的直流電壓之差作為輸出,不涉及相位。RP是調(diào)零電位器。圖9-12差動(dòng)整流電路12/29/202342圖9-12差動(dòng)整流電路（續(xù)）12/29/202343工件直徑D增大，銜鐵上移時(shí)的輸出波形在第一象限

Ｃ3、Ｃ4和Ｒ3、Ｒ4組成低通濾波電路，其時(shí)間常數(shù)τ≥10T

（T為激勵(lì)源的周期）Ua0＞Ub0

,所以Uab＞0輸出直流電壓為正值12/29/202344工件直徑D減小時(shí)，

銜鐵下移時(shí)的輸出波形在第四象限,可以從輸出電壓的正負(fù)值來(lái)判斷銜鐵位移的方向。當(dāng)差動(dòng)變壓器采用差動(dòng)整流測(cè)量電路時(shí),應(yīng)恰當(dāng)設(shè)置二次繞組的電壓,使在銜鐵最大位移時(shí),仍然能大于二極管的死區(qū)電壓（0.5V）的10倍,才能克服二極管的正向非線(xiàn)性的影響,減小測(cè)量誤差。Ua0＜Ub0,所以Uab＜

0輸出直流電壓為負(fù)值12/29/202345差動(dòng)整流的特點(diǎn)電路是以?xún)蓚€(gè)橋路整流后的直流電壓之差作為輸出的，所以稱(chēng)為差動(dòng)整流電路。它不但可以反映位移的大?。妷旱姆担€可以反映位移的方向。圖9-12中的RP是用來(lái)微調(diào)電路平衡的，VD1~VD4、VD5~VD8組成普通橋式整流電路，Ｃ3、Ｃ4、Ｒ3、Ｒ4組成低通濾波電路，Ａ1及Ｒ21、Ｒ22、Ｒf、Ｒ23組成差動(dòng)減法放大器，用于克服a、b兩點(diǎn)的對(duì)地共模電壓。

12/29/202346線(xiàn)性差動(dòng)變壓器（LVDT）隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，目前已能將差動(dòng)整流電路中的激勵(lì)源、相敏或差動(dòng)整流電路、信號(hào)放大電路、溫度補(bǔ)償電路等做成厚膜電路，裝入差動(dòng)變壓器的外殼（靠近電纜引出部位）內(nèi)。輸出信號(hào)可設(shè)計(jì)成符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的1～5V或4～20mA，這種型式的差動(dòng)變壓器稱(chēng)為線(xiàn)性差動(dòng)變壓器。12/29/202347任務(wù)二電感式位移傳感器測(cè)量小位移一、電感式測(cè)微器軸向式電感測(cè)微器的外形

高可靠性航空插頭耐磨紅寶石測(cè)頭12/29/202348其他電感測(cè)微器a）測(cè)微器結(jié)構(gòu)（見(jiàn)后頁(yè)）b)模擬指針式測(cè)微儀外形

c）數(shù)字式測(cè)微儀外形

d）測(cè)微器在工件直徑測(cè)量中的使用1－引線(xiàn)電纜2－固定磁筒3－銜鐵4－線(xiàn)圈5－恢復(fù)彈簧

6－防轉(zhuǎn)銷(xiāo)7－鋼球?qū)к墸ㄖ本€(xiàn)軸承）8－測(cè)桿9－密封套10－測(cè)端11－被測(cè)工件12－基準(zhǔn)面12/29/202349電感測(cè)微器放大圖12/29/202350表9-2DX1數(shù)顯電感式測(cè)微儀的

主要技術(shù)指標(biāo)模擬式檔位第一檔第二檔第三檔第四檔第五檔測(cè)量范圍/μm±3±10±30±100±300分辨力/μm0.10.51510示值誤差/μm≤±0.06≤±0.25≤±0.5≤±2.5≤±5長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性/μm·(4h)-1≤0.1（±3μm檔，預(yù)熱15min）溫度特性≤1個(gè)字每10℃輸出電壓/V滿(mǎn)量程DC±5電源/VAC220±10％，50Hz12/29/202351模擬式及

數(shù)字式

電感測(cè)微儀

比較12/29/202352軸向式電感測(cè)微器特性量程±3μm時(shí)的絕對(duì)誤差：0.1μm長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性：≤0.1μm/4h（預(yù)熱15min后，±3μm檔。）溫度特性：≤1分度值/10℃電源電壓：17V～25V的范圍內(nèi)變化時(shí)，對(duì)示值的影響≤1/7滿(mǎn)度值。12/29/202353差動(dòng)變壓器式厚度測(cè)量原理12/29/202354差動(dòng)變壓器式布匹張力控制當(dāng)卷取輥轉(zhuǎn)動(dòng)太快時(shí)，布料的張力將增大，導(dǎo)致張力輥向上位移，使差動(dòng)變壓器的銜鐵不再處于中間位置。N21與N1之間的互感量M1減小，N22與N1的互感量M2增大，因此U21減小，U22增大，經(jīng)差動(dòng)整流之后，Uo2為負(fù)值，去控制伺服電動(dòng)機(jī)，使它的轉(zhuǎn)速變慢，從而使張力恒定。12/29/202355差動(dòng)變壓器式布匹張力控制（放大圖）12/29/202356二、電感式不圓度計(jì)采用旁向式電感測(cè)微頭12/29/202357電感式不圓度測(cè)試系統(tǒng)旁向式電感測(cè)微頭12/29/202358電感式不圓度測(cè)量系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)盤(pán)測(cè)量頭圖9-14

12/29/202359不圓度測(cè)量顯示和打印圖12/29/202360三、電感傳感器式工件截面輪廓儀旁向式電感測(cè)微頭12/29/202361工件或管型產(chǎn)品的管壁厚度的測(cè)量12/29/202362皮帶厚度的測(cè)量（雙傳感器疊加法）上下傳感器的位移量相加，可以克服皮帶的自然下垂以及松緊程度引起的誤差。12/29/202363圖9-15電感式工件表面輪廓測(cè)量?jī)x原理圖12/29/202364圖9-15電感式工件表面輪廓測(cè)量波形圖12/29/202365納米掃描隧道電極一根鎢絲探針慢慢地通過(guò)被分析的材料。針尖極為尖銳（僅由一個(gè)原子組成）。一個(gè)定量的電荷被逐次放置在探針上。電流從探針流出，通過(guò)材料的表面，到達(dá)底層。由于材料的輪廓高度不同，流過(guò)探針的電流量也有所不同，便極其細(xì)致地探出材料表面的輪廓。12/29/202366項(xiàng)目二渦流式小位移傳感器【項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)】?知識(shí)目標(biāo)了解位移傳感器的標(biāo)定方法。?技能目標(biāo)掌握渦流式小位移傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的原理?；啬夸洭F(xiàn)在時(shí)間是：23:1812/29/202367任務(wù)一渦流式位移傳感器測(cè)量小位移一、軸向位移的監(jiān)測(cè)圖9-16汽輪機(jī)主軸軸向位移的監(jiān)測(cè)1－旋轉(zhuǎn)設(shè)備（汽輪機(jī)）2－主軸3－剛性聯(lián)軸器

4－渦流式位移傳感器探頭5－夾緊螺母6－渦流式傳感器支架7－發(fā)電機(jī)8－基座12/29/202368汽輪機(jī)主軸軸向位移的監(jiān)測(cè)原理在汽輪機(jī)停機(jī)時(shí)，將渦流式位移傳感器探頭安裝在基座上，探頭的端面被調(diào)整到距離聯(lián)軸器端面2mm的位置，再調(diào)節(jié)二次儀表使示值為零，并設(shè)置二次儀表的報(bào)警值。當(dāng)汽輪機(jī)啟動(dòng)后，由于軸向推力導(dǎo)致聯(lián)軸器端面與傳感器端面的距離減小，二次儀表的輸出電壓從零開(kāi)始增大。若位移量達(dá)到危險(xiǎn)值（例如：0.9mm）時(shí)，二次儀表發(fā)出報(bào)警信號(hào)；當(dāng)位移量達(dá)到1.2mm時(shí)，發(fā)出停機(jī)信號(hào)，以避免葉片摩擦、碰撞事故的發(fā)生。12/29/202369二、轉(zhuǎn)速測(cè)量做圓周運(yùn)動(dòng)的物體單位時(shí)間內(nèi)繞圓心轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)稱(chēng)為轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速的單位是轉(zhuǎn)每秒（r/s），或轉(zhuǎn)每分（r/min）。12/29/202370渦流式轉(zhuǎn)速測(cè)量方法若旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)軸上有z個(gè)槽（或齒），微處理器計(jì)算得到的輸入脈沖頻率為f（單位為Hz），則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n（單位為r/min）為：n=60f/z

（9-3）a）帶有凹槽的轉(zhuǎn)軸及輸出波形

b）帶有凸起的轉(zhuǎn)軸及輸出波形圖9-171－傳感器2－被測(cè)物12/29/202371例9-1用圖9-17b(z改為12)中的渦流式位移傳感器測(cè)得脈沖的周期T=20ms，求：轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n為多少轉(zhuǎn)每分鐘？解f=1/T=1/0.02s=50Hz。n=60f/z=60(50/12)r/min=250r/min。12/29/202372任務(wù)二渦流式位移傳感器的靜態(tài)標(biāo)定一、傳感器標(biāo)定的概念1．傳感器的靜態(tài)標(biāo)定與動(dòng)態(tài)標(biāo)定通過(guò)靜態(tài)標(biāo)定可以獲取傳感器的靜態(tài)模型，并研究和分析其靜態(tài)特性；動(dòng)態(tài)標(biāo)定：建立傳感器動(dòng)態(tài)模型，過(guò)程比靜態(tài)標(biāo)定的過(guò)程復(fù)雜得多。必須進(jìn)行快速、逐點(diǎn)測(cè)量。靜態(tài)標(biāo)定主要作用是：①確定儀器或測(cè)量系統(tǒng)的輸入/輸出關(guān)系，賦予傳感器分度值；②確定儀器或測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)；③減小系統(tǒng)誤差。靜態(tài)標(biāo)定必須在傳感器的若干個(gè)輸入點(diǎn)（至少為：零點(diǎn)0，25%，50%。75%，滿(mǎn)量程等）進(jìn)行，檢驗(yàn)被標(biāo)定傳感器是否在允許的準(zhǔn)確度范圍內(nèi)。12/29/202373靜態(tài)標(biāo)定的場(chǎng)合與方法2．需要進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定的場(chǎng)合①新產(chǎn)品試制時(shí)；②傳感器定型生產(chǎn)前；③改變傳感器的生產(chǎn)工藝后；④傳感器在重要場(chǎng)合使用一段時(shí)間，到達(dá)設(shè)定的周期后。3．靜態(tài)標(biāo)定的基本方法標(biāo)定設(shè)備的綜合準(zhǔn)確度應(yīng)比被標(biāo)定的傳感器等級(jí)高出一個(gè)（或以上）等級(jí)。首先應(yīng)對(duì)標(biāo)定的傳感器進(jìn)行振動(dòng)和循環(huán)升溫、降溫老化處理。標(biāo)定系統(tǒng)包括標(biāo)準(zhǔn)給定裝置、標(biāo)準(zhǔn)傳感器和被標(biāo)定傳感器，以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等。圖9-1812/29/202374二、渦流式位移傳感器的標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)位移給定裝置可根據(jù)被標(biāo)定傳感器的準(zhǔn)確度高低，選用以下儀表來(lái)進(jìn)行標(biāo)定：激光測(cè)長(zhǎng)儀、萬(wàn)能光學(xué)測(cè)長(zhǎng)儀、阿貝比較儀、千分表、千分尺等。動(dòng)態(tài)標(biāo)定需要使用機(jī)械振動(dòng)臺(tái)或液壓振動(dòng)臺(tái)。指示儀器通常用高速數(shù)字電壓表、示波器或其他動(dòng)態(tài)記錄設(shè)備。渦流式位移傳感器的靜態(tài)標(biāo)定環(huán)境：靜態(tài)、室溫（20±2）℃、相對(duì)濕度應(yīng)小于85%、大氣壓為（760±60）mmHg。12/29/20237