《機電一體化》課件 項目三 傳感檢測裝置的選用

傳感檢測裝置的選用——《機電一體化》傳感器概述位移檢測傳感器速度檢測傳感器壓力檢測傳感器溫度檢測傳感器CONTENT目錄傳感器傳感檢測部件是機電一體化產(chǎn)品中的一個重要組成部分，它利用傳感器檢測外界環(huán)境及系統(tǒng)自身狀態(tài)的各種物理量（如力、位移、速度、位置等）及其變化，并將這些信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后再通過相應(yīng)的變換、放大、調(diào)制與解調(diào)、濾波、運算等電路將有用的信號檢測出來，反饋給控制裝置或送去顯示。傳感器的組成傳感器的靜態(tài)特性線性度。靈敏度。遲滯。精確度。分辨力。零漂。線性度是指傳感器實際輸出—輸入特性曲線與理論直線之間的最大偏差與輸出滿度值之比。靈敏度是指傳感器在穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)條件下，輸出量的變化量與輸入量的變化量之比。傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐讨?，輸出—輸入特性曲線不重合的程度稱為遲滯。精確度簡稱精度，它表示傳感器的輸出量與被測量的實際值之間的符合程度，包括傳感器的測量值精度和重復(fù)精度。傳感器能檢測到的最小輸入增量稱分辨力，在輸入零點附近的分辨力稱為閾值。傳感器在零輸入狀態(tài)下，輸出值的變化稱為零漂。傳感器能測量動態(tài)信號的能力用動態(tài)特性表示。動態(tài)特性是指傳感器測量動態(tài)信號時，輸出對輸入的響應(yīng)特性。傳感器動態(tài)特性的性能指標(biāo)可以通過時域、頻域以及試驗分析的方法確定，其動態(tài)特性參數(shù)有：最大超調(diào)量、上升時間、調(diào)整時間、頻率響應(yīng)范圍、臨界頻率等。傳感器的動態(tài)特性在傳感器技術(shù)中，通常把對傳感器的輸出信號進(jìn)行加工處理的電子電路稱為傳感器測量電路。傳感器的輸出信號經(jīng)過加工后可以提高其信噪比，并易于傳輸和與后續(xù)電路環(huán)節(jié)相匹配。傳感器測量電路可由各種單元電路組成。常用的單元電路有：電橋電路、諧振電路、脈沖調(diào)寬電路、調(diào)頻電路、取樣保持電路、A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路、調(diào)制解調(diào)電路。傳感器的測量電路傳感器的測量電路傳感器測量電路的分類傳感器與計算機的接口在傳感器的使用中，有相當(dāng)一部分測量值要用計算機來進(jìn)行處理。因而在確定檢測系統(tǒng)和搭接測量線路時，還需考慮到輸入計算機的信息必須是能被接收、處理的數(shù)字量信號。根據(jù)傳感器輸出信號的不同，通常有三種相應(yīng)的接口方式。模擬量接口方式：傳感器輸出信號→放大→取樣/保持→模擬多路開關(guān)→A/D轉(zhuǎn)換→I/O接口→計算機。開關(guān)量接口方式：開關(guān)型傳感器輸出（邏輯1或0）信號→緩沖器→計算機。數(shù)字量接口方式：數(shù)字式傳感器輸出數(shù)字信號(二進(jìn)制代碼、BCD碼及脈沖序列等)→計數(shù)器→緩沖器→計算機。傳感器的選用檢測要求和條件。傳感器特性。使用條件。首先考慮采用何種類型的傳感器。再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。若無法選到合適的傳感器，可以考慮自制。。選用準(zhǔn)則選用步驟在工程設(shè)計中，需特別注意：重視對傳感器的選型；所選用的傳感器的精度要高于機電一體化系統(tǒng)的總體精度；不選用達(dá)不到靜態(tài)與動態(tài)特性的傳感器。感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)感應(yīng)同步器是利用感應(yīng)電壓的變化來進(jìn)行位置檢測的。光柵位移傳感器光柵位移傳感器主要由標(biāo)尺光柵、指示光柵、光電器件和光源等組成。通常，標(biāo)尺光柵和被測物體相連，隨被測物體的直線位移而產(chǎn)生位移。一般標(biāo)尺光柵和指示光柵的刻線密度是相同的，而刻線之間的距離W稱為柵距?？梢酝ㄟ^測量莫爾條紋的移動來檢測光柵微小的位移。光電編碼器光電編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式的檢測角位移的傳感器，并將角位移用脈沖形式表示，故又稱光電脈沖編碼器。它有兩種基本類型：增量式編碼器和絕對式編碼器。直流測速發(fā)電機目前廣泛使用的速度傳感器是測速發(fā)電機，它能將輸入的機械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號輸出，通常要求電機的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。光電式速度傳感器光電式速度傳感器將速度的變化轉(zhuǎn)變成光通量的變化，在通過光電轉(zhuǎn)換元件將光通量的變化轉(zhuǎn)換成電量變化，即利用光電脈沖變成電脈沖，光電轉(zhuǎn)換元件的工作原理是光電效應(yīng)。電阻應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器，傳感器由在彈性元件上粘貼電阻應(yīng)變敏感元件構(gòu)成。當(dāng)被測物理量作用在彈性元件上時，彈性元件的變形引起應(yīng)變敏感元件的阻值變化，然后通過轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)變成電壓輸出，電壓變化的大小反映了被測物理量的大小。電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器工作原理：電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)的。應(yīng)變效應(yīng)是指在導(dǎo)體產(chǎn)生機械變形時，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化的現(xiàn)象。在外力作用下，被測對象產(chǎn)生微小機械變形，電阻應(yīng)變片隨著發(fā)生相同的變化，同時應(yīng)變片電阻值也發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)測得應(yīng)變片電阻值變化量ΔR時，便可得到被測對象的應(yīng)變值。壓電式傳感器的工作原理是基于某些介質(zhì)材料的壓電效應(yīng)。當(dāng)某些材料受力作用而變形時，其表面會有電荷產(chǎn)生，從而實現(xiàn)非電量測量。某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r，其內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個表面上便產(chǎn)生符號相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，其又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱壓電效應(yīng)。壓電式傳感器壓電傳感器本身的內(nèi)阻抗很高，而輸出能量較小，為了保證壓電傳感器的測量誤差較小，它的測量電路通常需要接入一個高輸入阻抗的前置放大器，其作用為：一是把它的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗；二是放大傳感器輸出的微弱信號。壓電式傳感器的測量電路熱電偶熱電偶是工程上應(yīng)用最廣泛的溫度傳感器。它構(gòu)造簡單，使用方便，具有較高的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性及復(fù)現(xiàn)性，溫度測量范圍寬，在溫度測量中占有重要的地位。熱電偶基本定律（3）中間溫度定律（1）中間導(dǎo)體定律（2）參考電極