化工仪表检测技术仪表总复习.doc

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1、化工仪表检测技术仪表总复习化工仪表检测技术仪表总复习化工仪表及自动化第一章检测仪表基本知识一、测量误差及其各自的特点测量误差按其产生原因的不同,可以分为三类：系统误差：在测量过程中容易消除和加以修正。疏忽误差偶然误差：不易被发觉和修正。二、检测仪表的品质指标(1).测量仪表的准确度（精确度）：两大影响因素绝对误差和仪表的标尺范围相对百分误差=max100%标尺上限值标尺下限值允许误差仪表允许的最大绝对误差值允=100%标尺上限值标尺下限值仪表准确度等级的确定？会进行计算：13页3、7小结：仪表的准确度等级数值越大，仪表的精度越低。两台量程不同的仪表，如果它们的绝对误差相等的话，量程小的仪表准确

2、度越低。线性度：线性度通常用实际测得的输入-输出与理论拟合直线之间的最大偏差与检测仪表满量程输出范围之比的百分数来表示。f=fmax100%仪表量程三、检测系统中信号的传递形式（1）模拟信号连续变化的物理量和化学量。（2）数字信号（3）开关信号第二章压力检测1、压力单位2、图1-2线性度示意p真空度=p大气压力p绝对压力3、压力计及真空表的分类：液柱式压力计弹性式压力计电气式压力：可以远距离传送信号，进行远程控制。活塞式压力计：一般作为标准型压力测量仪器。一、弹性式压力计1.弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。2.常

3、用的弹性元件有：二、电气式压力计压力传感器的作用：三、压力计的选用及安装1.仪表类型的选用氨用压力计弹簧管的材料都采用碳钢，不允许采用铜合金。氧用压力计要严格禁油。2.仪表测量范围的确定上限选取压力平稳：最大工作压力不超过量程2/3脉动压力：最大工作压力不超过量程的1/2下限选取被测压力的最小值不低于满量程的1/32.压力计的安装测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）部，使导压管内不积存气（液）体。取压口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计时使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。第三章流量检测流量计的分类速度式流量计：靶式流量计、旋涡流量计、涡轮流量计电磁流量计转子流量计差压式流量计

4、容积式流量计：活塞式流量计、椭圆齿轮流量计质量流量计：补偿式质量流量计惯性式质量流量计一、差压式流量计1.差压式（也称节流式）流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的2.标准节流装置(孔板、喷嘴),一般都用于直D50mm的管道中3.工作原理：流过管道的流量越大，节流装置前后的压差也越大。Q=F02p1M=F021p流量与压力差P的平方根成正比。二、转子流量计1.差压式（也称节流式）流量计是变节流面积、恒压降。2.转子流量计：恒压降、变节流面积。3.流量越大，转子的位置越高。三、椭圆齿轮流量计1.适用于高黏度介质的流量测量。v2.椭圆齿轮每转一周所排出的

5、被测介质流量为半月形容积的4倍。第四章物位检测一、差压式液位计差压式液位计，是利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压也相应图3-19椭圆齿轮流量计结构原理变化的原理而工作的。零点迁移问题：无迁移：取压点与液位零位在同一水平面上正迁移：取压口低于容器底部图4-4负迁移：介质具有腐蚀性，且差压计低于容器迁移同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。q4Vn二、电容式物位计1、在平行板电容器之间，充以不同介质时，电容量的大小也有所不同。2、测量非导电介质时，电容量的变化为CX=CC0=20H=KiHDlnd()图4-3正负迁移示意图（-0）值越大，仪表越灵敏。电容器两

6、极间的距离越小，仪表越灵敏。三、核辐射物位计I=I0eH射线的透射强度随着通过介质层厚度的增加而减弱。特点：适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾状态的介质的物位测量，还可以测量高温融熔金属的液位。可在高温、烟雾等环境下工作。但由于放射线对人体有害，使用范围受到一些限制。称重式液罐计量仪可以直接称量储罐内液体的质量。第五章温度检测温度参数是不能直接测量的，一般只能根据物质的某些特性值与温度之间的函数关系，通过对这些特性参数的测量间接地获得。分类按测量方式接触式与非接触式一、温度检测的基本原理1.应用热膨胀原理测温、双金属温度计2.应用压力随温度变化的原理测温3.应用

7、热阻效应测温4.应用热电效应测温5.应用热辐射原理测温一、热电偶温度计1.热电偶温度计是基于热电效应这一原理测量温度的。2.热电偶温度计是把温度的变化通过测温元件-热电偶转化为热电势的变化来测量温度的。3.第三导体定律4.冷端温度补偿问题EAB(t,t0)=EAB(t,0)-EAB(t0,0)例5-2某支铂铑10-铂热电偶在工作时，自由端温度t0=30,测得热电势E(t,t0)=14.195mV，求被测介质的实际温度。解:由附录一可以查得E(30,0)=0.173(mV)代入式(5-3)变换得E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=0.173+14.195=14.368(mV)再由附录一

8、可以查得14.368mV对应的温度t为1400。5.热电偶的构造及各部分作用热电极绝缘管保护套管接线盒工业上对热电极材料的要求图5-10热电偶的结构在测温范围内其热电性质要稳定,不随时间变化;在测温范围内要有足够物理、化学稳定性,不易被氧化或腐蚀;电阻温度系数要小,电导率要高,组成热电偶后产生的热电势要大,其值与温度成线性关系或有简单的函数关系;复现性要好,这样便于成批生产,而且在应用上也可保证良好的互换性;材料组织均匀、要有韧性,便于加工成丝。一、热电阻温度计1.测温原理：利用热电阻的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。Rt=R01+tt02.热电阻温度计是把温度的变化通过测温元件

9、-热电阻转化为电阻值的变化来测量温度的。作为热电阻的材料一般要求是：电阻温度系数、电阻率要大；热容量要小；在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的复制性；电阻值随温度的变化关系，最好呈线性；价格便宜。()扩展阅读：检测技术及仪表总复习检测技术及仪表总复习、复习大纲一）期末考试概况考试范围：第一章到第六章考卷体型一、填空题20%基础知识二、判断题15%基础知识、基础知识扩展三、选择题10%基础知识、基础知识扩展四、简答题25%基础知识五、计算题30%基础知识应用考试内容：以课件上的知识点为主二）章节知识第一章基础知识*本章以填空和判断题为主一）检测三要素：测量单位（并以实物复现）、测

10、量工具、测量方法。二）测量用途分类：生活测量（一般测量）技术测量（工业测量）实验室测量（精密测量）直接测量间接测量三）按测量方法分类：组合测量软测量理论真值约定真值四）获取真值的方法：最佳估计值传递值原理误差装误差五）误差产生的原因：环境误差人员误差系统误差六）误差的种类：随机误差粗大误差七）不确定度与误差的区别八）仪表的基本组成：传感器（即敏感元件）变换器显示装九）仪表的灵敏度P17仪表输入/输出特性曲线的斜率十）仪表的分辨率P17使测量仪表产生未察觉的响应变化的最大激励变化值十一）仪表的死区P17使仪表产生可察觉响应时的最小激励值十二）仪表的引用误差1、是相对误差，但分母是仪表量程2、最大

11、引用误差：仪表最大引用误差（%）量程最大绝对误差100%量程十三）仪表的允许误差1、允许仪表具有的误差最大值；2、可以用绝对误差或引用误差的形式表达。十四）仪表的精度等级仪表的精度等级就是用引用误差表示允许误差（即仪表的最大引用误差）去掉%号后的数字经过圆整后的数值。十五）仪表的可靠度在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率十六）失效率系统运行到t时刻后的单位时间内发生故障的系统数与时刻t时完好系统数之比。十七）仪表的防爆1、结构防爆（1）定义：在结构上用隔离措施，把电路和周围环境隔绝，使电路正常工作时所产生的热量和故障状态下形成的电火花及高温局限于密闭壳体之内，不致把外界易燃易爆气体引燃。

12、（2）具体措施：密封外壳、充压缩空气、充油、充石英砂。2、本质安全防爆（1）定义：从电路的能量上加以限制，使电路无论在工作正常中或发生短路、断路等故障状态下，所产生的火花都不足以引燃易燃易爆气体，它产生的温度也不足以使易燃易爆物自燃。（2）具体措施：限制电压、电流、功率。第二章温度测量一）温标三条件：固定温度点（基准点）测温仪器温标方程二）华氏温标华伦海特0：氯化氨和冰的混合物32：水的冰点212：水的沸点三）华氏温度和摄氏温度之间的关系：9tFtC325四）热电偶温度计P36电阻变化的热电式传感器热电阻温度变化电势变化的热电式传感器热电偶温度变化五）热电势1、温差电势：单一导体两端温度不同产

13、生的电势TeA(T,T0)dteA(T)eA(T0)T02、接触电势：不同导体接触时接点产生的电动势TNAeAB(T)lneNB3、回路总电动势：EAB(T,T0)eAB(T)eA(T,T0)eAB(T0)eB(T,T0)eAB(T)eA(T)eB(T)eAB(T0)eA(T0)eB(T0)fAB(T)fBA(T0)六）热电势大小只与热电极材料、两端温度差有关，而与材料粗细、长短无关。七）均质导体定则一种均质材料不能构成热电偶八）中间导体定则1、热电偶回路中接入中间导体后，只要中间导体两端的温度相同，对热电偶回路的总热电势值没有影响。2、测量回路不影响电势。九）标准电极定律如果导体A、B分别对

14、标准电极C材料的热电动势已知，则A、B构成热电偶时的热电动势为他们分别对C构成热电偶时产生的热电动势的代数和。EAC(T,T0)ECB(T,T0)EAB(T,T0)十）连接导线定律若导体A、B分别与连接导体A、B相连接，接点温度为T、T0、Tn，回路总热电势等于热电偶电势TEAB(T，n)与连接导体电势B代数和。EA(Tn,T0)E(T,T,T,T)E(T,T)E(T,T)ABBAn0nABnABn0可用廉价导线来延长热电偶十一）中间温度定律两种均质材料A、B构成热电偶，接点温度分别为T、T0，如果一个中间温度Tn，那么热电偶回路的总热电动势不受温度的影响。ABBA(T,Tn,T0,Tn)EA

15、B(T,Tn)EAB(Tn,T0) EEAB(T,T0)只需测出热电偶在参比端温度为0度时的分度表，就可求出参比端在其它温度时的热电势值。十二）标准化热电偶IEC推荐了8种标准化热电偶：1）属贵金属热电偶，分度号：R、B、S2）廉价金属热电偶，分度号：K、N、E、T、JK型，镍铬-镍硅热电偶，用量最大。十三）热电偶的冷端处理：补偿导线法；参比端温度测量计算法；参比端冰浴法；补偿电桥法；十四）铂热电阻（-200850）10分度号Pt10工作区为650C以上 R0选用：100分度号P工作区为650C以下t100十五）管道内液体温度的测量：1、通常应保证测温元件有一定的插入深度，元件的感温点应处于管

16、道中心流速最大处；2、对于直径大的管道，测温元件可垂直插入；3、为增加插入深度，可迎着流体流动的方向斜向插入测温元件；4、对于内径较小的管道，测温元件可插入弯头处或加装扩大管。十六）烟道中烟气温度的测量对象：锻造加热炉、锅炉中，燃烧后产生的大量烟气，一般温度有几百上千度。测温的意义：正确测温有利于分析其燃烧状况，实现余热利用。测温方式：采用热电偶，插入到被测烟气中。测温原理：通过和测温热电偶套管之间的对流热交换，使热电偶温度升至接近于烟气温度。1）温度误差原因：.烟气和热电偶间对流热交换系数比流体下的要小很多，使得热电偶温度一般比烟气温度小很多，使得测量误差增大；.烟气温度高，热电偶插入部分被

17、加热到较高温度，而未插入部分温度低，沿热电偶往外的导热损失，引起导热误差，从而带来测量误差；.烟道管壁温度低，热电偶对管壁的辐射损失大，引起辐射误差，从而带来测量误差；2）措施.测温元件（热电偶）外围加热屏幕罩减少对管壁的辐射误差；.尽量增加热电偶的插入深度，并对热电偶根部处的管道壁加强保温，以提高壁面温度减少导热误差；.采用抽气方式加大对流，增强对流交换减少辐射误差。如图：热电偶装于有多层屏蔽的管中，屏蔽管的后部与抽气器连接。当蒸汽或压缩空气通过抽气器时，会夹带着烟气以很高的流速流过热电偶测量端。在抽气管路上加装的孔板是为了测量抽气流量，以计算测量处的流速来估计误差。第三章压力和压差测量一）

18、绝对压力Pi被测介质作用在容器表面积上的全部压力称为绝对压力，用符号Pi表示。用绝对压力表测量。二）大气压力Pd由地球表面空气柱重量形成的压力，称为大气压力。它随地理纬度、海拔高度及气象条件而变化。用符号Pd表示。用气压计测定。三）表压力Pb通常压力测量仪表是处于大气之中，其测得的压力值等于绝对压力和大气压力之差，称为表压力，用符号pb表示。表压力=绝对压力-大气压力四）真空度Pz当绝对压力小于大气压力时，表压力为负值(负压力)，其绝对值称为真空度，用符号pz表示，有：pzpdpi.(真空度=大气压力-绝对压力)五）弹性膜片：一种外缘固定的片状弹性元件，膜片的弹性特性一般由中心位移与压力的关系

19、表示。按剖面形状及特性分：平膜片的使用位移很小，弹性特性有良好平膜片：的线性关系。波纹膜片是压有环状同心波纹的圆膜波纹膜片：片，波纹的形状有正弦形、锯齿形、梯形等。其位移与压力的关系，由波纹的形状、深度和波纹数确定。挠性膜片仅作为隔离膜片使用，它要与挠性膜片：测力弹簧配用。六）波纹管由整片弹性材料加工而成，是一种壁面具有多个同心环状波纹，一端封闭的薄壁圆管。波纹管的开口端固定，由此引入被测压力。在其内腔及周围介质的压差作用下，封闭端将产生位移，此位移与压力在一定的范围内呈线性关系。在使用时一般要应用在线性段，也可以在波纹管内加螺旋弹簧以改善特性。用波纹管作弹性元件的压力计，一般用于测量较低压力

20、或压差。七）弹簧管是一根弯成圆弧状的、具有不等轴截面的金属管。常见的不等轴截面是扁圆和椭圆形。弹簧管的一端封闭并处于自由状态为自由端，另一端开口为固定端，被测压力由固定端通人弹簧管内腔。在压力的作用下，弹簧管横截面有变圆的趋向，弹簧管亦随之产生向外伸直的变形，从而引起自由端位移。八）霍尔元件用来测量位移1、霍尔效应：如图，N型半导体薄片尺寸为：L*b*d；磁场B垂直半导体薄片；半导体薄片通以电流I，内部电子反向（向右）运动。BfLbvIUHfEdL电子在右移（电流左移）过程中，受到电磁力fL的作用，电子实际运动方向如图中红色箭头方向。最终电子在霍尔元件里侧积累，正电荷在外侧积累。形成纵向电场，

21、该电场阻止电子继续向里侧偏移。当电子受到的电场力fE和电磁力fL相等时，电子积累达到动态平衡。此时元件里、外端面间的电场称为：霍尔电场EH，对应的电势称为霍尔电场UH。2、霍尔电势大小：RIBUHHKHIBdRH霍尔常数控制电流IB磁感应强度RH霍尔元件灵敏度，表示在单位磁感应KHd强度和单位控制电流作用下，霍尔电势的大小，是数，要求越大越好霍尔元件的一个重要参d霍尔元件厚度3、（1）方向：控制电流方向改变输出电势UH方向改变；输出电势UH方向改变；磁场方向改变输出电势UH方向不变；二者方向均改变（2）霍尔元件尺寸对其性能的影响：一定范围内，元件厚度d越小，灵敏度越高；但过小的d将导致元件的输

22、入、输出电阻增加；（3）霍尔元件符号及命名方法：H（4）.应用：霍尔元件式弹性压力传感器。压力敏感电阻弹簧管一端固定，另一端为自由端，安装霍尔元件，并处于磁极组件的间隙中。磁极组件为两对磁场方向相反的磁极，在其空隙部分构成线性不均匀磁场。霍尔元件被自由端带动而在不均匀磁场中移动时，将感受不同的磁场强度。在霍尔元件的两端通以恒定电流，在垂直于磁场和电流方向的另两侧将产生霍尔电势，此输出电势即对应于自由端位移，从而给出被测压力值。这种仪表结构简单，灵敏度高，寿命长，但对外部磁场敏感，耐振性差。九）压力传感器能够检测压力值并提供远传信号（电信号）的装统称为压力传感器。常见的形式：应变式、压阻式、电容

23、式、压电式等1）应变效应即当导体和半导体材料发生机械变形时，其电阻值将发生变化。dRdlRlKKsRldl: 应变，表示金属丝长度的相对变化ldR数，电阻灵敏度系数KdlR: 材料的电阻应变系lK反映了单位应变引起的电阻相对变化，对于确定的应变片，该值为一个常数：对于金属材料： K约为26对于半导体材料： K约为60180 （1）结构丝式应变片：用金属丝贴在塑料薄膜上、腐蚀等工艺在基板上加工成的金属箔栅箔式应变片：利用光刻 形式的薄膜电阻 （2）温度误差及补偿方法：2）压阻效应*特殊半导体承受应力时用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制成扩散压敏电阻，当硅平膜片某一轴向施加一定应力时，膜片

24、变形使扩散电阻的电阻率、电阻值发生变化的现象。3）前者（应变效应）是因为外部的机械形变引起电阻变化，后者（压阻效应）是由于半导体内部载流子的迁移引起电阻变化4）电容式传感器极间介质的介电常数sC s极板面积dd极板间距将压力引起的弹性元件的位移转换成电容量的变化，实现压力测量的传感器。（1）电容式传感器原理.变极间距d型：差动式结构：如图，活动极板位于两个固定极板之间，未开始测量时，将活动极板调至中间位，此时两边电容相等，设为C0；测量时，假设中间活动极板右移d，则C1C2。定片.变面积s型：直线位移式：如图。bd动片aab(aa)bba电容变化量：Cdddabaa极板超始遮盖长度 b极板宽d

25、a a极板超始遮盖长度a动极板位移d极板间距极板宽b a动极板位移d极板间距CC灵敏度：K0aaC0K a不能太大。否则，边缘效应将 使传感器产生非线性变化角位移式（略）.变介质（介电常数）型：量可进行介质介电常数测 可进行介质厚度测量5）压电效应一些结晶材料、高分子材料在压力作用下，内部分子的极化情况发生变化，使材料表面带电荷，称为压电效应。这些表面电荷会很快与环境中的杂散电荷或材料内部自由电荷中和，呈电中性，因此压电效应不能用来检测恒定压力。但由于电荷中和时间远远大于在压力作用下的极化变化时间，所以它可以响应动态压力，用于加速度与振动检测。.压电式压力传感器原理：利用压电材料的压电效应将被

26、测压力转换为电信号，实现动态压力检测，不适宜测量缓慢变化的压力和静态压力。压电材料制成的压电元件受到压力作用时将产生电荷，当外力去除后电荷将消失。在弹性范围内，压电元件产生的电荷量与作用力之间呈线性关系。电荷输出为：测知电荷量可知被测压力大小。其中：p为压力；S为作用面积；q为电荷量；k为压电常数。十）仪表量程选择2最大被测压力Pmax的测量上限1、被测压力较稳定时：312、测量脉动压力时：最大被测压力Pmax的测量上限2 33、测量高压时：最大被测压力Pmax的测量上限514、被测压力的最小值Pmin的测量上限3Pmax被测压力最大值根据 计算仪表的上下限被测压力最小值Pmin再按压力仪表的

27、标准系列选定量程若上、下限不能同时满足要求，应首先满足最大工作压力。十一）取压点位和取压口形式为真实反映被测压力的大小，要合理选择取压点，注意取压口形式。工业系统中设取压点的选取原则遵循以下几条：.取压点位避免处于管路弯曲、分叉、死角或流动形成涡流的区域。不要靠近有局部阻力或其他干扰的地点，当管路中有突出物体时（如测温元件），取压点应在其前方。需要在阀门前后取压时，应与阀门有必要的距离。.取压口开孔的轴线应垂直设备的壁面，其内端面与设备内壁平齐，不应有毛刺或突出物。.测量液体介质的压力时，取压口应在管道下部，以避免气体进入引压管；测量气体介质的压力时，取压口应在管道上部，以避免液体进入引压管。

28、例一压力容器在正常工作时压力范围为0.4-0.6MPa，要求使用弹簧管压力表进行检测，并使测量误差小于被测压力的5%，试确定该表的量程和精度等级。解：由题知被测压力比较稳定，设弹簧管压力表量程为A，则选择压力表时，应满足以下关系：2最大工作压力（0.6）AA0.9MPa31最小工作压力（0.4）AA1.2MPa3因此，可选用量程范围为01.0MPa的弹簧压力表。由题意，被测压力允许的最大绝对误差max0.45%0.02MPa要求选用仪表的最大引用误差0.02max100%2%1.00按精度等级，可选用1.5级压力表。第四章机械量测量*填空、判断、简答一）机械量：长度、位移、速度、转角、转速、力

29、、力矩、振动等二）电气式位移测量：电容式差动电容式自感式差动自感式差动变压器式1）电容式位移检测方法（1）变极距法：s11Cs ddd极间介质的介电常数 ab）s极板面积（d极板间距位移（2）变面积法：极间介质的介电常数sabas极板面积(ab)Cbb dddd极板间距b对应位移2）差动电容式位移检测方法两个固定极板之间设可移动极板。如图sC1sC2 dxdxC1C2x 可见：采用差动式电路，可明显改善线性，具有较高的灵敏度，此外，因静电、温度、电源变化等因素引起的误差也大为减少。3）自感式匝数N .原理图：铁心线圈 衔铁0.原理：l2d02d 磁阻R ms0s0sN20sNL电感L2dN2I

30、LINRm RmLf(s)sN20sL曲线：12dLf(d)d采用差动式电桥电路，如图。则有：ss 2C1Edxdx2xECUssC2C1 dxdx图中实线代表理论特性，虚线代表实际特性，两者在曲线的端部有所差别，即在位移d较小、较大时，曲线线性差，表明电感式位移检测法的线性范围非常有限。.衔铁位移变化时，电感量变化分析：电感变化量L和衔铁位移变化量x之间呈线性关系的前提是忽略高次项，即高次项的存在是产生非线性误差的原因。4）差动自感式：将位移d转换成电信号的差动电感变换如图所示。随着衔铁的移动，电感L1、L2反对称变化，将L1、L2接入交流电桥电路，实现位移变化的交流电压信号线性输出。分析：

31、设初始时，衔铁处于中间位，即d1=d2=d0；两个单线圈的参数完全相同，即L1=L2=L0.当衔铁x移动时，一个线圈电感量增加,另加一个减少，设L1增加，L2减少。222N0sN0sN0s11LL1L22(d0x)2(d0x)2d01x1xd0d0 2L0 xLx 相对变化量22xx2L0d0d0d0d0N0sN0sN0s11LL1L22(d0x)2(d0x)2d01x1xd0d0xLx 2L0 相对变化量22x2L0d0xd0d0d0222 相对变化量 和单线圈自感式比较：.灵敏度提高一倍，即衔铁位移相同，输出信号大一倍.非线性量的偶次项为零，即非线性特性得到改善；.温度变化、电源变化、外界

32、干扰等共模信号对传感器精度的影响，能通过差动方式互相抵消而减少。5）差动变压器位移检测（1）结构：实质为互感式位移传感器。（2）原理：被测对象位移变化，带动铁心移动，一次线圈和上下对称的两个二次线圈之间的互感应随铁心的位而发生变化。将两个二次线圈反向串联，其输出电势和铁心位移关系xx3x5Lx2 2d.x2L0dd000d0d0为差动方式。在铁心位于中央位时，差动信号输出电压为零；为当铁心因位移而偏离中央位时，差动信号的输出为与位移成正比的交流电压。其波形关系：三）光栅标尺结构：.标尺光栅G1：.指示光栅G2：.光源、透镜：.光电元件S1、S2:输出信号大小和接收光线强弱有近似线性关系。1)测

33、量位移2)测量原理固定G2，G1随被测对象移动，G1每移动一个栅距，S1、S2都输出一个周期的近似正弦波形，通过对G1波形整形，对整形脉冲计数，反映位移。3）辨向原理G2上、下两排光栅错位(1/4)p，使得S1、S2输出信号也错位(1/4)周期，用于判断移动方向：1G1右移时： S1相位超前S2相位周期4G1左移时： S1相位滞后S2相位1周期4四）莫尔条纹标尺结构：在光栅标尺的基础上，将G2、G1的光栅刻线错开一个很小的夹角，G1、G2片间留有很小的间隙。如图：莫尔条纹：光源照射时，在近似于垂直G2栅线方向上出现明暗相间的条纹，称为莫尔条纹。其中：pa-a线：两光栅栅线彼此重合，亮带莫尔条纹

34、间距: W光线从缝隙中通过b-b线：两光栅栅线彼此错开，光线通不过暗带1）测量位移2）测量原理当G1左右移动一个栅距，则莫尔条纹上下移动一个条纹间距。通过测定移过的莫尔条纹数目，就可以测出光栅的位移量。条纹间距: Wp由于位移相当于，用莫尔条纹标尺检测(弧度)一般很小放大了栅距p，更容易实现条纹光强的检测。莫尔条纹的宽度W由光栅常数p与光栅的夹角决定。对于给定光栅常数p的两光栅，夹角愈小，条纹宽度愈大，即条纹愈稀。也更便于测量。3）辨向原理大部分被测物体的移动往往不是单向的，既有正向运动，也可能有反向运动。单个光电元件接收一固定点的莫尔条纹信号，只能判别明暗的变化而不能辨别莫尔条纹的移动方向，

35、因而就不能判别运动零件的运动方向，以致不能正确测量位移。设G1随被测零件正向移动10个栅距后，又反向移动一个栅距，也就是相当于正向移动了9个栅距。可是，单个光电元件由于缺乏辨向本领，从正向运动的10个栅距得到10个条纹信号，从反向运动的一个栅距又得到一个条纹信号，总计得到11个条纹信号。这和正向移动11个栅距得到的条纹信号数相同。因而这种测量结果是不正确的。如果能够在物体正向移动时，将得到的脉冲数累加，而物体反向移动时可从已累加的脉冲数中减去反向移动的脉冲数，这样就能得到正确的测量结果。完成这种辨向任务的电路就是辨向电路。为了能够辨向，需要两个具有1相位差（P）的24莫尔条纹信号。为此在莫尔条

36、纹相距W处各安装两个光电元件S1、S2，4如图。两个光电元件S1、S2的输出uo1、uo2为正弦信号，相位差90度，其相位关系和光栅移动方向有关。当光栅向A方向移动时，莫尔条纹向下移动，光电元件S1输出信号uo1超前S2输出信号Uo2；2。2当光栅向B方向移动时，莫尔条纹向上移动，光电元件S2输出信号uo2超前S1输出信号Uo1五）绝对式光电码盘1、测转速建立在编码器基础上的转速检测法。通过编码盘将转角转换成代码输出，即不同的代码代表不同的转角大小。2、编码二进制码循环码（1）码盘与编码：以四位的二进制光电式码盘为例。盘面分为4个同心环，称为码道。外面的园环为低位，里面的园环为高位。沿园周方向分成16个扇区。每个扇区的各个码道按编码方式不同设成透光区或非透光区。假设透光区表示1，非透光区表示0，得到相应的编码。如图：.二进制码：编码方式简单；缺点：制作、安装要求高，一量出现错码，将产生较大误差。分析：因为当二进制码的某一较高位的数码改变时，所有比它低位的数码应同时改变，若由于刻线误差等原因，某一较高位的数码不能同时改变，而是提前或延后改变，将造成较大的误差。例如从01111000时，可能被检测为0000或1111。.格雷码（循环码）：分析：任何两个相邻的位，其输出代码中，只有一位码改变，因此即使制作和安装不准，产生的误差最多也第 20 页 共 20 页