第三章液压测试系统PPT讲稿.ppt

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1、第三章液压测试系统第1页，共42页，编辑于2022年，星期二3.1 概概 述述1.传感器传感器(Sensor)定义定义 传感器是能感受规定的被测量、并按照一定的规律转换传感器是能感受规定的被测量、并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件敏感元件和和转换元件转换元件组组成成(GB766-87)。目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的器件上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的器件或装置。或装置。第第三三章章常常用用传传感感器器第

2、2页，共42页，编辑于2022年，星期二传感器在非电量电测系统中的作用：传感器在非电量电测系统中的作用：F一是一是 敏感作用：敏感作用：感受并拾取被测对象的信号感受并拾取被测对象的信号F二是变换作用：二是变换作用：被测信号转换成易于检测和处理的电信被测信号转换成易于检测和处理的电信号号概概述述 获得传感器信号的两种方法：直接获得电信号的变化（开关获得传感器信号的两种方法：直接获得电信号的变化（开关传感器）；将物理量变换成电信号的变化（水位、压力等）。传感器）；将物理量变换成电信号的变化（水位、压力等）。第3页，共42页，编辑于2022年，星期二2.传感器的分类传感器的分类(1)(1)按被测物理

3、量分类按被测物理量分类:(2)(2)按传感器元件的变换原理分类按传感器元件的变换原理分类:位移传感器位移传感器,流量传感器流量传感器,温度传感器等温度传感器等.电阻式电阻式,电容式电容式,电感式电感式,压电式、光电式等压电式、光电式等.物性型物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换.例如例如:水银温度计水银温度计,压电测力计压电测力计.结构型结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变依靠传感器结构参数的变化实现信号转变.例如例如:电容式和电感式传感器电容式和电感式传感器.概概述述第4页，共42页，编辑于2022年，星期二能量转换

4、型能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作直接由被测对象输入能量使其工作.例如例如:热电偶温度计热电偶温度计,压电式加速度计压电式加速度计.能量控制型能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化.例如例如:电阻应变片电阻应变片.能量传递型能量传递型:从某种能量发生器与接受器进行能量传递过程中实现敏感检测从某种能量发生器与接受器进行能量传递过程中实现敏感检测.例如例如:超声波发生器和接受器超声波发生器和接受器.(3)(3)按传感器的能量传递方式分类按传感器的能量传递方式分类:概概述述第5页，共42页，编辑于2022年，星期二3.传感器

5、的性能要求传感器的性能要求足够的容量足够的容量匹配性好，转换灵敏度高匹配性好，转换灵敏度高精度适当，稳定性高精度适当，稳定性高反应速度快，工作可靠性高反应速度快，工作可靠性高适应性和适用性强适应性和适用性强概概述述第6页，共42页，编辑于2022年，星期二电阻式传感器电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器按工作的原理可分为按工作的原理可分为:F热敏式热敏式F电阻应变式电阻应变式F变阻器式变阻器式F光敏式光敏式F电敏式电敏式3.2 电阻式传感器电阻式传感器第第三三章章常常用用传传感感器器第7页，共42页，编辑于2022年，星期二 电阻应变式传感器电阻

6、应变式传感器-应变片应变片 金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形机械变形(伸长或缩短伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。的变化而发生变化的现象。电电阻阻式式传传感感器器第8页，共42页，编辑于2022年，星期二1)工作原理工作原理金属应变片的电阻金属应变片的电阻R为为电电阻阻式式传传感感器器第9页，共42页，编辑于2022年，星期二(1)(1)金属应变片（金属应变片（不变）不变）金属应变计金属应变计(2)(2)半导

7、体应变片（半导体应变片（变化）变化）半导体应变计半导体应变计电电阻阻式式传传感感器器第10页，共42页，编辑于2022年，星期二2)金属应变计金属应变计金属应变计有金属应变计有:丝式和丝式和箔式箔式优点优点:稳定性和温度特性稳定性和温度特性好好.缺点缺点:灵敏度系数小灵敏度系数小.应变计电电阻阻式式传传感感器器第11页，共42页，编辑于2022年，星期二3)半导体应变计半导体应变计优点：优点：应变灵敏度大应变灵敏度大;体积小体积小;能制成具有一定应变电阻的元能制成具有一定应变电阻的元件件.缺点：缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。温度稳定性和可重复性不如金属应变片。应变计电电阻阻式式传传

8、感感器器体型体型薄膜型薄膜型扩散型扩散型 第12页，共42页，编辑于2022年，星期二案例：案例：4)应用应用电电阻阻式式传传感感器器第13页，共42页，编辑于2022年，星期二案例：案例：电子称电子称原理将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。德国HBM电阻应变式传感器 电电阻阻式式传传感感器器第14页，共42页，编辑于2022年，星期二3.3 电容式传感器电容式传感器 1.变换原理变换原理:将被测量的变化转化为电容量变化将被测量的变化转化为电容量变化两平行极板组成的电容器两平行极板组成的电容器,它的电容量为它的电容量为:+A 当当被被测测量量、A或或发发生生变变化化时时

9、，都都会会引引起起电电容容的的变变化化。如如果果保保持持其其中中的的两两个个参参数数不不变变，而而仅仅改改变变另另一一个个参参数数，就就可可把把该该参参数数的的变变化化变换为单一电容量的变化。变换为单一电容量的变化。第第三三章章常常用用传传感感器器第15页，共42页，编辑于2022年，星期二2 分类分类 a)a)极距变化型极距变化型;+c)c)介质变化型介质变化型电电容容式式传传感感器器 b)b)面积变化型面积变化型:角位移型角位移型,平面线位移型平面线位移型,柱面线位移型柱面线位移型.第16页，共42页，编辑于2022年，星期二3 应用应用1.震动，偏心，裂纹，振荡，同心度2.位移，移动，位

10、置，膨胀3.挠度，变形，波动，倾斜4.尺寸，公差，分选，零件识别5.冲击，应变，轴向振动6.轴承振动，油膜间隙，磨擦，偏心电电容容式式传传感感器器 第17页，共42页，编辑于2022年，星期二3.4 电感式传感器电感式传感器 电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。感量的一种装置。分类分类:电感式传感器电感式传感器自感型自感型可变磁阻型可变磁阻型涡流式涡流式互感型互感型第第三三章章常常用用传传感感器器第18页，共42页，编辑于2022年，星期二1 自感型自感型-可变磁阻式可变磁阻式a)变间隙型原理原理:电磁感应电磁

11、感应电电感感式式传传感感器器第19页，共42页，编辑于2022年，星期二b)变面积型c）螺线管型电电感感式式传传感感器器第20页，共42页，编辑于2022年，星期二d)差动型电电感感式式传传感感器器第21页，共42页，编辑于2022年，星期二2 涡流式涡流式原理原理:涡流效应涡流效应原线圈的等效阻抗原线圈的等效阻抗Z变化：变化：电电感感式式传传感感器器a)高频反射式：（高频反射式：（集肤效应）集肤效应）第22页，共42页，编辑于2022年，星期二电电感感式式传传感感器器b)低频透射式：（互感原理）低频透射式：（互感原理）第23页，共42页，编辑于2022年，星期二案例：案例：连续油管的椭圆度测

12、量连续油管的椭圆度测量Coiled TubeEddy Sensor Reference Circle原理：原理：电电感感式式传传感感器器第24页，共42页，编辑于2022年，星期二案例：案例：无损探伤无损探伤原理裂纹检测，缺陷造成涡流变化。火车轮检测火车轮检测油管检测油管检测电电感感式式传传感感器器第25页，共42页，编辑于2022年，星期二案例：案例：测厚测厚案例：案例：零件计数零件计数电电感感式式传传感感器器第26页，共42页，编辑于2022年，星期二3 变压器式变压器式-差动变压器差动变压器工作原理工作原理:互感现象互感现象.电电感感式式传传感感器器第27页，共42页，编辑于2022年，

13、星期二应用应用:厚度,角度,表面粗糙度;拉伸,压缩,垂直度;压力,流量,液位;张力,重力,负荷量;扭矩,应力,动力;气压,温度;振动,速度,加速度;等.案例：案例：板的厚度测量板的厚度测量 案例：案例：张力测量张力测量电电感感式式传传感感器器第28页，共42页，编辑于2022年，星期二3.5 磁电式传感器磁电式传感器 1.变换原理变换原理:磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应电动势的一种转磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应电动势的一种转换器。换器。感应线圈的感应电动势感应线圈的感应电动势U U为为 磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，改磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速

14、度有关，改变其中一个因素，都会改变线圈的感应电动势。变其中一个因素，都会改变线圈的感应电动势。第第三三章章常常用用传传感感器器第29页，共42页，编辑于2022年，星期二2 分类分类 磁电式动圈式磁阻式线速度型角速度型N磁磁电电式式传传感感器器第30页，共42页，编辑于2022年，星期二3 动圈式传感器动圈式传感器 磁磁电电式式传传感感器器第31页，共42页，编辑于2022年，星期二4 磁阻式传感器磁阻式传感器 磁磁电电式式传传感感器器第32页，共42页，编辑于2022年，星期二5 应用应用b)测速电机测速电机a)磁电式车速传感器磁电式车速传感器磁磁电电式式传传感感器器第33页，共42页，编辑

15、于2022年，星期二3.6压电式传感器压电式传感器 1.变换原理变换原理:压电效应压电效应 某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象部被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。称为压电效应。第第三三章章常常用用传传感感器器第34页，共42页，编辑于2022年，星期二压电效应压电效应q=DF压压电电式式传传感感器器第35页，共42页，编辑于2022年，星期二F+2、测量电路、测量电路 a)a)电压

16、放大器电压放大器压压电电式式传传感感器器第36页，共42页，编辑于2022年，星期二 b)b)电荷放大器电荷放大器F+压压电电式式传传感感器器第37页，共42页，编辑于2022年，星期二3 应用应用b)压力变送器压力变送器a)加速度计，力传感器加速度计，力传感器 压压电电式式传传感感器器第38页，共42页，编辑于2022年，星期二案例：案例：飞机模态分析飞机模态分析压压电电式式传传感感器器第39页，共42页，编辑于2022年，星期二3.7传感器选用原则传感器选用原则 选择传感器主要考虑灵敏度、线性范围、响应特性、稳定性选择传感器主要考虑灵敏度、线性范围、响应特性、稳定性、精确度、测量方式等六个

17、方面的问题。、精确度、测量方式等六个方面的问题。1、灵敏度、灵敏度 一一般般说说来来，传传感感器器灵灵敏敏度度越越高高越越好好，但但在在确确定定灵灵敏敏度时，要考虑以下几个问题。度时，要考虑以下几个问题。a)灵敏度过高引起的干扰问题；灵敏度过高引起的干扰问题；b)量程范围。量程范围。c)交叉灵敏度问题。交叉灵敏度问题。第第三三章章常常用用传传感感器器第40页，共42页，编辑于2022年，星期二3 响应特性响应特性 传传感感器器的的响响应应特特性性是是指指在在所所测测频频率率范范围围内内，保保持持不不失真的测量条件。失真的测量条件。实实际际上上传传感感器器的的响响应应总总不不可可避避免免地地有有

18、一一定定延延迟迟，但但总希望延迟的时间越短越好。总希望延迟的时间越短越好。2 线性范围线性范围 任任何何传传感感器器都都有有一一定定的的线线性性工工作作范范围围。在在线线性性范范围围内内输输出出与与输输入入成成比比例例关关系系，线线性性范范围围愈愈宽宽，则则表表明明传传感感器器的的工工作作量量程程愈愈大大。传传感感器器工工作作在在线线性性区区域域内内，是是保保证证测量精度的基本条件。测量精度的基本条件。传传感感器器选选用用原原则则 第41页，共42页，编辑于2022年，星期二4 稳定性稳定性 稳稳定定性性是是表表示示传传感感器器经经过过长长期期使使用用以以后后，其其输输出出特特性性不不发发生生变变化化的的性性能能。影影响响传传感感器器稳稳定定性性的的因因素素是是时时间间与与环环境。境。5 精确度精确度 传传感感器器的的精精确确度度是是表表示示传传感感器器的的输输出出与与被被测测量量的的对对应程度。应程度。6 测量方式测量方式 传传感感器器工工作作方方式式，也也是是选选择择传传感感器器时时应应考考虑虑的的重重要要因因素素。例例如如，接接触触与与非非接接触触测测量量、破破坏坏与与非非破破坏坏性性测测量量、在线与非在线测量等。在线与非在线测量等。传传感感器器选选用用原原则则 第42页，共42页，编辑于2022年，星期二