传感器技术应用与技能训练 教学课件 ppt 作者 刘伦富 模块六　位 移 检 测

模块六 位 移 检 测,主编,模块六 位 移 检 测,图6-1 位移传感器的分类,模块六 位 移 检 测,1.了解常用位移传感器的工作原理与特性。 2.能根据要求选择合适的位移传感器。 3.掌握位移传感器的应用与安装接线。 任务一 电位器式传感器及其应用 1.电位器式传感器概述 电位器是一种常用的机电元件，广泛应用于各类电器和电子设备中。电位器式传感器可将机械的直线位移或角位移输入量转换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。它除了用于线位移和角位移测量外，还广泛应用于测量压力、加速度、液位等物理量。,模块六 位 移 检 测,2. 电位器式传感器的结构 电位器式传感器主要由电阻和电刷（动触点）两部分组成，可以作为可变电阻器使用，也可作为分压器使用。电位器式传感器的外形与结构如图62所示。电位器式传感器结构简单、体积小、质量轻、价格低廉、性能稳定，对环境条件要求不高，输出信号较大，一般不需放大，并易实现函数关系的转换；但电阻元件与电刷间由于存在摩擦、磨损等，故其精度不高，动态响应较差，主要适合于测量变化较缓慢的物理量。,模块六 位 移 检 测,图6-3 电位器式传感器测量转换电路原理,图6-2 电位器式传感器外形与结构,模块六 位 移 检 测,3.电位器式传感器的工作原理 图63所示是电位器式传感器测量转换电路原理。当电刷（动触点）C点沿电阻体的接触面从B滑向A端时，电刷两边的电阻随之发生变化，设电阻体全长为L，总电阻为R，电刷移动距离为x，则变阻器的电阻值为 4.电位器式传感器的种类 根据输入输出特性的不同，电位器式传感器可分为线性电位器和非线性电位器两种；根据结构形式的不同，又可分为线绕和非线绕电位器式传感器。非线绕电位器式传感器主要有合成膜电位器、金属膜电位器、导电塑料电位器、导电玻璃釉电位器和光电电位器式传感器等。,模块六 位 移 检 测,图6-4 LS10型导电塑料线位移传感器,模块六 位 移 检 测,图6-5 KTS型精密导电塑料线位移传感器,5.电位器式传感器的应用 (1)弹性压力计。 (2)液位传感器。,模块六 位 移 检 测,图6-6 电位器式压力传感器,(1)弹性压力计。图6-6a和图1-9是电位器式压力传感器(弹性压力计)结构示意图，图6-6b为其实物。它将弹性元件的形变或位移转换为电信号输出。 (2)液位传感器。生产中经常要检测塔、罐、箱等内部盛装液体的高度(即量的多少)，如化工厂的储藏罐、车辆的油量检测等。图6-7所示为车辆油位传感器，其中图6-7b为其工作原理，油量变化时，浮子通过杠杆带动电位器的电刷在电阻上滑动,模块六 位 移 检 测,图6-7 车辆油位传感器,1.器材准备 滑线变阻器、数字毫伏电压表、150mm游标卡尺、稳压电源。,模块六 位 移 检 测,2.方法与步骤 1)按照图6-8所示接线图接线。2)电压表正表笔连接滑线变阻器的滑动端，负表笔接电源负极。 3)记录数据。 求Ui值：将滑动端推至电阻器的起始端，记录电压表的显示值，即Ui值。 用游标卡尺定位，将滑动端推至距起始点25mm处，逐次增加25mm，分别将电压显示值记录于表6-1中。表61 实验数据记录表,表6-1 实验数据记录表,4)将测得的电压Uo与位移x的数值画在图6-9所示的坐标图中，,模块六 位 移 检 测,观察Uo与x是否成线性关系。5)实验结论：输出电压与电阻线位移传感器的位移成正比，即线性关系。,图6-8 滑线电阻器模拟电位器式传感器实验,图6-9 电压与位移x的关系,模块六 位 移 检 测,1.差动变压器式传感器的工作原理 差动变压器式传感器的工作原理实质就是变压器的工作原理，其结构如图610a所示，它主要包括可自由移动的杆状可动铁心、一次绕组和二次绕组等。图610b是差动变压器式传感器的原理。一、二次绕组间的互感能量随可动铁心的移动而变化。使用时，铁心的一端与被测物体连接，当被测物体移动时，铁心也被带动在一、二次绕组间移动，改变其空间磁场分布，改变了一、二次绕组之间的互感量M。,模块六 位 移 检 测,当一次绕组供给一定频率的交变电压时，二次就产生了感应电动势，随着铁心的位置不同，二次侧产生的感应电动势也不同。,图6-10 差动变压器式传感器的结构与原理,模块六 位 移 检 测,1)当可动铁心位于绕组的中心位置时，U21U22，Uo0。 2)当铁心向上移动时，则M1大，M2小，U21U22，Uo0。 3)当铁心向下移动时，则M1小，M2大，U21U22，Uo0。,图6-11 差动变压器式传感器输出电压曲线,模块六 位 移 检 测,2.测量电路 差动变压器的输入、输出电压是交流电压，它与铁心位移成正比，如果用交流电压表测量其输出电压存在下列问题：一是总有零位电压输出，因而零位附近的小位移量的测量比较困难；二是交流电压表无法判断铁心运动方向。所以在差动变压器测量转换电路中常采用差动整流电路，如图612所示。 1.器材准备 CSTLVDA型差动变压器式传感器、WYDC系列差动变压器式传感器、钢尺、DT890型数字万用表、可调稳压电源、电工工具。,模块六 位 移 检 测,图6-12 差动整流电路,模块六 位 移 检 测,6Z13.TIF,模块六 位 移 检 测,图6-13 差动变压器式位移传感器的结构及实物,模块六 位 移 检 测,图6-14 CST-LV-DA型差动变压器式传感器的接线图,3.测量差动变压器式传感器的位移发生变化时的输出电压,表6-2 差动变压器式传感器的位移变化与输出电压实验数据,模块六 位 移 检 测,图6-15 YST-1型差动压力变送,模块六 位 移 检 测,1.压力测试 图615是YST1型差动压力变送器，它适用于测量生产中液体、水蒸气及气体的压力。在无压力（P=0）时，固定在弹性波纹膜盒中心的可动铁心位于差动变压器的初始平衡位置，即保证传感器输出电压为零。当被测压力P由接头输入到波纹膜盒中心时，膜盒的自由端面（图中上端面）便产生一个与P成正比的位移，且带动可动铁心在垂直方向向上移动，差动变压器则输出与被测压力成正比的电压，该电压经测量电路处理后，送给二次仪表加以显示2.振动和加速度的测量,模块六 位 移 检 测,图6-16 差动变压器式振动传感器的原理,表6-3 项目评价标准,模块六 位 移 检 测,1.了解超声波及其传感器的特性。 2.懂得超声波传感器在生产中的应用。 3.懂得超声波传感器的结构，能对其进行安装、调试。 【任务引入】 1.认识超声波传感器的探头,图6-17 超声波传感器压电式探头的结构简图,模块六 位 移 检 测,图6-18 各种形式的超声波探头,模块六 位 移 检 测,2.超声波传感器的系统 超声波传感器的探头必须与测量、控制电路结合才能正常发射和接收超声波信号，通过显示电路才能观察到测量结果。超声波传感器的测量电路一般由处理单元、输出电路组成。处理单元控制超声波信号的发送和接收、串行数据发送、计算测距的数值和温度校正。超声波传感器的显示仪表，一般由LED数字电路组成，LED上直接显示被测距离。图619所示是超声波传感器系统构成框图。图620所示是超声波传感器测距基本电路实物图,图6-19 超声波传感器系统构成框图,图6-20 超声波传感器测距基本电路实物,模块六 位 移 检 测,3.超声波传感器的应用,图6-21 超声波传感器测距原理图,(1)利用超声波传感器测量液位。,模块六 位 移 检 测,图6-22 汽车倒车防撞系统,图6-23 超声波传感器测量液位,模块六 位 移 检 测,(3)超声波无损探伤。,图6-25 超声波探伤及显示情况示意图,(2)利用超声波传感器测量厚度。,图6-24 利用超声波传感器测量厚度,模块六 位 移 检 测,【知识拓展】 1.利用超声波测量液体的密度 超声波不仅能用于测量距离还可以用于测量液体的密度。图626为超声波测量液体密度的原理示意图。图中采用超声波双晶直探头测量，探头安装在测量室（贮油箱）的外侧。如测量室的长度为L，探头从发射到接收超声波所需的时间为t，则由v=2L/t可知超声波在液体中的传播速度。由于超声波在液体中的传播速度v与液体的密度有关，因此可通过时间t的大小来反映液体的密度。2.超声波的检测方式,模块六 位 移 检 测,超声波按其检测方式可分为反射型和对射型。超声波在同一媒介中作直线传播，传播到不同媒介的临界面会出现反射，应用超声波的反射可测量距离，如移动物体间的距离、液位高度、物体的厚度等。但有些场合，如被测物体过小、回波不强或被测物体外形不规则等，就会影响超声波反射，这时需采用对射型检测方法。对射型检测是利用发射器与接收器间物体对超声波光束的衰减或遮断程度不同进行检测的方式。图627所示为超声波对物体进行对射型探伤检测与计数的示意图。,模块六 位 移 检 测,一般说来，平面状物体（如液体、箱子、塑料片、纸、玻璃等）适合超声波反射型检测；下列情形适合对射型检测：被测物体移动空间定位；被测物体过小，回波不强；被测物体外形不规则；被测物体表面介质对超声波反射不佳，如吸音材质；被测物体周边有其他障碍物，且其他障碍物对超声波优先反射或产生回声干扰；测量环境是管状物，管径较小。值得一提的是，超声波对射型传感器能检测透明物体，而光电式传感器则不能检测透明的物体。,图6-26 超声波测量液体密度的原理示意图,模块六 位 移 检 测,图6-27 超声波探伤与计数,模块六 位 移 检 测,*项目三 利用光栅位移传感器检测位移 1.懂得光栅位移传感器的结构。 2.了解光栅位移传感器的基本工作原理。 3.能对光栅位移传感器检测系统进行安装、调试与维修。 任务一 认识光栅位移传感器,图6-28 光栅,模块六 位 移 检 测,1.光栅的概念 由大量等宽、等间距的平行狭缝组成的光学器件称为光栅，如图628所示。根据光线走向的不同，光栅可分为透射式光栅和反射式光栅。用玻璃制成的光栅称为透射式光栅，它是在透明玻璃上刻出大量等宽、等间距的平行刻痕，每条刻痕处是不透光的，而两刻痕之间是透光的。用不锈钢制成的光栅称为反射式光栅。,图6-29 莫尔条纹,模块六 位 移 检 测,2.光栅的工作原理 把两块栅距相同的光栅刻线面平行安装，且让它们的刻痕之间有较小的夹角。在刻线的重合处，光从缝隙透过形成亮带，如图629的aa线所示；在两光栅刻线的错开处，由于相互挡光作用而形成暗带，如图629的bb线所示。这种亮带和暗带形成的明暗相间的条纹称为莫尔条纹。莫尔条纹的方向与刻线方向近似垂直，故又称横向莫尔条纹。相邻两莫尔条纹的间距BH3.光栅位移传感器的结构 光栅位移传感器数显测试系统包括光栅读数头、光栅数显表两大部分。光栅读数头利用光栅原理把输入量(位移量)转换成相应的电信号，即光栅位移传感器；光栅数显表是实现细分(提高光栅的分辨力)、辨向(辨别光栅移动方向)和显示功能的电子系统。,模块六 位 移 检 测,图6-30 光栅位移传感器的结构与系统,模块六 位 移 检 测,1.器材准备 BG1型光栅位移传感器系统一套，电工工具一套，万用表、绝缘电阻表各一块。 2.观察BG1型光栅位移传感器数显系统,图6-31 BG1型闭式光栅位移传感器系统的外形,模块六 位 移 检 测,3.BG1型光栅位移传感器系统的安装 一般将主尺（标尺光栅）安装在机床的工作台（滑板）上，随机床走刀而动，读数头固定在床身上，尽可能使读数头安装在主尺的下方，安装方式的选择必须注意避开切屑、切削液及油液的溅落方向。如果由于安装位置限制必须采用读数头朝上的方式时，则必须增加辅助密封装置。另外，读数头应尽量安装在相对机床静止的部件上，此时输出导线不移动且易固定，而尺身则应安装