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1、机械系统动态测试与分析机械系统动态测试与分析力、压力和位移测试力、压力和位移测试内容内容 1、力传感器及其测量技术、力传感器及其测量技术2、流体压力传感器及其测量技术、流体压力传感器及其测量技术3、位移传感器及其测量技术、位移传感器及其测量技术重点重点：掌握各种常见的力、压力和位移测量方：掌握各种常见的力、压力和位移测量方法法 n力力物体对物体的作用：物体对物体的作用：物体变形；物体运动物体变形；物体运动 单位：牛顿（单位：牛顿（N）、千牛（）、千牛（kN）、公斤（）、公斤（kg）1 kg 9.8 Nn分类：静力、动态力分类：静力、动态力n应用：称重、应变、扭矩应用：称重、应变、扭矩1 1、力
2、测量、力测量动力效应测力(Dynamic Effect)：测量物体的质量及其所获得的加速度，计算测定力值。F=ma。静力效应测力(Static Effect)：通过测量物体的变形量，或与应力相关的物理效应来测量力值。测力原理测力仪弹性体的结构形式柱状变形体5kN5MN管状变形体1MN20MN径向受载变形体5N测力仪弹性体的结构形式双铰链弯曲杆变形体-产生产生附加弯矩附加弯矩-造成测力误差造成测力误差 采用径向刚度大大高于轴向刚度的横向采用径向刚度大大高于轴向刚度的横向定位膜片定位膜片n特点特点: :体积小、结构紧凑、构造简单、可以承受很大的载荷体积小、结构紧凑、构造简单、可以承受很大的载荷类型
3、类型1弹性柱（筒）弹性柱（筒） 2应变片应变片3横向定位膜片横向定位膜片 4传感器体传感器体应变式应变式 剪切梁式测力传感器剪切梁式测力传感器n结构结构敏感元件敏感元件剪切梁剪切梁 受力受力F F作用，在梁的切向产生剪切力（沿梁的方向等强度分布）作用，在梁的切向产生剪切力（沿梁的方向等强度分布） 切应力切应力与梁的中心轴线成与梁的中心轴线成4545方向有拉伸和压缩应力方向有拉伸和压缩应力转换元件转换元件应变片应变片 贴在梁侧面与中心轴成贴在梁侧面与中心轴成4545度并相互垂直的位置上度并相互垂直的位置上转换电路转换电路电桥电桥 R R1、R R3受拉伸受拉伸增加；增加；R R2、R R4受压缩
4、受压缩减小减小全桥测量全桥测量n特点：体积小、结构简单、线性好、测量精度高特点：体积小、结构简单、线性好、测量精度高FR1(R3) R2(R4)剪切力FdQijdij 压电常数某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生符号相反的电荷；当外力去掉时，又重新且内部会被极化，表面产生符号相反的电荷；当外力去掉时，又重新回到不带电的状态，且当作用力方向改变时回到不带电的状态，且当作用力方向改变时, 电荷的极性也随之改变。电荷的极性也随之改变。这种机械能转为电能的现象这种机械能转为电能的现象, 称为称为
5、“正压电效应正压电效应”，相反，相反,当在电介质当在电介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生变形极化方向施加电场，这些电介质也会产生变形, 这种现象称为这种现象称为“逆压逆压电效应电效应”（电致伸缩效应）。（电致伸缩效应）。压电效应压电传感器可以等效为一个电荷源，电容器上的开路电压压电传感器可以等效为一个电荷源，电容器上的开路电压e ea a, ,电荷量电荷量q q及电容及电容CaCa关系为：关系为：压电传感器也可以等效为一个与电容相串联的电压源压电传感器也可以等效为一个与电容相串联的电压源（Ra为压电传感器的泄漏电阻）为压电传感器的泄漏电阻）aaCqe 等效电路等效电路 压电传感器在实际使
6、用时总要与测量仪器或测量电路相连接压电传感器在实际使用时总要与测量仪器或测量电路相连接, , 因此还须考虑连接因此还须考虑连接电缆的等效电容电缆的等效电容CcCc, , 放大器的输入电阻放大器的输入电阻RiRi, , 输入电容输入电容CiCi，这样压电传感器在测量系统中的实际等效电路如这样压电传感器在测量系统中的实际等效电路如图图压电式压电式 动态动态力传感器力传感器n结构结构敏感元件敏感元件弹性膜片弹性膜片 受力受力F F作用，弹性膜片传递力作用，弹性膜片传递力转换元件转换元件压电元件压电元件 转换电路转换电路 电压放大器电压放大器受频率以及电缆影响，一般精度测量受频率以及电缆影响，一般精度
7、测量 电荷放大器电荷放大器几乎不受电缆长度影响，高精度测量几乎不受电缆长度影响，高精度测量压电元件压电元件传感器体传感器体弹性膜片弹性膜片电极电极引线引线F压电式压电式 动态动态力传感器力传感器n应用应用电荷泄漏电荷泄漏不可用于静态、准静态信号的测量不可用于静态、准静态信号的测量减小电缆的影响减小电缆的影响固定好传感器的引出电缆选用低噪声的同轴电缆 接地问题接地问题 消除接地回路：绝缘连接、单点接地转换电路转换电路错误的 正确的 电缆应在振动最小点离开试件C错误 正确 在振动最小点离开试件 压磁效应：压磁效应：工业纯铁、硅钢等铁磁材料在机械力的作用下磁导工业纯铁、硅钢等铁磁材料在机械力的作用下
8、磁导率发生变化；率发生变化；硅钢受硅钢受压缩压缩时，其导磁率沿应力方向下降，而沿应力的垂向增时，其导磁率沿应力方向下降，而沿应力的垂向增加；在受加；在受拉伸拉伸时，导磁率变化正好相反。时，导磁率变化正好相反。 3）压磁式测力仪压磁式测力仪输出感应电输出感应电势很大，可势很大，可测很大负荷，测很大负荷，达达1MN以上，以上，精度精度1。硅钢叠片上开有硅钢叠片上开有4 4个对称的通孔，孔中分别绕有互相垂直的个对称的通孔，孔中分别绕有互相垂直的两个线圈，一个线圈为励磁绕组，另一个为测量绕组。无外两个线圈，一个线圈为励磁绕组，另一个为测量绕组。无外力作用时，磁力线不和测量绕组交链，测量绕组不产生感应力
9、作用时，磁力线不和测量绕组交链，测量绕组不产生感应电势。当受外力作用时，磁力线分布发生变化，部份磁力线电势。当受外力作用时，磁力线分布发生变化，部份磁力线和测量绕组交链，并在绕组中产生感应电势，且作用力愈大，和测量绕组交链，并在绕组中产生感应电势，且作用力愈大，感应电势愈大。感应电势愈大。 测力装置的动态测量注意问题测力装置的动态测量注意问题n动态误差动态误差负载效应负载效应：改变：改变/ /影响了被测体状态，造成力测量的误影响了被测体状态，造成力测量的误差差 直接利用被测系统的直接利用被测系统的构件构件作为测力装置的弹性元作为测力装置的弹性元件件测量装置阻尼力及惯性力的影响（弹性测量装置阻尼
10、力及惯性力的影响（弹性质量）质量） 测量装置为测量装置为二阶系统二阶系统，其频率特性不满足不失真测量，其频率特性不满足不失真测量 在整个频率范围内进行全面标定和校准在整个频率范围内进行全面标定和校准测力装置的动态测量测力装置的动态测量n交叉干扰交叉干扰多向测力，相互影响多向测力，相互影响精心设计弹性元件，使变精心设计弹性元件，使变形合理形合理正确选择应变片粘贴部位正确选择应变片粘贴部位利用修正来减小交叉干扰利用修正来减小交叉干扰LC05系列压电石英力传感器产品系列压电石英力传感器产品测量动态、短期静态的振动和冲击力，机械结构的拉伸和压缩力测量动态、短期静态的振动和冲击力，机械结构的拉伸和压缩力
11、与激振器配合，能够测量和控制激振力与激振器配合，能够测量和控制激振力与加速度、速度传感器配合，可测量机械阻抗与加速度、速度传感器配合，可测量机械阻抗型型号号 灵灵敏敏度度 pC/N 量量程程压压缩缩/拉拉伸伸 重重量量 gm LC0501 4 5/1 kN 22 LC0502 4 50/20 kN 50 LC0503 4 100 kN 100 LC0504 4 300kN 200 LC05 系系列列有有如如下下共共同同指指标标： 1.固固有有频频率率40 kHz 2.线线性性度度1%FS 3.绝绝缘缘电电阻阻1012 其他测量方法：电感式测力传感器电容式测力传感器振弦式测力传感器n流体压强流体
12、压强单位面积上所受到的流体作用力，单位面积上所受到的流体作用力，即即垂直作用力垂直作用力/面积面积 工程上则习惯于称其为工程上则习惯于称其为“压力压力”单位：单位：Pa(帕帕、N/m2 ) 、兆帕（、兆帕（MPa） 1Pa=1N/m2应用：气压、液应用：气压、液/油压油压2 2、流体压力测量、流体压力测量标准大气压：标准大气压：定义为在温度为定义为在温度为0，纬度为，纬度为45的的海平面上，重力加速度为海平面上，重力加速度为9.80665m/s2 时的压力时的压力1atm=760mmHg=101.325kPa1bar=100kPa1)基本概念基本概念n大气压力：大气压力：大气层对地球表面单位面
13、积上所产生的压力，即大气的自重对大气层对地球表面单位面积上所产生的压力，即大气的自重对地球表面产生的压力。地球表面产生的压力。n表压力（正压）：表压力（正压）：超过大气压以上的压力数值，即测压仪表显示的压力值超过大气压以上的压力数值，即测压仪表显示的压力值n绝对压力：绝对压力：相对绝对真空所测得的压力（表压力与大气压力之和），又称相对绝对真空所测得的压力（表压力与大气压力之和），又称总压力或全压力总压力或全压力n负压力（疏空）：负压力（疏空）：绝对压力小于大气压力时，大气压力与绝对压力之差绝对压力小于大气压力时，大气压力与绝对压力之差n真空度：真空度：小于大气压力的绝对压力小于大气压力的绝对压
14、力压力不是基准量，是力和面积的导出量压力标准是由准确度很高的标准仪器提供的2)测压方法：液压式测压法电气式测压法负荷测压法弹性变形测压法U U形管压力计测量技术形管压力计测量技术n原理：压力平衡原理：压力平衡U U形管形管定量工作液体定量工作液体若一端通压力（或大气）若一端通压力（或大气）P P0 0，另一端接被测压力，另一端接被测压力P P h h为两侧的液面差值为两侧的液面差值, ,为为重度重度（密度密度x gx g重力加速度）重力加速度） 被测介质（如气体）重度被测介质（如气体）重度远小于远小于工作液体的重度：工作液体的重度：012()PPh P0Ph211工作液体工作液体2被测介质被测
15、介质01.PPh 1 1越小，越小，h h就越大就越大, ,说明选用密度较小的说明选用密度较小的工作液体，可以工作液体，可以提高提高压力计的压力计的灵敏度灵敏度。 流体压力测量流体压力测量U U形管压力计测量技术形管压力计测量技术n精度：取决于精度：取决于刻度刻度及及读数读数的方式的方式一般一般U形管压力计读数刻度的最小单位是形管压力计读数刻度的最小单位是1mm配备光学读数装置，提高读数精度配备光学读数装置，提高读数精度n适用范围适用范围测量低压测量低压负压或压差负压或压差n优点优点: :结构简单、使用方便、价格低廉结构简单、使用方便、价格低廉n缺点缺点: :玻璃管易破碎、体积偏大、读数不方便
16、玻璃管易破碎、体积偏大、读数不方便 流体压力测量流体压力测量P0Ph211工作液体工作液体2被测介质被测介质U U形管压力计测量技术形管压力计测量技术n误差误差环境条件的影响环境条件的影响读数标尺因温度变化会膨胀或收缩读数标尺因温度变化会膨胀或收缩工作液体比重也会受当地温度和重力加速度的影响工作液体比重也会受当地温度和重力加速度的影响安装的影响：安装的影响：自由悬挂自由悬挂毛细管现象的影响毛细管现象的影响管内的毛细现象管内的毛细现象: :将使液柱产生附加的升高或降低，其值将使液柱产生附加的升高或降低，其值取决于工作液的种类、温度及管子内径取决于工作液的种类、温度及管子内径要求所用液柱管的内径不
17、能太细要求所用液柱管的内径不能太细读数方面的影响读数方面的影响由于液体与固体间由于液体与固体间表面张力表面张力的影响，玻璃管中水银柱液体的影响，玻璃管中水银柱液体是凸起的，而水面则是下凹的是凸起的，而水面则是下凹的读数时，应注意从凸面或凹面的顶点算起读数时，应注意从凸面或凹面的顶点算起流体压力测量流体压力测量斜管微压计斜管微压计n结构：结构： U形管的垂直管倾斜到夹角形管的垂直管倾斜到夹角，放大了读数放大了读数n精度精度：读数最小单位是读数最小单位是0.1mm0.1mmn适用范围：适用范围：专供测量专供测量微小压力微小压力的实验用仪器的实验用仪器 流体压力测量流体压力测量0sinPPL 实际应
18、用时实际应用时可以改变，可以改变，越小，灵敏度越高越小，灵敏度越高 液面拉得也越长，会影响读数的准确性，并且液面拉得也越长，会影响读数的准确性，并且太小太小会使压力测量范围过小会使压力测量范围过小 一般一般不小于不小于15150 0 弹性式压力计：弹性式压力计：波登管、膜片、波纹管波登管、膜片、波纹管n波登管波登管: :指针式压力计指针式压力计的弹性敏感元件的弹性敏感元件横截面为空心横截面为空心椭圆椭圆形或形或扁圆扁圆形的金属管形的金属管通入有一定压力的流体时，管内外的压力差迫使管通入有一定压力的流体时，管内外的压力差迫使管截面趋于圆截面趋于圆形形，导致波登管封闭的自由端产生线位移或角位移，导
19、致波登管封闭的自由端产生线位移或角位移横截面纵横直径比愈大，波登管灵敏度越高，但强度降低横截面纵横直径比愈大，波登管灵敏度越高，但强度降低优点是优点是：测量精度高，可测兆帕级压力：测量精度高，可测兆帕级压力缺点是缺点是：尺寸大，固有频率较低，不宜作为：尺寸大，固有频率较低，不宜作为动态测量动态测量流体压力测量流体压力测量弹性式压力计：弹性式压力计：波登管、膜片、波纹管波登管、膜片、波纹管n膜片膜片: :中低压压力计的敏感元件中低压压力计的敏感元件在压力作用下，迫使在压力作用下，迫使膜片膜片产生相应的产生相应的弹性变形弹性变形位移位移借助连杆组经传动机构的传动并予放大借助连杆组经传动机构的传动并
20、予放大齿轮齿轮指针指针在膜片表面粘贴在膜片表面粘贴应变片应变片来感测其表面应变来感测其表面应变平膜片平膜片: :周边固定的弹性膜片周边固定的弹性膜片, ,最低阶固有频率与膜片厚度、膜最低阶固有频率与膜片厚度、膜片半径、膜片材料的密度、弹性膜量等许多因素有关片半径、膜片材料的密度、弹性膜量等许多因素有关波纹膜片和膜盒：灵敏度高波纹膜片和膜盒：灵敏度高流体压力测量流体压力测量弹性式压力计：弹性式压力计：波登管、膜片、波纹管波登管、膜片、波纹管n波纹管波纹管: :指针式压力计指针式压力计的弹性敏感元件的弹性敏感元件在压力作用下，迫使波纹管轴向产生相应的弹性变形在压力作用下，迫使波纹管轴向产生相应的弹
21、性变形位移位移特点：在较低的压力下得到较大的变位，灵敏特点：在较低的压力下得到较大的变位，灵敏适用介质：液体，空气，天然气及相容气体适用介质：液体，空气，天然气及相容气体 黄铜波纹管、不锈钢波纹管黄铜波纹管、不锈钢波纹管流体压力测量流体压力测量动态流体压力测量动态流体压力测量n应变式应变式弹性元件：弹性元件：悬链膜片、平膜片悬链膜片、平膜片等等转换元件：采用应变片来感受弹转换元件：采用应变片来感受弹性元件受压后的局部变形性元件受压后的局部变形转换电路：电桥转换电路：电桥常用应变式压力传感器常用应变式压力传感器悬链膜片悬链膜片- -应变筒式应变筒式平膜片式平膜片式流体压力测量流体压力测量动态流体
22、压力测量动态流体压力测量n应变式应变式: :SPTA系列系列流体压力测量流体压力测量n敏感元件采用合金材料与箔式自补敏感元件采用合金材料与箔式自补偿应变片组成全桥电路，内装高精偿应变片组成全桥电路，内装高精度、低噪声、低漂移集成放大器度、低噪声、低漂移集成放大器n输出信号可达输出信号可达5V,5V,可解决小信号的远可解决小信号的远距离传输距离传输n精度高，稳定性好，结构简单，使精度高，稳定性好，结构简单，使用方便用方便n适用于气体，液体及腐蚀介质的静适用于气体，液体及腐蚀介质的静态及缓变压力参数的测量态及缓变压力参数的测量压力范围压力范围00.5; 0.6; 0.8; 1; 3; 6; 10;
23、 15; 20; 25; 60MPa输出电压输出电压1V; 3V; 5V系统精度系统精度0.10.3%F.S零点温漂零点温漂0.10.3%F.S/10灵敏度温漂灵敏度温漂0.10.3%F.S/10供电电压供电电压15VD.C工作环境温度工作环境温度-40+90过载能力过载能力120%重量重量约约130克克负载阻抗负载阻抗10K动态流体压力测量动态流体压力测量n压阻式压阻式弹性元件：弹性元件：单晶硅平膜片单晶硅平膜片转换元件：沿一定晶轴方向扩散着转换元件：沿一定晶轴方向扩散着一些长条形电阻一些长条形电阻应变片应变片转换电路：电桥转换电路：电桥特点：灵敏度比一般金属应变片高特点：灵敏度比一般金属应
24、变片高的多的多 流体压力测量流体压力测量动态流体压力测量动态流体压力测量n压电式压电式弹性元件：膜片式弹性元件：膜片式转换元件：压电元件转换元件：压电元件转换电路：电荷放大器转换电路：电荷放大器传感器有很高的固有频率传感器有很高的固有频率流体压力测量流体压力测量膜片膜片压电元件压电元件引线引线压力压力壳体壳体绝缘绝缘电极电极动态流体压力测量动态流体压力测量n压电式：压电式： 6301流体压力测量流体压力测量 测量液体、气体的缓变和速变压力测量液体、气体的缓变和速变压力 主要技术指标主要技术指标压力范围：压力范围：6Mpa 最大压力：最大压力：10MPa 灵灵 敏敏 度：度：210-4pC/Pa
25、非线性度：非线性度：1% 满量程满量程迟迟 滞：滞：0.5% 满量程满量程谐振频率：谐振频率：125kHz上升时间：上升时间：2.4s电电 容：容：8pF绝缘电阻：绝缘电阻：1012温度范围：温度范围：-196+200重重 量：量：24.5g动态流体压力测量动态流体压力测量n压电式：压电式：AKAK系列系列流体压力测量流体压力测量采用外壳和膜片为一体的采用外壳和膜片为一体的圆膜片结构圆膜片结构频响高，精度高，性能稳频响高，精度高，性能稳定可靠定可靠适用于各种动、静态，气、适用于各种动、静态，气、液体介质的压力测量液体介质的压力测量尺寸小，安装方便尺寸小，安装方便连接螺纹：连接螺纹：M20M20
26、1.51.5最小外形尺寸最小外形尺寸1010 压力传感器标定压力传感器标定n静态标定：确定传感器的静态指标静态标定：确定传感器的静态指标灵敏度灵敏度非线性度、重复性非线性度、重复性精度精度量程量程n动态标定动态标定频率响应特性频率响应特性流体压力测量流体压力测量n标定方法通常两种：na)将测压系统与标准系统的示值在相同条件下进行比较；nb)将测压系统的示值与标准压力比较。一般在测压系统的测量范围内，均匀地选择至少5个以上的测试点（包括起点与终点）压力传感器标定压力传感器标定n静态标定静态标定仪器：标准活塞压力计仪器：标准活塞压力计 以作用在某一以作用在某一确定面积上的已知重力确定面积上的已知重
27、力来平衡被测压力的来平衡被测压力的 确定的柱塞面积、精确的标准砝码确定的柱塞面积、精确的标准砝码流体压力测量流体压力测量砝码砝码H柱塞柱塞压力计压力计油杯油杯标定传感器标定传感器压力压力油缸油缸手手轮轮柱塞座柱塞座阀门阀门油缸活塞油缸活塞工作原理工作原理被标定：压力计、传感器被标定：压力计、传感器油杯手轮油缸活塞油杯手轮油缸活塞充油充油砝码手轮砝码手轮H砝码砝码/标准压力标准压力（确定面积上的已知重力确定面积上的已知重力）高精度：宽量程（标准砝码）高精度：宽量程（标准砝码）压力传感器标定压力传感器标定n静态标定静态标定应变式、压阻式压力传感器应变式、压阻式压力传感器均匀、逐步加载和卸载均匀、逐
28、步加载和卸载加砝码时要避免因冲击引起的压力值的过冲加砝码时要避免因冲击引起的压力值的过冲滞后特性滞后特性压电式压力传感器压电式压力传感器 测量系统具有足够高的绝缘电阻，以防止电荷的泄露测量系统具有足够高的绝缘电阻，以防止电荷的泄露 为提高标定精度，标定过程中采用为提高标定精度，标定过程中采用快速卸载法快速卸载法 流体压力测量流体压力测量压力传感器标定压力传感器标定n动态标定动态标定标准激励信号标准激励信号 周期函数：如正弦波、三角波等周期函数：如正弦波、三角波等 以正弦波为常用，如正弦压力信号发生器以正弦波为常用，如正弦压力信号发生器低压、低压、低频率低频率瞬变函数：如阶跃波、半阶跃波等瞬变函
29、数：如阶跃波、半阶跃波等 以阶跃波最常用，适用于高频范围标定以阶跃波最常用，适用于高频范围标定流体压力测量流体压力测量压力传感器标定压力传感器标定n动态标定动态标定标准激励信号：激波管装置标准激励信号：激波管装置 流体压力测量流体压力测量激波管高压管段激波管高压管段压力表压力表 膜片膜片低压管段低压管段高压气源高压气源 刺膜机构刺膜机构触发点触发点 传感器传感器触发点触发点被标定：传感器被标定：传感器高压气源高压气源激波管激波管高压管段高压管段压力表压力表形成一定的压力形成一定的压力刺膜机构刺膜机构膜片膜片音速激波音速激波低压管段低压管段传感器传感器阶跃激励（陡峭的前沿，阶跃激励（陡峭的前沿，
30、持续的平台时间），传感器按自身固有频率产生衰减振荡，系统记录从而确定持续的平台时间），传感器按自身固有频率产生衰减振荡，系统记录从而确定传感器动态特性。传感器动态特性。阶跃压力波：阶跃压力波：10MPa3 3、位移测量、位移测量n位移位移物体移动的距离物体移动的距离 微小移动距离：毫米纳米微小移动距离：毫米纳米n单位：单位：mm(毫米毫米) 、 m (微米微米)n传感器类型传感器类型电感式传感器电感式传感器涡流式传感器涡流式传感器电容式传感器电容式传感器电感式传感器电感式传感器n(单边单边)差动变压器差动变压器结构：结构：2组线圈、一根铁芯组线圈、一根铁芯 线圈线圈1通入交变电流通入交变电流i
31、(t)，在线圈附近空间产生磁通，通过，在线圈附近空间产生磁通，通过耦合，从而在线圈耦合，从而在线圈2产生感生电压产生感生电压U2，则，则 M21是两线圈之间的互感和铁芯的位置有关是两线圈之间的互感和铁芯的位置有关当铁心在两个线圈的孔中左、右移动时，当铁心在两个线圈的孔中左、右移动时，u2随之变化，但随之变化，但是与是与x之间的关系呈现之间的关系呈现非线性非线性，灵敏度也低，灵敏度也低实用中常采用双边实用中常采用双边差动差动变压器结构改善其变压器结构改善其非线性非线性3 3、位移测量、位移测量x u2i(t)M21N1N2212(. ( )dMi tudt电感式传感器电感式传感器n双边（三段式）
32、差动变压器双边（三段式）差动变压器结构：结构：初级线圈、完全对称的反极性串联的次级线圈、衔铁初级线圈、完全对称的反极性串联的次级线圈、衔铁次级开路时输出：与铁心次级开路时输出：与铁心位移、速度位移、速度成正比成正比3 3、位移测量、位移测量1( )sin( .cos. in)2.smommititukixtvt初级初级铁芯铁芯骨架骨架绝缘杆绝缘杆x u2i(t)M21N1N2电感式传感器电感式传感器n双边（三段式）差动变压器双边（三段式）差动变压器双边差动变压器双边差动变压器特性曲线特性曲线 缺点缺点：一个输出，对应两个输入：一个输出，对应两个输入 改善改善：后接：后接相敏相敏检波器检波器线性
33、度：非线性度可达到线性度：非线性度可达到0.1用途：小位移用途：小位移1020mm优点：输出功率大，性能稳定优点：输出功率大，性能稳定 精度高精度高 3 3、位移测量、位移测量理论理论实际实际x0零点零点UT 残余电压残余电压Uoxo3 3、位移测量、位移测量),(irZZ iH1H2i11 1）涡流式传感器涡流式传感器原理原理: :利用金属体在交变磁场中的涡电流效应利用金属体在交变磁场中的涡电流效应铁磁材料铁磁材料：导磁率大大于空气的：导磁率大大于空气的材料（铁氧体、钕铁硼，钐钴）材料（铁氧体、钕铁硼，钐钴）非磁材料非磁材料：铜、铝：铜、铝原线圈的等效阻抗原线圈的等效阻抗Z Z变化：变化：图
34、22),(irZZ 涡流式传感器涡流式传感器n测量系统测量系统灵敏度取决于：灵敏度取决于：被测面材料、被测面形状被测面材料、被测面形状标定标定优点：非接触测量优点：非接触测量 、线性好，工作范围宽，分辨率小、线性好，工作范围宽，分辨率小缺点：灵敏度缺点：灵敏度稍低于稍低于电容式传感器电容式传感器3 3、位移测量、位移测量 UoR L晶晶 体体 振荡器振荡器滤波滤波放大放大检波检波 C1 Ue UxZRZUUex涡流式传感器涡流式传感器3 3、位移测量、位移测量一体化电涡流位移一体化电涡流位移/ /振动振动传感器（内置前置器）传感器（内置前置器） 常用的涡流探头前置器常用的涡流探头前置器涡流式传
35、感器涡流式传感器涡流传感器涡流传感器:33003300传感器传感器 量程量程 0.25 0.252.3mm2.3mm 灵敏度灵敏度 7.87V/mm7.87V/mm 频响频响 010 kHz 010 kHz 精度精度 4 4 线性线性 0.0254mm 0.0254mm 供电供电 -24Vdc,12mA -24Vdc,12mA 温漂温漂 1010(22177(22177) )3 3、位移测量、位移测量涡流式传感器涡流式传感器eddyNCDT 3300 电涡流位移传感器电涡流位移传感器n线性量程线性量程: 2 mm: 2 mmn绝对误差绝对误差: : 0.25 % FSO0.25 % FSOn分
36、辨率分辨率: 0.005 % FSO: 0.005 % FSOn频率响应频率响应: 25 kHz (- 3 dB): 25 kHz (- 3 dB)n探头适用温度：探头适用温度：- 50 - 50 至至 +150+1503 3、位移测量、位移测量涡流式传感器涡流式传感器3 3、位移测量、位移测量EX-V EX-V 系列数字位移感应传感器系列数字位移感应传感器高速：采样频率高速：采样频率40kHz40kHz高精度：线性修正高精度：线性修正模拟输出：模拟输出：5V5V2 2）电容式传感器）电容式传感器n测量电路测量电路: :3 3种种调频调频运放运放3 3、位移测量、位移测量 U0 Ue Z1 Z
37、2 Z3 Z4 交流放大交流放大器器 相敏检波器相敏检波器 低通滤波器低通滤波器 调幅调幅UsUo电容传感器电容传感器固定电容固定电容电容式传感器电容式传感器n特点特点结构简单，配合适当的测量电路，可得到结构简单，配合适当的测量电路，可得到较较大的灵敏度大的灵敏度工作频率高工作频率高，适于对变化速率高的位移进行，适于对变化速率高的位移进行测量测量如果把被测件作为一个极板片，可以实现如果把被测件作为一个极板片，可以实现非非接触式测量接触式测量3 3、位移测量、位移测量电容式传感器电容式传感器非接触非接触DWC型电容式位移传感器型电容式位移传感器 线性量线性量程程:5/10/50/100/500/
38、1000/2000/3000/4000/5000m:5/10/50/100/500/1000/2000/3000/4000/5000m 分辨率分辨率:0.01%FS :0.01%FS 非线性非线性: 0.25%FS : 0.25%FS 频响频响:0-7.5KHz :0-7.5KHz 电源电源:+15V,-15V :+15V,-15V 输出输出:-5V-+5V :-5V-+5V 温度稳定性温度稳定性:0.25% FS/h :0.25% FS/h 长期稳定性长期稳定性:0.05%FSO/y:0.05%FSO/y3 3、位移测量、位移测量传感器比较传感器比较3 3、位移测量、位移测量传感器传感器量程量程特点特点电感式（自感式）电感式（自感式）0.0011mm精度一般为精度一般为1 13 3三段式差动变压器式三段式差动变压器式二段式差动变压器式二段式差动变压器式1020mm数百毫米数百毫米输出功率大、性能稳定、输出功率大、性能稳定、精度高精度高电涡流式电涡流式1100mm测量线性范围大、测量线性范围大、非接触非接触式，振动、位移测量式，振动、位移测量电容式电容式0.0010.1mm灵敏度高、非接触式灵敏度高、非接触式，振，振动、位移测量动、位移测量