第9章 几何量电测法资料

1第九章几何量电测法2本章内容9.1位移电测法9.2倾角电测法9.3厚度电测法9.4物（液）位电测法39.1位移电测法9.1.1位移电测法的分类1．采用结构型传感器传感器固定部分---与运动参照点相连传感器活动部分---与被测运动体相连结构型传感器可直接用于位移测量，前面介绍过的有：电位器式传感器、自感式传感器、互感式传感器、电涡流式传感器、电容式传感器、编码器等。49.1位移电测法9.1.1位移电测法的分类2．采用物性型传感器配上相应的敏感器敏感器固定部分---与运动参照点相连敏感器活动部分---与被测运动体相连应变式传感器、霍尔传感器、光电式传感器等属于物性型传感器，其中不包括可动部分，不能用于测量位移，即这些传感器的可用非电量不是位移量。若需用这类传感器来测量位移量，则需配置适当的敏感器，将位移量转换为这些传感器可用的非电量，组成间接式的位移传感器。（位移的间接测量法）59.1.2位移的间接电测法一、采用应变片1、等强度悬臂梁黏贴应变片梁的上表面发生拉伸变形，下表面发生压缩变形，上下表面各相对点应变大小相等，符号相反。应变221lh应变电阻：0kRR6由上式可见，等强度悬臂梁的可动端位移通过应变电桥转换为电压，该电压由指示仪表显示，即可检测等强度悬臂梁的可动端位移。若把上、下两工作应变片分别接入电桥相邻两臂，则电桥输出电压：（推导过程结合P50-51的结论）20CD0lh2UkUU特点：结构简单，但体积大，量程小，安装使用不方便。为了减少体积，扩大量程，可用楔形块与悬臂梁配合组成大位移电测装置。72、楔形块与悬臂梁组合结构这种结构形式的位移量程可达几十毫米甚至更大。83、悬臂梁与螺旋轴的组合结构（应变计式角位移传感器）kClhklhkRR2020可检测±180°范围内的任何角度。9二、采用霍尔元件将霍尔传感器放置于梯度磁场中，则可测量位移，但此方法只能测量±0.5mm的小位移（参加教材P106）。HHHUKIBKIcxkx霍尔电势：10二、采用霍尔元件将霍尔传感器放置于梯度磁场中，则可测量位移，但此方法只能测量±0.5mm的小位移（参加教材P106）。采用左图所示的方案，则可测量大位移（量程可达2m以上）。S：被测位移N：位移脉冲计数d0:相邻磁钢间距0NdS11三、采用光电元件或光纤1．采用光电元件被测对象位移时，遮挡掉一部分光线，未被遮挡的光线则被光电元件接收转换为电信号，从接收到的光电信号的强弱可知被测物体位移量的大小。量程最大±1mm。（参见教材P104）122．采用双光纤当两根光纤之间物体发生位移时，入射光纤传入出射光纤中的光通量发生改变的原理来测量位移的，这种调制方法可以测量10um的位移。----光路间插入被测对象调制光通量的形式两光纤的耦合不为零时，才有反射光进入接收光纤。进入输出光纤的光通量在耦合情况下是位移量x的函数。133．采用分叉光纤----非功能型光纤传感器；两支多模光纤；149.1.3各种位移传感器的性能比较表9-1-1各种形式位移传感器的主要性能汇总表（P165）159.3厚度电测法各种位移传感器一般都可以用来测量厚度，只要设法使位移传感器的固定部分与可动部分之间的距离等于或正比于所测厚度即可。光学方法：适用于超薄薄膜的厚度测量。非光学方法：适用于较厚薄层和板材厚度。厚度测量方法：169.3.1电感式和电涡流式一、电感式将非磁性物质板材夹在自感式传感器的线圈铁心和衔铁之间，自感式传感器电感随板材的厚度x变化。L0——测非磁性物质厚度xx2ANL2X17二、电涡流式透射式结构：——测金属板厚度h/d12ekUU189.3.2电容式设电容极板面积为A，固定间隙为a，当有一厚度为d，相对介电常数为r的固体电介质通过极板间隙时测绝缘板厚度和厚度相对变化00ddn1CC,ddaACr000000rrd)da(11n其中：332211dddAC199.4物(液)位电测法物位：容器中液体物料的液位，粉状或颗粒状固体物料的料位，两种介质相界面位置的总称。209.4.1超声波法图8-4-1声波的频率界限•高于2×104Hz的机械波称为超声波。•超声波与其他声波一样，其传播速度也取决于介质的密度和介质的弹性常数。•当超声波从一种介质传播到另一种介质时，在两介质的分界面上将发生反射和折射。219.4.1超声波法一、单探头(a)(c)2tvhch：(a)被测液面高度;(c)液面与探头距离vc：超声波在介质中的传播速度；t:超声波从单探头发出到液面，经液面反射到探头位置所需的时间。229.4.1超声波法二、双探头(b)(d)2tvsc22ash其中：a为两探头之间的距离的一半。239.4.2浮力法一、恒浮力法二、浮筒（变浮力）法把一个比重比液体大的浮筒用弹簧悬挂在液体中，浮筒所受的浮力随液面升降而变化，这样就把液位测量转化位浮筒浮力测量了。浮子始终漂浮在液面上，浮子位置随液面升降而变化，从而把液位测量转化为浮子位移的测量。下面来看一个浮筒法测液位的例子。24F1：弹簧拉力F2：浮力W：重力H：液位高度H=0时，F2=0，F1=cx0=W，c：弹簧弹性系数图9-4-5浮筒式液位计原理图H≠0时，浮筒上升△x,)xx(cF01)xH(gAgVF2WFFF2100cx)xH(gA)xx(cx)gAc1(HA:浮筒截面积差动变压器输出电压将与液位H成正比。259.4.4电容法测物（液）位一、测非导电物（液）位——采用变介质型电容传感器图(a)测非导电液体液位：采用同轴双层电极图(b)测非导电固体散料料位：用电极棒和容器壁组成内外电极269.4.4电容法测物（液）位一、测非导电物（液）位没有液体（物料）时：)d/Dln(L2C00液体（物料）高度为H时，总电容相当于上下两个电容并联：C1C2)d/Dln(H2)d/Dln()HL(2CCC021电容变化量：)d/Dln(H)(2CCC0027二、测不粘滞导电液体液位2ln(/)XCHDd采用绝缘材料制作一个同轴圆筒形容器，轴心采用直径为d金属棒为内电极，金属圆外绝缘材料包层直径为D，绝缘材料介电常数为。导电液体为外电极。内电极绝缘层导电液体