【正文】 了解對(duì)測(cè)速發(fā)電機(jī)傳感器的要求。教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：熟悉電阻應(yīng)變片式傳感器的使用，了解力檢測(cè)的一般原理和使用條件，掌握力傳感器的一般分類、原理和使用方法，能力目標(biāo)： 認(rèn)識(shí)電阻應(yīng)變片傳感器及其檢測(cè)適應(yīng)性素質(zhì)目標(biāo)： 教學(xué)重點(diǎn)壓阻式傳感器的檢測(cè)原理和檢測(cè)方法教學(xué)難點(diǎn)壓阻式傳感器的檢測(cè)原理教學(xué)手段理實(shí)一體實(shí)物講解小組討論、協(xié)作教學(xué)學(xué)時(shí)7教 學(xué) 內(nèi) 容 與 教 學(xué) 過 程 設(shè) 計(jì)注 釋項(xiàng)目五 力和壓力檢測(cè)系統(tǒng)〖理論學(xué)習(xí)〗任務(wù)一 認(rèn)識(shí)力傳感器一、電阻應(yīng)變片式測(cè)力傳感器電阻應(yīng)變片式測(cè)力傳感器多應(yīng)用于工程檢測(cè)上，如水壩、橋梁、涵洞等結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力監(jiān)測(cè)，也應(yīng)用于變形測(cè)試和振動(dòng)檢測(cè)等行業(yè)中，在稱重檢測(cè)中也得到了廣泛的應(yīng)用。（3）較小的溫度系數(shù)。材料受拉時(shí)，導(dǎo)磁率變化則相反。所以，一般傳感器敏感元件作為核心部件，周圍布置有彈性框架傳遞力引起的變形，避免檢測(cè)中的不確定性。橋路失去平衡是由于作為橋臂的傳感器阻抗隨其輸入（被測(cè)非電量）變化而變化所致，由于不平衡電橋無反饋和恢復(fù)平衡的過程，因此對(duì)被測(cè)量的變化反應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但準(zhǔn)確度不如平衡電橋。任務(wù)二 壓阻式壓力傳感器的應(yīng)用一、壓阻式壓力傳感器當(dāng)力作用于某些硅晶體時(shí)，晶體的晶格產(chǎn)生變形，使載流子從一個(gè)能谷向另一個(gè)能谷散射，引起載流子的遷移率發(fā)生變化，擾動(dòng)了載流子縱向和橫向的平均量，從而使硅的電阻率發(fā)生變化。顯然，如果將大氣環(huán)境換為特定的參考?xì)鈮?，?fù)壓傳感器就成了差壓傳感器。通常壓力傳感器都要進(jìn)行溫度補(bǔ)償，利用另外一種溫度特性相反的材料抵消溫度引起的變化。三、壓力傳感器性能指標(biāo)壓力傳感器的種類繁多，其性能也有較大的差異，如何選擇較為適用的傳感器，做到經(jīng)濟(jì)、合理的使用，主要依靠以下指標(biāo)。為在室溫下及工作壓力范圍內(nèi)，從最小工作壓力和最大工作壓力趨近某一壓力時(shí)，傳感器輸出之差。熟悉敏感柵具備的幾個(gè)特點(diǎn)。掌握壓力傳感器性能指標(biāo)。工業(yè)用鉑熱電阻體的結(jié)構(gòu)如圖61所示，～ mm 的純鉑絲繞在平板形支架上，用銀導(dǎo)線作引出線。試驗(yàn)證明， K～15 K 溫度范圍內(nèi)，銦電阻靈敏度比鉑電阻高10倍。當(dāng)熱端與冷端有溫差時(shí)檢測(cè)儀表便能測(cè)出被測(cè)溫度。1）普通型熱電偶工業(yè)用普通熱電偶的結(jié)構(gòu)一般由熱電極、絕緣管、保護(hù)套管和接線盒四部分組成，如圖66所示。這種熱電偶主要用于檢測(cè)氣體、蒸氣和流體等介質(zhì)的溫度。我國(guó)現(xiàn)使用的主要有鐵鎳、鐵康銅和銅康銅三種薄膜熱電偶。補(bǔ)償導(dǎo)線一般采用多股廉價(jià)金屬制造，不同的熱電偶采用不同的補(bǔ)償導(dǎo)線。5）補(bǔ)償電橋法當(dāng)熱電偶冷端溫度波動(dòng)較大時(shí)，一般采用補(bǔ)償電橋法。熱釋電元件常用材料有單晶、壓電陶瓷及高分子薄膜等。當(dāng)光照射在PbS 光敏元件上時(shí)，電極兩端產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)，此電動(dòng)勢(shì)的大小與光照強(qiáng)度成比例。紅外熱像儀原理如圖614所示。那么在顯像系統(tǒng)的屏幕上便可見到與物體紅外輻射相對(duì)應(yīng)的熱像圖。目前，主要采用了紅外變像管、紅外攝像管、集成紅外電荷耦合器件三種成像器件，顯示物體紅外輻射的熱像圖。先在玻璃基極上制成金電極，然后蒸鍍PbS薄膜，再引出電極線。三、紅外傳感器熱釋電效應(yīng)是指當(dāng)某些電介物質(zhì)的表面溫度發(fā)生變化時(shí)，在這些電介物質(zhì)的表面上就會(huì)產(chǎn)生電荷的變化。這相當(dāng)于把熱電勢(shì)修正值E(t0, 0)預(yù)先加到了顯示儀表上。補(bǔ)償導(dǎo)線實(shí)際上是一對(duì)化學(xué)成分不同的導(dǎo)線，在0 ℃～150 ℃溫度范圍內(nèi)與配接的熱電偶有一致的熱電特性，起著延長(zhǎng)熱電偶的作用，這樣就將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場(chǎng)所，其實(shí)質(zhì)是相當(dāng)于將熱電極延長(zhǎng)。它的特點(diǎn)是熱容量小，響應(yīng)速度快，特別適用于檢測(cè)瞬變的表面溫度和微小面積上的溫度。（3）接線盒是用來固定接線座和提供熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線連接用的，它的出線孔和蓋子都用墊圈加以密封，以防污物落入而影響接線的可靠性。（4）易于復(fù)制，工藝性與互換性好，便于制定統(tǒng)一的分度表，材料要有一定的韌性，焊接性能好，以利于制作。兩種導(dǎo)體組成的回路稱為熱電偶，這兩種導(dǎo)體稱為熱電極，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)。因此，一般采用上述材料制作低溫?zé)犭娮鑲鞲衅?。其結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)實(shí)際使用制作成各種形狀，通常都是將雙線電阻絲繞在用石英、云母、陶瓷和塑料等材料制成的骨架上，可以檢測(cè)200 ℃～500 ℃的溫度。學(xué)生對(duì)比分析負(fù)壓檢測(cè)壓力和絕壓檢測(cè)壓力。損壞壓力是指能夠加工在傳感器上，且不使傳感器元件或傳感器外殼損壞的最大壓力。%FS，量程為100 kPa，則最大誤差不會(huì)大于177。溫度漂移是因?yàn)闇囟茸兓鸬膲毫鞲衅鬏敵龅淖兓@種漂移也是由材料的多重特性決定的。未加壓情況下為調(diào)整零點(diǎn)，并且零點(diǎn)輸出始終一致。因此它不僅用于電感和電容參數(shù)的變換，也經(jīng)常用于電阻參數(shù)的變換。橋路失去平衡，產(chǎn)生輸出，以此輸出作為反饋，使橋路中作為恢復(fù)平衡用的橋臂阻抗隨之調(diào)整，在橋路恢復(fù)平衡時(shí)，此調(diào)整的橋臂阻抗可反映被測(cè)量。這類力傳感器的輸出電動(dòng)勢(shì)較大，一般不需經(jīng)過放大，但需要經(jīng)過濾波和整流處理。這些因素制約高精度長(zhǎng)壽命應(yīng)變傳感器的質(zhì)量和應(yīng)用，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的應(yīng)變片在精度與壽命上與先進(jìn)國(guó)家相比仍有差距。（1）較高的電阻系數(shù)，即單位長(zhǎng)度的電阻較大。講解壓電元件等效電路及電荷放大器等效電路。圖中線圈環(huán)繞一個(gè)磁鐵，當(dāng)磁鐵上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，在電路回路中的電阻R會(huì)產(chǎn)生電流。對(duì)于不能觸及的部位，可使用手持式加速度傳感器（帶長(zhǎng)探針）。具體考慮環(huán)境因素如下。使用電壓放大器會(huì)給測(cè)量帶來不穩(wěn)定因素，影響傳感器的靈敏度。如果負(fù)載不是無窮大，電路將會(huì)按照指數(shù)規(guī)律放電，極板上的電荷無法保持不變，從而造成檢測(cè)誤差。因此應(yīng)大力開展對(duì)無刷直流測(cè)速發(fā)電圖410霍爾無刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)原理圖機(jī)的研制，如霍爾無刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)、電子換向式無刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)、兩極管式測(cè)速發(fā)電機(jī)等。它的數(shù)值一般只有幾十毫伏，但它的存在卻使輸出特性曲線不再從坐標(biāo)的原點(diǎn)開始。異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性如圖49所示。因此，脈振磁場(chǎng)在勵(lì)磁繞組和轉(zhuǎn)子杯中分別產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為變壓器電動(dòng)勢(shì)。鼠籠轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出斜率大，但線性度差，相位誤差大，剩余電壓高，一般只用在精度要求不高的控制系統(tǒng)中。由于發(fā)電機(jī)中每個(gè)電樞元件的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是變化的，所以電樞電動(dòng)勢(shì)也不是恒定的，即存在紋波。4．溫度的影響電磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)在實(shí)際工作時(shí)，由于周圍環(huán)境溫度的變化以及發(fā)電機(jī)本身發(fā)熱（由發(fā)電機(jī)各種損耗引起），都會(huì)引起發(fā)電機(jī)中勵(lì)磁繞組電阻的變化。電刷接觸電阻是非線性的，它與流過的電流密度有關(guān)。永磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)原理如圖43所示。（2）剩余電壓（轉(zhuǎn)速為零時(shí)的輸出電壓）要小。講解激光三角法檢測(cè)原理圖。根據(jù)圖33引導(dǎo)學(xué)生討論電容的變化量及靈敏度。此類光纖傳感器無需特殊光纖及其他特殊技術(shù)，比較容易實(shí)現(xiàn)，成本低，但靈敏度也較低，應(yīng)用于對(duì)靈敏度要求不太高的場(chǎng)合。整個(gè)過程中，光束經(jīng)由光纖導(dǎo)入，通過調(diào)制器后再射出，其中光纖的作用首先是傳輸光束，其次是起到光調(diào)制器的作用。當(dāng)一個(gè)光脈沖信號(hào)通過光纖時(shí)，由于光纖的色散，在輸出端的光脈沖被展寬，出現(xiàn)明顯失真，這種現(xiàn)象稱為色散。三、光纖式傳感器光導(dǎo)纖維是用比頭發(fā)絲還細(xì)的石英玻璃絲制成的，每一根光導(dǎo)纖維由一個(gè)圓柱形芯子、包層、保護(hù)套組成。激光器有很多種，尺寸大至幾個(gè)足球場(chǎng)，小至一粒稻谷或鹽粒。與此同時(shí)，上一次的一串電荷信號(hào)沿移位寄存器順序地轉(zhuǎn)移并串行輸出。圖316 差動(dòng)變壓器傳感器差動(dòng)變壓器式位移傳感器的使用具有的特點(diǎn)。圖311（c）所示是單螺線管線圈型位移傳感器結(jié)構(gòu)，當(dāng)鐵芯在線圈中移動(dòng)時(shí)，磁阻改變，使得線圈自感發(fā)生改變。電容式傳感器廣泛地應(yīng)用在位移、振動(dòng)、角度和加速度等機(jī)械量的精密檢測(cè)，而且目前檢測(cè)范圍已經(jīng)擴(kuò)大到了壓力、液面和成分等方面的檢測(cè)。電容式傳感器的特點(diǎn)如下。圖中考慮了電容器的損耗和電感效應(yīng)，Rp為并聯(lián)損耗電阻，它代表極板間的泄漏電阻和介質(zhì)損耗。學(xué)生分組討論光柵尺在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題及解決方法。，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)超聲波傳感器的使用說明書。圖230 氣流對(duì)超聲波檢測(cè)的影響圖231 反射面角度對(duì)超聲波檢測(cè)的影響在檢測(cè)時(shí)，超聲波傳感器引線為5條，如圖233所示。~15176。5．光柵尺故障及處理三、光柵尺專用數(shù)顯表頭圖222所示為機(jī)床常用的光柵尺專用數(shù)顯表，光柵尺指示光柵所處在標(biāo)尺光柵的位置顯示到如圖所示的左上部分，分為x、y和z三個(gè)方向，據(jù)此可實(shí)現(xiàn)空間上三個(gè)坐標(biāo)的定位。為了保證檢測(cè)的精度，除了對(duì)光柵的刻劃質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)精度有要求外，還必須對(duì)光柵的莫爾條紋信號(hào)的質(zhì)量加以要求，因?yàn)檫@影響電子細(xì)分的精度，也就是影響光柵檢測(cè)信號(hào)的細(xì)分?jǐn)?shù)（倍頻數(shù)）和檢測(cè)分辨力（檢測(cè)步距）。)。圖212 光電編碼器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖213 A、B、Z三相光電編碼盤除了增量式光電編碼器之外，還有一種絕對(duì)式光電編碼器，其原理如圖214所示。 mm的間隙，由于裝配和調(diào)整不可能達(dá)到理想狀態(tài)，故實(shí)際上線型磁柵也處于準(zhǔn)接觸式的工作狀態(tài)。圖26 感應(yīng)同步器原理如圖28所示，脈沖發(fā)生器發(fā)出頻率一定的脈沖系列，輸出參考信號(hào)方波和指令信號(hào)方波，指令信號(hào)方波使勵(lì)磁供電線路產(chǎn)生振幅頻率相同而相位差為90176。這種躍變限定了變阻器的靜態(tài)靈敏度，而動(dòng)態(tài)靈敏度則由電刷的質(zhì)量或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量決定，變阻器的躍變特性如圖21（b）所示。結(jié)合圖片講解感應(yīng)接近開關(guān)原理?！紝?shí)訓(xùn)〗1. 接近開關(guān)的特性檢測(cè)2. 接近開關(guān)對(duì)不同材料的敏感性檢測(cè)3. 使用接近開關(guān)檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)〖思考與練習(xí)〗。 （7）應(yīng)用范圍有二線制變送器、壓力傳感器、四線制稱重傳感器等，具有mA、mV和V輸出或者電阻類檢測(cè)的傳感器檢測(cè)設(shè)備。二、數(shù)顯表規(guī)格與應(yīng)用其特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。（4）逆變。振蕩器產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬目標(biāo)接近這一磁場(chǎng)，并達(dá)到感應(yīng)距離時(shí)，在金屬目標(biāo)內(nèi)產(chǎn)生渦流，渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的電磁感應(yīng)參數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通斷。圖116 光敏電阻的測(cè)量原理光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般的二極管相似，其 PN 結(jié)對(duì)光敏感。圖17 霍爾式位移傳感器的工作原理圖2)霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器圖18 所示的是幾種不同結(jié)構(gòu)的霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器。素質(zhì)目標(biāo)： 教學(xué)重點(diǎn)接近開關(guān)的應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)接近開關(guān)的基本工作原理教學(xué)手段理實(shí)一體實(shí)物講解小組討論、協(xié)作教學(xué)學(xué)時(shí)10教 學(xué) 內(nèi) 容 與 教 學(xué) 過 程 設(shè) 計(jì)注 釋項(xiàng)目一 開關(guān)量檢測(cè)〖理論學(xué)習(xí)〗任務(wù)一 認(rèn)識(shí)接近開關(guān)一、霍爾效應(yīng)型接近開關(guān)霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生是由于運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)作用下受到洛侖茲力作用的結(jié)果。圖19 霍爾計(jì)數(shù)裝置二、光電效應(yīng)型接近開關(guān)光照射到某些物質(zhì)上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化，這類光致電變的現(xiàn)象統(tǒng)稱為光電效應(yīng)，如圖110所示。光敏二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖118所示。限制接通電源瞬間輸入側(cè)的沖擊電流。根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。（3）具有小數(shù)點(diǎn)設(shè)定、比率、量程及零點(diǎn)自由調(diào)整功能。(1)如果舊設(shè)備改造，需要充分了解原來設(shè)備的用途、型號(hào)、原來使用表頭的外形尺寸和型號(hào)、配合的傳感器等，這是進(jìn)行設(shè)備改造的基礎(chǔ)。講解霍爾效應(yīng)基本原理，及霍爾電動(dòng)勢(shì)。能夠正確選用數(shù)顯表。圖22 電阻尺二、感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器是利用電磁原理將位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種裝置。鑒相器輸出是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與參考信號(hào)的相位差，即對(duì)應(yīng)的位移值。由于光電編碼盤自身有旋轉(zhuǎn)軸，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)光電二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映編碼器軸的轉(zhuǎn)速或者加速度。圖217 透射光柵的光路1. 光柵檢測(cè)原理莫爾條紋有如下重要特性。令它們?cè)诳臻g的相對(duì)位置有一定的關(guān)系，從而保證它們產(chǎn)生的信號(hào)在相位上相差1/4周期，如圖219所示，標(biāo)尺光柵可分為上下兩個(gè)部分，兩個(gè)部分柵距相同，下光柵比上光柵錯(cuò)后1/4柵距，即1/4周期。對(duì)讀數(shù)頭中的光電轉(zhuǎn)換電路和后續(xù)的數(shù)字化插補(bǔ)電路要求頻率特性好，才能保證檢測(cè)速度大。超聲波傳感器的檢測(cè)范圍取決于其使用的波長(zhǎng)和頻率。在某些情況下，可以加裝防風(fēng)擋板以減小影響。 圖233 超聲波傳感器引線圖234 設(shè)置檢測(cè)輸出端口〖實(shí)訓(xùn)〗。結(jié)合圖片講解感應(yīng)同步器原理。電容式傳感器原理基于以下公式C=εA/d。電感L 由電容器本身的電感和外部引線電感組成。這種阻抗對(duì)后續(xù)電路影響很小，從而簡(jiǎn)化了后續(xù)放大電路。圖38 差動(dòng)電容式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖二、電感式傳感器1）可變磁阻式傳感器可變磁阻式傳感器的構(gòu)造原理如圖310所示，由線圈、鐵芯和銜鐵組成，鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙存在。圖311 可變磁阻傳感器的結(jié)構(gòu)2）渦流式傳感器渦流式傳