【正文】 了解對測速發(fā)電機傳感器的要求。教學目標知識目標：熟悉電阻應(yīng)變片式傳感器的使用，了解力檢測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： 認識電阻應(yīng)變片傳感器及其檢測適應(yīng)性素質(zhì)目標： 教學重點壓阻式傳感器的檢測原理和檢測方法教學難點壓阻式傳感器的檢測原理教學手段理實一體實物講解小組討論、協(xié)作教學學時7教 學 內(nèi) 容 與 教 學 過 程 設(shè) 計注 釋項目五 力和壓力檢測系統(tǒng)〖理論學習〗任務(wù)一 認識力傳感器一、電阻應(yīng)變片式測力傳感器電阻應(yīng)變片式測力傳感器多應(yīng)用于工程檢測上，如水壩、橋梁、涵洞等結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力監(jiān)測，也應(yīng)用于變形測試和振動檢測等行業(yè)中，在稱重檢測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，導磁率變化則相反。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，因此對被測量的變化反應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單，但準確度不如平衡電橋。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力作用于某些硅晶體時，晶體的晶格產(chǎn)生變形，使載流子從一個能谷向另一個能谷散射，引起載流子的遷移率發(fā)生變化，擾動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)境換為特定的參考氣壓，負壓傳感器就成了差壓傳感器。通常壓力傳感器都要進行溫度補償，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、合理的使用，主要依靠以下指標。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，傳感器輸出之差。熟悉敏感柵具備的幾個特點。掌握壓力傳感器性能指標。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，用銀導線作引出線。試驗證明， K～15 K 溫度范圍內(nèi)，銦電阻靈敏度比鉑電阻高10倍。當熱端與冷端有溫差時檢測儀表便能測出被測溫度。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氣體、蒸氣和流體等介質(zhì)的溫度。我國現(xiàn)使用的主要有鐵鎳、鐵康銅和銅康銅三種薄膜熱電偶。補償導線一般采用多股廉價金屬制造，不同的熱電偶采用不同的補償導線。5）補償電橋法當熱電偶冷端溫度波動較大時，一般采用補償電橋法。熱釋電元件常用材料有單晶、壓電陶瓷及高分子薄膜等。當光照射在PbS 光敏元件上時，電極兩端產(chǎn)生光生電動勢，此電動勢的大小與光照強度成比例。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)是指當某些電介物質(zhì)的表面溫度發(fā)生變化時，在這些電介物質(zhì)的表面上就會產(chǎn)生電荷的變化。這相當于把熱電勢修正值E(t0, 0)預(yù)先加到了顯示儀表上。補償導線實際上是一對化學成分不同的導線，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所，其實質(zhì)是相當于將熱電極延長。它的特點是熱容量小，響應(yīng)速度快，特別適用于檢測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償導線連接用的，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。兩種導體組成的回路稱為熱電偶，這兩種導體稱為熱電極，產(chǎn)生的電動勢稱為熱電動勢。因此，一般采用上述材料制作低溫熱電阻傳感器。其結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)實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200 ℃～500 ℃的溫度。學生對比分析負壓檢測壓力和絕壓檢測壓力。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，則最大誤差不會大于177。溫度漂移是因為溫度變化而引起的壓力傳感器輸出的變化，這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，并且零點輸出始終一致。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，此調(diào)整的橋臂阻抗可反映被測量。這類力傳感器的輸出電動勢較大，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壽命應(yīng)變傳感器的質(zhì)量和應(yīng)用，國內(nèi)生產(chǎn)的應(yīng)變片在精度與壽命上與先進國家相比仍有差距。（1）較高的電阻系數(shù)，即單位長度的電阻較大。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)繞一個磁鐵，當磁鐵上下運動時，在電路回路中的電阻R會產(chǎn)生電流。對于不能觸及的部位，可使用手持式加速度傳感器（帶長探針）。具體考慮環(huán)境因素如下。使用電壓放大器會給測量帶來不穩(wěn)定因素，影響傳感器的靈敏度。如果負載不是無窮大，電路將會按照指數(shù)規(guī)律放電，極板上的電荷無法保持不變，從而造成檢測誤差。因此應(yīng)大力開展對無刷直流測速發(fā)電圖410霍爾無刷直流測速發(fā)電機原理圖機的研制，如霍爾無刷直流測速發(fā)電機、電子換向式無刷直流測速發(fā)電機、兩極管式測速發(fā)電機等。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的原點開始。異步測速發(fā)電機的輸出特性如圖49所示。因此，脈振磁場在勵磁繞組和轉(zhuǎn)子杯中分別產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為變壓器電動勢。鼠籠轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機輸出斜率大，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)電機中每個電樞元件的感應(yīng)電動勢是變化的，所以電樞電動勢也不是恒定的，即存在紋波。4．溫度的影響電磁式直流測速發(fā)電機在實際工作時，由于周圍環(huán)境溫度的變化以及發(fā)電機本身發(fā)熱（由發(fā)電機各種損耗引起），都會引起發(fā)電機中勵磁繞組電阻的變化。電刷接觸電阻是非線性的，它與流過的電流密度有關(guān)。永磁式測速發(fā)電機原理如圖43所示。（2）剩余電壓（轉(zhuǎn)速為零時的輸出電壓）要小。講解激光三角法檢測原理圖。根據(jù)圖33引導學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)，比較容易實現(xiàn)，成本低，但靈敏度也較低，應(yīng)用于對靈敏度要求不太高的場合。整個過程中，光束經(jīng)由光纖導入，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。當一個光脈沖信號通過光纖時，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、光纖式傳感器光導纖維是用比頭發(fā)絲還細的石英玻璃絲制成的，每一根光導纖維由一個圓柱形芯子、包層、保護套組成。激光器有很多種，尺寸大至幾個足球場，小至一粒稻谷或鹽粒。與此同時，上一次的一串電荷信號沿移位寄存器順序地轉(zhuǎn)移并串行輸出。圖316 差動變壓器傳感器差動變壓器式位移傳感器的使用具有的特點。圖311（c）所示是單螺線管線圈型位移傳感器結(jié)構(gòu)，當鐵芯在線圈中移動時，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、角度和加速度等機械量的精密檢測，而且目前檢測范圍已經(jīng)擴大到了壓力、液面和成分等方面的檢測。電容式傳感器的特點如下。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。，請設(shè)計超聲波傳感器的使用說明書。圖230 氣流對超聲波檢測的影響圖231 反射面角度對超聲波檢測的影響在檢測時，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所示為機床常用的光柵尺專用數(shù)顯表，光柵尺指示光柵所處在標尺光柵的位置顯示到如圖所示的左上部分，分為x、y和z三個方向，據(jù)此可實現(xiàn)空間上三個坐標的定位。為了保證檢測的精度，除了對光柵的刻劃質(zhì)量和運動精度有要求外，還必須對光柵的莫爾條紋信號的質(zhì)量加以要求，因為這影響電子細分的精度，也就是影響光柵檢測信號的細分數(shù)（倍頻數(shù)）和檢測分辨力（檢測步距）。)。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)整不可能達到理想狀態(tài)，故實際上線型磁柵也處于準接觸式的工作狀態(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，輸出參考信號方波和指令信號方波，指令信號方波使勵磁供電線路產(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，而動態(tài)靈敏度則由電刷的質(zhì)量或轉(zhuǎn)動慣量決定，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?！紝嵱枴?. 接近開關(guān)的特性檢測2. 接近開關(guān)對不同材料的敏感性檢測3. 使用接近開關(guān)檢測轉(zhuǎn)動次數(shù)〖思考與練習〗。 （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的傳感器檢測設(shè)備。二、數(shù)顯表規(guī)格與應(yīng)用其特點有以下幾點。（4）逆變。振蕩器產(chǎn)生一個交變磁場，當金屬目標接近這一磁場，并達到感應(yīng)距離時，在金屬目標內(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，由此識別出有無金屬物體接近，進而控制開關(guān)的通斷。圖116 光敏電阻的測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： 教學重點接近開關(guān)的應(yīng)用教學難點接近開關(guān)的基本工作原理教學手段理實一體實物講解小組討論、協(xié)作教學學時10教 學 內(nèi) 容 與 教 學 過 程 設(shè) 計注 釋項目一 開關(guān)量檢測〖理論學習〗任務(wù)一 認識接近開關(guān)一、霍爾效應(yīng)型接近開關(guān)霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生是由于運動電荷在磁場作用下受到洛侖茲力作用的結(jié)果。圖19 霍爾計數(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)負載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。（3）具有小數(shù)點設(shè)定、比率、量程及零點自由調(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、原來使用表頭的外形尺寸和型號、配合的傳感器等，這是進行設(shè)備改造的基礎(chǔ)。講解霍爾效應(yīng)基本原理，及霍爾電動勢。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)換成電信號的一種裝置。鑒相器輸出是感應(yīng)電動勢與參考信號的相位差，即對應(yīng)的位移值。由于光電編碼盤自身有旋轉(zhuǎn)軸，當旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，經(jīng)光電二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(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. 光柵檢測原理莫爾條紋有如下重要特性。令它們在空間的相對位置有一定的關(guān)系，從而保證它們產(chǎn)生的信號在相位上相差1/4周期，如圖219所示，標尺光柵可分為上下兩個部分，兩個部分柵距相同，下光柵比上光柵錯后1/4柵距，即1/4周期。對讀數(shù)頭中的光電轉(zhuǎn)換電路和后續(xù)的數(shù)字化插補電路要求頻率特性好，才能保證檢測速度大。超聲波傳感器的檢測范圍取決于其使用的波長和頻率。在某些情況下，可以加裝防風擋板以減小影響。 圖233 超聲波傳感器引線圖234 設(shè)置檢測輸出端口〖實訓〗。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。這種阻抗對后續(xù)電路影響很小，從而簡化了后續(xù)放大電路。圖38 差動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