【正文】 導(dǎo)體的運(yùn)動速度。 k B L WE ?175 2. 電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)及工作原理： 設(shè)：管道內(nèi)徑： D， 管道截面積： 24 D?WDQ 241 ??QDW 24??176 又 : k B LWE ?QDk B DE 24??QDkB ?4? 在電磁流量計(jì)中 L為管道直徑 k儀表的比例系數(shù)， B、D為常數(shù)， 感應(yīng)電動勢 E與流量 Q成正比。 EQ ?EkBDQ 4??QDW 24??177 178 七 .超聲波流量計(jì) 1. 工作原理： 超聲波在流體中傳輸時，在靜止流體中和流動流體中的傳輸速度不同 ； 在流動流體中， 順流 的傳輸速度和 逆流 的傳輸速度也不同 。 利用此特點(diǎn)能求出 流體的速度 。 設(shè)置兩個傳感器，每個傳感器都能發(fā)射和接收。 順流傳輸時間 t1； 逆流傳輸時間 t2 179 WCLt??1WCLt??2順流傳輸時間 t1： 逆流傳輸時間 t2： C流體靜止時， 超聲波傳輸速度； W流體的流動速度。 180 由于流體的流速遠(yuǎn)小于超聲波的速度，略去分母中 W平方項(xiàng)： 超聲波在流體中順流和逆流的時間差為： 22122WCLWttt?????22CLWt ??tLCW ?? 22所以： 181 超聲波流量計(jì)的結(jié)構(gòu)： 傳感器安裝在管道外，以免影響流體流動。 ??s inco s/1 WCDt?? ??s inco s/2 WCDt??tDCW ???? ??si n2 c o s22122CLWttt ????182 tDCAWQ ????????si n8c o s2tQ ??183 八 . 橢圓齒輪流量計(jì) nQ ?184 167。 36 轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩測量 轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩表怔了各種機(jī)械的生產(chǎn)能力，功率消耗，機(jī)械效率和機(jī)械壽命等性能。 185 1. 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器 tNe ??? /?e— 感應(yīng)電動勢； N線圈匝數(shù)； Φ磁通量； t時間。 一 . 轉(zhuǎn)速的測量 186 nZf ??Z— 齒輪齒數(shù) n— 齒輪轉(zhuǎn)速 f— 脈沖頻率 Zfn ?187 2. 直射式光電式轉(zhuǎn)速傳感器 188 Zfn ?Z— 圓盤開孔數(shù) n— 齒輪轉(zhuǎn)速 f— 脈沖頻率 189 3. 光斷續(xù)式轉(zhuǎn)速傳感器 190 191 (1)電渦流效應(yīng) a. 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，將一塊金屬置于交變磁場中，或使金屬塊在磁場中作切割磁力線的運(yùn)動，那么在金屬體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流，這種電流叫做電渦流。 交流電 192 產(chǎn)生電渦流將產(chǎn)生一個與電感線圈相反的磁場。 L上，力圖改變線圈 品質(zhì)因數(shù) 的大小，其變化程度與線圈的尺寸、距離 z等參數(shù)有關(guān)。 193 利用電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為渦流式傳感器。渦流式傳感器可分為反射式和透射式兩類，它們主要用于位移、振幅、尺寸、厚度及無損探傷等方面。 傳感器主要由探頭和檢測電路兩部分構(gòu)成。探頭主要由線圈及骨架組成，檢測電路由振蕩器、檢波器及放大器等組成。 194 當(dāng)被測物體和傳感器探頭被確定以后，只有線圈與被測導(dǎo)體之間的距離 x的變化量和阻抗 Z有關(guān)，如果我們通過檢測電路測出阻抗 z的變化量，也就實(shí)現(xiàn)了對被測導(dǎo)體位移量的檢測。 （ 2）電渦流式傳感器的特性 uMjLjR iii ??? 211 .. ??0122 .. ??? iii MjLjR ??])([)( 22222222122222221.1LRLMLjLRRMRi u???????????221.2.LjRiMji????解出： ])([)( 22222222122222221.1.LRLMLjLRRMRui???????????221.2.LjRiMji???? R1—— 傳感器線圈不受渦流影響時的電阻； L1—— 傳感器線圈不受渦流影響時的電感； R2—— 被測導(dǎo)體的等效電阻； L2—— 被測導(dǎo)體的等效電感； U —— 激勵電壓； ω—— 激勵電壓的角頻率； i1—— 激勵電流； M —— 傳感器線圈與被測物體之間的互感系數(shù)，與傳感器 線圈到被測導(dǎo)體之間距離有關(guān)。 式中： 傳感器線圈 L受金屬渦流影響后的等效阻抗 Z為： ])([])([12222222122222221..LLRMLjRLRMRZiu????????????eded LjR ???222222221 RLRMRRed ?????222222221 LLRMLLed ?????式中： Red—— 傳感器線圈受渦流影響后的等效電阻； Led—— 傳感器線圈受渦流影響后的等效電感； 198 （ 3）電渦流強(qiáng)度與距離的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)證明： 當(dāng)傳感器線圈與被測導(dǎo)體的距離 x發(fā)生變化時，電渦流分布特性并不改變，但電渦流密度將發(fā)生相應(yīng)的變化，即電渦流強(qiáng)度將隨距離 x的變化而變化，且呈非線性關(guān)系，且隨距離的增加而迅速減小。 199 （ 4）渦流式位移傳感器的檢測電路 根據(jù)渦流式位移傳感器基本工作原理和特性，傳感器線圈與被測導(dǎo)體間的距離 x的變化可以轉(zhuǎn)換 為品質(zhì)因數(shù) Q、阻抗 Z、線圈電感 L三個參數(shù)的變化。檢測電路的任務(wù)就是將這種變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng) 的電壓、電流或頻率輸出。 200 當(dāng)被測導(dǎo)體距傳感器線圈相當(dāng)遠(yuǎn)時，傳感器諧振回路的諧振頻率為回路的固有頻率，此時諧振回路的品質(zhì)因數(shù) Q值最高，阻抗最大。 當(dāng)被測導(dǎo)體與傳感器線圈的距離減小時，由于電渦流效應(yīng)使傳感器諧振回路的品質(zhì)因數(shù) Q值下降，回路輸出的電壓也越來越小。 諧振回路輸出的信號經(jīng)檢波、濾波和放大后輸送給后續(xù)電路，可直接顯示出被測物體的位移量。 201 （ 5）電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器 當(dāng)軸轉(zhuǎn)動時，傳感器與軸的距離發(fā)生 變化，由于電渦流效應(yīng)，導(dǎo)致振蕩諧振回路的品質(zhì)因數(shù)變化，傳感器線圈電感隨 改變而變化，直接影響到振蕩器的電壓幅值和頻率。 隨著軸的旋轉(zhuǎn)，振蕩器輸出的信號包含了與軸轉(zhuǎn)速成正比的脈沖頻率信號。 特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)； 測量的最高轉(zhuǎn)速達(dá) 60萬轉(zhuǎn) /分。 dd ??0d?202 5. 霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器 (1) 霍爾效應(yīng) 將半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的磁場中，在其兩側(cè)通入電流 I ,在半導(dǎo)體的另外兩側(cè)將產(chǎn)生電勢 UH： 203 IBSU HH ?UH — 霍爾電勢 SH — 霍爾元件靈敏度 半導(dǎo)體薄片 — 霍爾元件 霍爾效應(yīng) 204 （ 2）工作原理 霍爾效應(yīng) — 半導(dǎo)體中自由電荷受磁場中洛侖茲力作用而產(chǎn)生的。 設(shè)霍爾元件為 N型半導(dǎo)體，當(dāng)它通入電流 I，半導(dǎo)體中的自由電荷（電子）受到磁場中洛侖茲力 FL的作用： e v BF L ??FL — 洛侖茲力； e — 電子電量； v — 電子速度； B — 垂直于霍爾元件的磁感應(yīng)強(qiáng)度。 205 在洛侖茲力的作用下，自由電子向垂直于磁場的方向運(yùn)動，并在端面上產(chǎn)生電子積累。 同時由于電子的積累，產(chǎn)生了霍爾電場，該靜電場對電子的作用力 FE — 電場力 EH — 霍爾電場強(qiáng)度； UH — 霍爾電勢； b 霍爾元件的寬度。 電場力 FE與洛侖茲力 FL的方向相反，將阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。 beUeEF HHE /????206 當(dāng)靜電場作用于運(yùn)動電子上的 FE與洛侖茲力 FL相等時，電子積累達(dá)到動態(tài)平衡： FL =FE 即： bUeevB H???bvBU H ?)( eb d vndtdQI ???流過霍爾元件的電流 I為： bd— 與電流方向垂直的截面積； n— 單位體積內(nèi)自由電子數(shù)。 207 bvBU H ?)( eb d vndtdQI ???將 代入 得： n e dIBUH ?d — 霍爾元件的厚度； n — 單位體積內(nèi)自由電子數(shù)； e — 電子電量； UH — 霍爾電勢。 208 （ 3）霍爾傳感器 利用霍爾開關(guān)集成傳感器和磁性圓盤可組成霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器。 磁性圓盤與軸一起轉(zhuǎn)動，磁鐵通過霍爾開關(guān)時，霍爾開關(guān)集成傳感器就產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號，只要檢測出該信號的頻率 f，即可得到轉(zhuǎn)速 n。 209 210 211 二 .轉(zhuǎn)矩的測量 1. 應(yīng)變式轉(zhuǎn)矩傳感器 212 2. 磁電式轉(zhuǎn)矩傳感器 213 214 215 167。 37 液位測量 容器內(nèi)液體介質(zhì)液面的高低稱液位 。 測量目的： 測知容器中物料的存儲量 ， 對物料進(jìn)行監(jiān)控 ，保證順利和安全生產(chǎn) 。 液位計(jì)分類： 直讀式 、 浮力式 、 靜壓式 、 電容式 、 光纖式 、激光式 、 核輻射和超聲波式 。 216 一 .浮力式液位計(jì) 工作原理： 利用漂浮在液面上的浮子實(shí)現(xiàn)液位測量 。 浮子因浮力作用漂浮在液面上 ， 其位置代表了液面的位置 。 當(dāng)液面變化時 ， 浮子隨液面一起變化 ， 從而產(chǎn)生位移 。 經(jīng)傳遞 、 放大 、 最終顯示出液位的變化和液面高度 。 217 (1)恒浮力式液位計(jì) ① 測量原理： 浮子自身重力： 浮子所受浮力： 式中： — 浮子密度； — 液體密度 。 gaDG 124 ???gbDF 024 ???1?0?218 當(dāng)液體上升 Δ h時 ， 浮子浸在液體中的體積增加 ，浮力增大 Δ F， 則 在外力 F不變時 ， 39。FGFF ??39。ghDF 024 ?? ???? ? GFFF ????39。 設(shè)浮子所受外力為： 當(dāng)浮子處于平衡位置時， 219 由于 Δ F的作用 ， 迫使浮子上浮 。 浮子的升降是隨液位的升降而變化的 。 當(dāng)重新達(dá)到平衡后 ， 浮子的靜止位置就表示了 新液面的位置 。 220 ② 浮子的結(jié)構(gòu)形式 浮力式液位計(jì)的不靈敏區(qū)： 由于儀表各部件之間存在摩擦等阻力 ，只有當(dāng)浮力的變化量 Δ F達(dá)到 Δ F0時 ， 浮子才能動作 Δ h0。 00Fh??— 浮力式液位計(jì)的不靈敏區(qū) 221 gDghDhFh02002000 44????????????????浮力式液位計(jì)的不靈敏區(qū) (a)扁平浮子； (b)扁圓柱浮于； (c)高圓柱形浮子 222 ③ 恒浮力液位計(jì)結(jié)構(gòu)形式 1— 浮子； 2— 刻度尺； 3— 平衡重； 4— 滑輪； 10— 指針。 浮子通過鋼絲繩經(jīng)由滑輪與平衡重相連。 液位、浮子、指針、平衡重同步移動，通過指針在刻度尺上指示的位置測得液面高度。 223 B. 鼓輪式液位計(jì) 1— 浮子； 2— 刻度尺； 3— 平衡重； 5— 嚙合齒輪； 6— 鼓輪。 鼓輪式用齒輪嚙合來傳遞位移