传感器与检测技术课件第二章-3磁栅
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传感器与检测技术第2章5大位移磁栅、光栅
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第三节 大位移传感器
二、光栅式位移传感器 1. 长光栅位移传感器的工作原理
18
第三节 大位移传感器
二、光栅式位移传感器 1. 长光栅位移传感器的工作原理 ❖因此,可根据莫尔条纹移动的条纹数和方向,
测出光栅移动的距离和方向。光栅传感器就 是根据这一原理,实现对位移的检测。
19
第三节 大位移传感器
二、光栅式位移传感器 3. 光学系统 ❖光栅位移传感器的测长精度可达0.5~3m
(3000mm范围内),分辨力可达0.1m
26
第三节 大位移传感器
二、光栅式位移传感器 4. 圆光栅 ❖(1)切向圆光栅 ❖(2)径向圆光栅
径向圆光栅
切向圆光栅
27
第三节 大位移传感器
二、光栅式位移传感器 4. 圆光栅 ❖动光栅固定在转轴上,因此,可将轴旋转的
磁电压为
Ui Um sin t Ui Um cost
❖当磁头不动时,输出绕组输出一等幅的正弦 或余弦电压信号,其频率仍为励磁电压的频 率,其幅值与磁头所处的位置有关。
6
第三节 大位移传感器
一、磁栅式传感器
❖在励磁绕组中输入高频励磁信号电流,其励 磁电压为
Ui Um sin t Ui Um cost
100 条 /mm 或 更 密 , 栅 线 长 度 一 般 为 6 ~ 12mm。
21
第三节 大位移传感器
二、光栅式位移传感器 2. 长光栅位移传感器 ❖根据不同的设计要求,光栅可以制成透射光
栅和反射光栅。 ❖透射光栅的栅线刻制在透明材料上,要求较
高时,可以采用光学玻璃;而指示光栅最好 采用光学玻璃。 ❖反射光栅的栅线刻制在具有反射率很高的金 属或镀以金属膜的玻璃上。
第三节 大位移传感器
二、光栅式位移传感器 1. 长光栅位移传感器的工作原理
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第三节 大位移传感器
二、光栅式位移传感器 1. 长光栅位移传感器的工作原理 ❖因此,可根据莫尔条纹移动的条纹数和方向,
测出光栅移动的距离和方向。光栅传感器就 是根据这一原理,实现对位移的检测。
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第三节 大位移传感器
二、光栅式位移传感器 3. 光学系统 ❖光栅位移传感器的测长精度可达0.5~3m
(3000mm范围内),分辨力可达0.1m
26
第三节 大位移传感器
二、光栅式位移传感器 4. 圆光栅 ❖(1)切向圆光栅 ❖(2)径向圆光栅
径向圆光栅
切向圆光栅
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第三节 大位移传感器
二、光栅式位移传感器 4. 圆光栅 ❖动光栅固定在转轴上,因此,可将轴旋转的
磁电压为
Ui Um sin t Ui Um cost
❖当磁头不动时,输出绕组输出一等幅的正弦 或余弦电压信号,其频率仍为励磁电压的频 率,其幅值与磁头所处的位置有关。
6
第三节 大位移传感器
一、磁栅式传感器
❖在励磁绕组中输入高频励磁信号电流,其励 磁电压为
Ui Um sin t Ui Um cost
100 条 /mm 或 更 密 , 栅 线 长 度 一 般 为 6 ~ 12mm。
21
第三节 大位移传感器
二、光栅式位移传感器 2. 长光栅位移传感器 ❖根据不同的设计要求,光栅可以制成透射光
栅和反射光栅。 ❖透射光栅的栅线刻制在透明材料上,要求较
高时,可以采用光学玻璃;而指示光栅最好 采用光学玻璃。 ❖反射光栅的栅线刻制在具有反射率很高的金 属或镀以金属膜的玻璃上。
传感器与检测技术(完整)ppt课件
2)UH=KHIB:采用恒流源供电, 可以使霍尔电势稳 定(减小由于输入电阻R随温度t变化而引起的激励 电流I变化所带来的影响。)
.
电子与信息工程学院控制科学与工程系
3)热敏电阻补偿
➢霍尔元件一般具有正温度系数,即输出随温度升高而下降, 若能使控制电流随温度升高而上升。
➢输入回路串热敏电阻(当温度上升时其阻值下降,使 控制电流上升。) ➢输出回路补偿负载上得到的霍尔电势随温度上升而下 降被热敏电阻阻值减小所补偿。 ➢在使用时,热敏电阻或电阻丝最好和霍尔元件封在一起或 靠近,使它们温度变化一致。
f=npN =n⇒ pn= tN /pt
线性霍尔
n 60 f 22
NS
磁铁
.
电子与信息工程学院控制科学与工程系
霍尔转速表原理
当齿对准霍尔元件时,磁力线集中穿 过霍尔元件,可产生较大的霍尔电动势, 放大、整形后输出高电平;反之,当齿轮 的空挡对准霍尔元件时,输出为低电平。
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电子与信息工程学院控制科学与工程系
.
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(2)不等位电势补偿
当霍尔元件B=0,I≠0,UH=U0≠0。 这时测得的空载霍尔电势称不等位电势。 产生这一现象的原因有:
① 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上; ② 半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不 均匀;
两电极电不在同一等电位面上
同济大学电子与信息工程学院控制科学与工程系
传感器与检测技术
主讲教师:苏永清
.
1
电子与信息工程学院控制科学与工程系
物理现象观察
霍尔效应
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3)热敏电阻补偿
➢霍尔元件一般具有正温度系数,即输出随温度升高而下降, 若能使控制电流随温度升高而上升。
➢输入回路串热敏电阻(当温度上升时其阻值下降,使 控制电流上升。) ➢输出回路补偿负载上得到的霍尔电势随温度上升而下 降被热敏电阻阻值减小所补偿。 ➢在使用时,热敏电阻或电阻丝最好和霍尔元件封在一起或 靠近,使它们温度变化一致。
f=npN =n⇒ pn= tN /pt
线性霍尔
n 60 f 22
NS
磁铁
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霍尔转速表原理
当齿对准霍尔元件时,磁力线集中穿 过霍尔元件,可产生较大的霍尔电动势, 放大、整形后输出高电平;反之,当齿轮 的空挡对准霍尔元件时,输出为低电平。
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(2)不等位电势补偿
当霍尔元件B=0,I≠0,UH=U0≠0。 这时测得的空载霍尔电势称不等位电势。 产生这一现象的原因有:
① 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上; ② 半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不 均匀;
两电极电不在同一等电位面上
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主讲教师:苏永清
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物理现象观察
霍尔效应
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《传感器及检测技术》PPT课件
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第二节 差动变压器式传感器
电源中用到的“单相变压器”有一个一次线圈(又称为初 级线圈),有若干个二次线圈(又称次级线圈)。当一次线圈 加全上波交整流流激电磁路电中压,两Ui后个,二将次在线二圈次串线联圈,中总产电生压感等应于电两压个U二O。次在线 圈的电压之和。
+
请将单相变压 器二次线圈N21、 N22的有关端点按 全波整流电路的要 求正确地连接起来。
(参考中原量仪股份有限公司资料)
滑道
轴承滚子外形
分选仓位
2020/11/29
24
电感式滚柱直径分选装置(机械结构放大)
汽缸
直径测微装置
控制键盘
长度测微装置
滑道
2020/11/29
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三、电感式不圆度计原理
该圆度计采用旁向式电感测微头
2020/11/29
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电感式不圆度测试系统
旁向式电感测微头
2020/11/29
如果在输出电压送到指示仪前,经过一 个能判别相位的检波电路,则不但可以反映 位移的大小(的幅值),还可以反映位移的 方向(的相位)。这种检波电路称为相敏检 波电路。
2020/11/29
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图3-7 相敏检波输出特性曲线
a)非相敏检波 b)相敏检波
2020/11/29 1—理想特性曲线 2—实际特性曲线
上节回顾:
1.电容传感器
本节主要内容:
1.电感传感器
2020/11/29
1
第4章 电感式传感器
本章学习自感式传感器和差 动变压器的结构、工作原理、测 量电路以及他们的应用,掌握一 次仪表的相关知识。
2020/11/29
2
第一节 自感式传感器
先看一个实验:
传感器及检测技术培训课件
量
项目二 化工生产过程中传感 器的应用
Contents
1
传感器在温度检测系统中的应用
2
传感器在压力检测系统中的应用
3
传感器在流量检测系统中的应用
4
传感器在液位检测系统中的应用
任务一 传感器在温度检测系统中的应用
1.了解温度测量的主要方法和分类 ; 2.掌握热电偶温度计的结构和原理; 3.掌握热电阻温度计的结构和原理; 4.了解温度变送器的特点; 5.会温度传感器的选用和安装。
任务小结
• 主要知识点归纳如下: • 1.温度是表征物体冷热程度的物理量,温标是表示温度数值的标尺
。 • 2.温度传感器可分为两大类,即接触法测温传感器和非接触法测温
传感器。 • 3.必需由两种不同材料才能构成热电偶;如果热电偶两结点温度相
同,则回路总的热电动势必然等于零,t t温0 差越大,热电动势越大 。 • 4.热电偶产生热电势的条件是两热电极材料不同,两接点温度不同 。
-20~1300(1600)铂铑10-铂 0~1000(1200)镍铬-镍硅 -40~800(900)镍铬-铜镍 -40~300(350)铜-铜镍 900~2000(700~2000)
100~2000(50~2000)
热电偶
热电偶是工程上应用最广泛的温度计之一 ,在温度测量中占有重要的地位。它构造简单 ,使用方便,具有较高的准确度、稳定性及复 现性,温度测量范围宽,常用的热电偶从50℃~1600℃均可连续测量,某些特殊热电偶 最低可测到-269℃,最高可达2800℃。
部分;转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被 测量转换成适于传输或测量的电信号部分。由于传感器的 输出信号一般都很微弱,因此需要有信号调理与转换电路 对其进行放大、运算调制等。
项目二 化工生产过程中传感 器的应用
Contents
1
传感器在温度检测系统中的应用
2
传感器在压力检测系统中的应用
3
传感器在流量检测系统中的应用
4
传感器在液位检测系统中的应用
任务一 传感器在温度检测系统中的应用
1.了解温度测量的主要方法和分类 ; 2.掌握热电偶温度计的结构和原理; 3.掌握热电阻温度计的结构和原理; 4.了解温度变送器的特点; 5.会温度传感器的选用和安装。
任务小结
• 主要知识点归纳如下: • 1.温度是表征物体冷热程度的物理量,温标是表示温度数值的标尺
。 • 2.温度传感器可分为两大类,即接触法测温传感器和非接触法测温
传感器。 • 3.必需由两种不同材料才能构成热电偶;如果热电偶两结点温度相
同,则回路总的热电动势必然等于零,t t温0 差越大,热电动势越大 。 • 4.热电偶产生热电势的条件是两热电极材料不同,两接点温度不同 。
-20~1300(1600)铂铑10-铂 0~1000(1200)镍铬-镍硅 -40~800(900)镍铬-铜镍 -40~300(350)铜-铜镍 900~2000(700~2000)
100~2000(50~2000)
热电偶
热电偶是工程上应用最广泛的温度计之一 ,在温度测量中占有重要的地位。它构造简单 ,使用方便,具有较高的准确度、稳定性及复 现性,温度测量范围宽,常用的热电偶从50℃~1600℃均可连续测量,某些特殊热电偶 最低可测到-269℃,最高可达2800℃。
部分;转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被 测量转换成适于传输或测量的电信号部分。由于传感器的 输出信号一般都很微弱,因此需要有信号调理与转换电路 对其进行放大、运算调制等。
传感器与检测技术ppt课件
控制系统的自动化水平高低。
传感器的选用主要取决于建模参数和被测 量、测量精度和灵敏度要求以及测量系统的 成本等因素。
(4) 传感器的品质参数 灵敏度 分辨率 准确度 精密度
重复性
线性度
灵敏度
灵敏度反映传感器对被测量变化的 响应能力。
O S I
输出变化量
输入变化量
分辨率
如果已知总体精度上限,要计算各部件的 误差,则假定各部件误差对总精度的影响 是均等的。
f N xi xi n
N xi f n xi
[实例]已知角速度与作用力的关系式 试求转速的不确定性。 [解]
F 5 0 0 3 1 6 . 2 3 m r 0 . 20 . 0 2 5
霍尔传感器的应用—— 测量焊接电流
在标准的园环铁芯开一 小缺口,将霍尔元件放在 缺口处,被测电流的导线 穿过铁心时就产生磁场B, 则霍尔传感器有输出。当 测出的小于 规定的焊接电流时,可 控硅的导通角增大,焊接 电流变大,测出的电压大 于规定的焊接电流时,可 控硅的导通角减,焊接电 流变小,控制焊接回路的 电流。
性;
没有机械电位器特有的滑片,彻底解决了滑 片接触不良的问题;体积小,节省空间,易于装 配;寿命长,可靠性高。
数字电位器与机械式电位器的区别
类 特 型 性 机 无 械 源 式 数 有 字 源 式 电阻变 调节 位置 自动 化规律 方法 记忆 复位 连续 变化 阶梯 变化 手动 有 没有 使用 体 寿命 积 短 大
为减小零点残余电压的影响,一般要用电路进行补偿, 电路补偿的方法较多,可采用以下方法。
• 串联电阻:消除两次级绕组基波分量幅值上的差异;
• 并联电阻电容:消除基波分量相差,减小谐波分量;
传感器与检测技术课件第二章3磁栅
E和磁性标尺与磁头相对速度无关,而是由位移量S决定的
第二章 位移检测传感器
第三节 大位移传感器
根据磁栅和磁头相对移动读出磁栅上的信号的 不同,所采用的信号处理方式也不同。
动态磁头只有一组绕组,其输出信号为正弦波,
信号的处理方法也比较简单,只要将输出信号放大整
形,然后由计数器记录脉冲数n,就可以测量出位移
装有磁栅传感器的仪器或装置工作时,磁头相对 于磁栅有一定的相对位置,在这个过程中,磁头把 磁栅上的磁信号读出来,这样就把被测位置或位移 转换成电信号。
第二章 位移检测传感器
第三节 大位移传感器
磁栅的类型
同轴形
长磁栅
(测量直线位移)
圆磁栅
(测量角位移)
带形 尺形
1-磁头 2-磁栅 3-屏蔽罩 4-基座 5-软垫
• 当磁头运动时,幅值随磁尺上的剩磁影响而变化。由于剩 磁形成的磁场强度按正弦波变化,从而获取调制波,输出 绕组的感应电动势
E1
Um
sin
2s
sin
t
E—输出线圈输出的感应电动势; Um—输出线圈输出的感应电动势峰值;
λ—磁尺剩余信号的波长(磁化信号节距);
s—磁头对磁性标尺的位移量; ω—输出线圈感应电动势的频率,是激磁电流I的频率的2倍。
1—磁头;2—磁栅;3—输出波形
第二章 位移检测传感器
第三节 大位移传感器
静态磁头的工作原理
• 励磁绕组起磁路开关作用
当励磁绕组N1不通电流时,磁路处于不饱和状态, 磁栅上的磁力线通过磁头铁心而闭合。
如果在励磁绕组中通入交变电流i=i0sinωt,当交变 电流i的瞬时值达到某一个幅值时,横杆上的铁心材料 饱和,这时磁阻很大,而使磁路“断开”,磁栅上的 磁通就不能在磁头铁心中通过。反之,当交变电流i的 瞬时值小于某一数值时,横杆上的铁心材料不饱和, 这时磁阻也降低得很小,磁路被“接通”,则磁栅上 的剩磁通就可以在磁头铁心中通过。由此可见,励磁 线圈的作用相当于磁开关。
第二章 位移检测传感器
第三节 大位移传感器
根据磁栅和磁头相对移动读出磁栅上的信号的 不同,所采用的信号处理方式也不同。
动态磁头只有一组绕组,其输出信号为正弦波,
信号的处理方法也比较简单,只要将输出信号放大整
形,然后由计数器记录脉冲数n,就可以测量出位移
装有磁栅传感器的仪器或装置工作时,磁头相对 于磁栅有一定的相对位置,在这个过程中,磁头把 磁栅上的磁信号读出来,这样就把被测位置或位移 转换成电信号。
第二章 位移检测传感器
第三节 大位移传感器
磁栅的类型
同轴形
长磁栅
(测量直线位移)
圆磁栅
(测量角位移)
带形 尺形
1-磁头 2-磁栅 3-屏蔽罩 4-基座 5-软垫
• 当磁头运动时,幅值随磁尺上的剩磁影响而变化。由于剩 磁形成的磁场强度按正弦波变化,从而获取调制波,输出 绕组的感应电动势
E1
Um
sin
2s
sin
t
E—输出线圈输出的感应电动势; Um—输出线圈输出的感应电动势峰值;
λ—磁尺剩余信号的波长(磁化信号节距);
s—磁头对磁性标尺的位移量; ω—输出线圈感应电动势的频率,是激磁电流I的频率的2倍。
1—磁头;2—磁栅;3—输出波形
第二章 位移检测传感器
第三节 大位移传感器
静态磁头的工作原理
• 励磁绕组起磁路开关作用
当励磁绕组N1不通电流时,磁路处于不饱和状态, 磁栅上的磁力线通过磁头铁心而闭合。
如果在励磁绕组中通入交变电流i=i0sinωt,当交变 电流i的瞬时值达到某一个幅值时,横杆上的铁心材料 饱和,这时磁阻很大,而使磁路“断开”,磁栅上的 磁通就不能在磁头铁心中通过。反之,当交变电流i的 瞬时值小于某一数值时,横杆上的铁心材料不饱和, 这时磁阻也降低得很小,磁路被“接通”,则磁栅上 的剩磁通就可以在磁头铁心中通过。由此可见,励磁 线圈的作用相当于磁开关。
传感器与检测技术 PPT课件
• 检测技术随着科学技术的发展而发展。现代工业经历了从手工作坊到机械 化、 自动化的历程,并从自动化向自治化、智能化的目标演化。随着生产设备机 械化、自动化水平的提高,控制对象日益复杂,由于系统中表征设备工作状 态的 状态参数多、参数变化快、子系统不确定性大等特点,从而对检测技术 的要求不 断提高,促进了检测技术水平的不断提高。
• 在测量装置和某些分类机械中,检测是装置和设 备的核心。例如自动分拣机要实现将工件按重量 分别放在不同位置的功能,就必须具有重量检测 单元(见下图)。
2.设备运行状态检测与故障诊断
• 为了保证机电设备安全可靠地运行,经常要求对 主要参数进行监测,如对电源电压、电机功耗或 负载电流、润滑油温度的监测等,其目的是防止 过载造成损 坏。这是一种保护性检测。但是随着 预防性维修的发展,对一些大型关键设备 要求进 行以故障诊断为目的的状态检测,例如,利用检 测振动信号,可监视动力 机械轴承或齿轮的故障, 并通过频率分析确定故障的部位,区分出轴承内 环、外 环或滚珠的故障。数控加工机床可利用切 削力信号、振动信号或声发射信号监 测刀具的工 作状态,当刀具破损或发生严重磨损时,及时发 出报警。
第七章智能传感器(4学时) • 概述 • 智能传感器的系统构成 • 智能传感器的集成技术 • 智能传感器实现的方法 • 智能仪器实例 第八章 传感器信号处理(2学时) • 测量放大器 • 信号的调制与解调 • 滤波器 • 传感器信号的非线性校正
第九章自动检测系统 (4学时) • 自动检测系统的组成 • 模拟量数据采集系统 • 数据采集系统输入接口器件 • 主要特性指标及测定方法 • 虚拟仪器
3.制造质量检测与控制
• 在机械制造过程中,为了保证加工零件的质量而 进行的检测,例如材质检 测、缺陷检测、尺寸及 表面质量检测。基于质量控制的检测又分为在线 检测与离 线检测。离线检测是在加工或装配完成 后对零件或产品进行检测,确定加工零 件是否合 格,剔除不合格零件,或者通过绘制控制图发现 加工过程的异常趋势。 在线检测是在加工或装配 过程中进行检测,例如,外圆磨削自动检测仪可 在磨削 过程中利用气动量仪或电感测头自动检测 工件尺寸,输出检测信息,以对机床进 行补充调 节或供显示报警。
• 在测量装置和某些分类机械中,检测是装置和设 备的核心。例如自动分拣机要实现将工件按重量 分别放在不同位置的功能,就必须具有重量检测 单元(见下图)。
2.设备运行状态检测与故障诊断
• 为了保证机电设备安全可靠地运行,经常要求对 主要参数进行监测,如对电源电压、电机功耗或 负载电流、润滑油温度的监测等,其目的是防止 过载造成损 坏。这是一种保护性检测。但是随着 预防性维修的发展,对一些大型关键设备 要求进 行以故障诊断为目的的状态检测,例如,利用检 测振动信号,可监视动力 机械轴承或齿轮的故障, 并通过频率分析确定故障的部位,区分出轴承内 环、外 环或滚珠的故障。数控加工机床可利用切 削力信号、振动信号或声发射信号监 测刀具的工 作状态,当刀具破损或发生严重磨损时,及时发 出报警。
第七章智能传感器(4学时) • 概述 • 智能传感器的系统构成 • 智能传感器的集成技术 • 智能传感器实现的方法 • 智能仪器实例 第八章 传感器信号处理(2学时) • 测量放大器 • 信号的调制与解调 • 滤波器 • 传感器信号的非线性校正
第九章自动检测系统 (4学时) • 自动检测系统的组成 • 模拟量数据采集系统 • 数据采集系统输入接口器件 • 主要特性指标及测定方法 • 虚拟仪器
3.制造质量检测与控制
• 在机械制造过程中,为了保证加工零件的质量而 进行的检测,例如材质检 测、缺陷检测、尺寸及 表面质量检测。基于质量控制的检测又分为在线 检测与离 线检测。离线检测是在加工或装配完成 后对零件或产品进行检测,确定加工零 件是否合 格,剔除不合格零件,或者通过绘制控制图发现 加工过程的异常趋势。 在线检测是在加工或装配 过程中进行检测,例如,外圆磨削自动检测仪可 在磨削 过程中利用气动量仪或电感测头自动检测 工件尺寸,输出检测信息,以对机床进 行补充调 节或供显示报警。
传感器与检测技术课件第二章
超声波液位传感器
利用超声波的反射来测量液体的 高度,适用于多种液体材料,具 有高精度和可靠性。
压力式液位传感器
通过测量液体对传感器施加的压 力来确定液位高度,用于液体容 器和管道的液位监测。
传感器的精度评定方法
线性性测试
通过在不同输入条件下测量传 感器的输复性测试
通过在相同输入条件下多次测 量传感器的输出,并计算其输 出值的差异性。
响应时间测试
测量传感器从感应到输出的时 间间隔,用于评估传感器的快 速性能。
传感器的温度漂移测试
1 热水浴测试
将传感器浸泡在不同温度的热水中,测量传 感器输出的变化以评估其温度漂移。
2 温湿度测试
在控制温度和湿度条件下,测量传感器输出 的变化以评估其温度和湿度影响。
化学传感器
专门用于检测化学物质的浓度、组成和反应等 信息。
非接触传感器
通过无需直接接触物体即可检测物理量的变化, 如光电传感器和红外传感器。
其他传感器
包括温度传感器,速度传感器,位置传感器等。
常用传感器的介绍
温度传感器
测量环境或物体的温度,常用 于控制系统、气候监测等。
压力传感器
测量气体或液体的压力,广泛 应用于工业自动化和汽车行业。
光电传感器
使用光电效应检测环境中的物 体或距离,常用于自动化和机 器人技术。
气体传感器的类型和特点
1 一氧化碳传感器
2 二氧化碳传感器
检测一氧化碳气体浓度以预防一氧化碳中毒。
测量室内空气中的二氧化碳浓度,用于空气 质量监测和能源管理。
3 甲烷传感器
检测甲烷气体浓度,广泛应用于燃气检测和 防爆系统。
速度传感器的类型和特点
1 霍尔传感器
传感器与检测技术课件全文
1.1.3传感器的分类
1.按输入量(被测量)分类 2.按工作原理(机理)分类 3、按能量的关系分类 4.按输出信号的形式分类
1.2 传感器的特性
静态特性和动态特性
输入量X和输输出Y的关系通常可用多项式表示
静态特性可以用一组性能指标来描述,如线性度、灵敏度、精确度(精 度)、重复性、迟滞、漂移、阈值和分辨率、稳定性、量程等。
(4) 分贝误差 在电子学和声学等计量中,常用对数形式来表示相对误差, 称为分贝误差,它实质上是相对误差的另一种表示方式。
2、按性质分类
(1)系统误差(systematic error) 定义:在重复性条件下,对同一被测量进行无限多次测量所得 结果的平均值与被测量的真值之差。 特征:在相同条件下,多次测量同一量值时,此此的绝对值和 符号保持不变,或者在条件改变时,按某一确定规律变化。 分类(变化规律不同):恒定系统误差包括恒正系统误差和恒 负系统误差,可变系统误差包括线性系统误差、周期性系统误 差和复杂规律系统误差等。
1、线性度 也称为非线性误差,是指在全量程范围内实际
特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值与满量程输出值 之
比。反映了实际特性曲线与拟合直线的不吻合度或偏离程
度。
L
Lmax YFS
100 %
2.迟滞。传感器在输入量由小到大(正行程)及输入量由大到小(反行程) 变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。即,对于同一大小的 输入信号,传感器的正反行程输出信号大小不相等,这个差值称为迟滞差值。 传感器在全量程范围内最大的迟滞差值或最大的迟滞差值的一半与满量程输 出值之比称为迟滞误差,又称为回差或变差(最大滞环率)。
在仪表准确度等级及其测量标称范围或量程选择方面应注意 如下原则: ①不应单纯追求测量仪表准确度越高越好,而应根据被测量 的大小,兼顾仪表的级别和标称范围或量程上限全理进行选 择。 ②选择被测量的值应大于均匀刻度测量仪表量程上限的三分 之 二 , 即 x>(2xm/3) , 此 时 测 量 的 最 大 相 对 误 差 不 超 过 rx=±[xm/(2xm/3)]×s%=±1.5s%,即测量误差不会超过测量 仪表等级的1.5倍。
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第二章 位移检测传感器 磁栅的外形及结构图
第三节
大位移传感器
静态磁头
磁尺
固定孔
去信号处理电 路
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
磁头
磁尺
磁栅外观图
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
磁栅式传感器的测试原理
磁栅上录有等间距的磁信号,它是利用磁带录 音的原理将一定波长的电信号(正弦波或矩形波)用 录磁(即用录音磁头沿长度方向按一定波长记录一周期性信号,以剩磁的形 式保留在磁尺上,这样磁尺上录上一定波长的磁信号)的方法记录在 磁性尺子或圆盘上而制成的。
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
一、磁栅式位移传感器
磁栅式传感器的分类、组成
• 磁栅式位移传感器根据用 途可分为长磁栅和圆磁栅 位移传感器,分别用于测 量线位移和角位移。 • 磁栅传感器是由磁栅(磁 尺)、磁头、检测电路组 成(如右图所示)
l-磁尺;2-尺基;3-磁性薄膜;
4-铁心;5-磁头
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
磁尺
• 磁尺是用非导磁性材料做尺基, 在尺基的上面镀一层均 匀的磁性薄膜,经过录磁(即用录音磁头沿长度方向按一 定波长记录一周期性信号,以剩磁的形式保留在磁尺上, 这样磁尺上录上一定波长的磁信号),磁尺的磁化图形排 成SN、NS状态。
第二章 位移检测传感器
• 当磁头运动时,幅值随磁尺上的剩磁影响而变化。由于剩 磁形成的磁场强度按正弦波变化,从而获取调制波,输出 绕组的感应电动势E1 U m sin2 Nhomakorabeas
sin t
E—输出线圈输出的感应电动势; Um—输出线圈输出的感应电动势峰值;
λ—磁尺剩余信号的波长(磁化信号节距); s—磁头对磁性标尺的位移量; ω—输出线圈感应电动势的频率,是激磁电流I的频率的2倍。 E和磁性标尺与磁头相对速度无关,而是由位移量S决定的
• 励磁绕组起磁路开关作用 当励磁绕组N1不通电流时,磁路处于不饱和状态, 磁栅上的磁力线通过磁头铁心而闭合。 如果在励磁绕组中通入交变电流i=i0sinωt,当 交变电流i的瞬时值达到某一个幅值时,横杆上的铁 心材料饱和,这时磁阻很大,而使磁路“断开”,磁 栅上的磁通就不能在磁头铁心中通过。反之,当交变 电流i的瞬时值小于某一数值时,横杆上的铁心材料 不饱和,这时磁阻也降低得很小,磁路被“接通”, 则磁栅上的剩磁通就可以在磁头铁心中通过。由此可 见,励磁线圈的作用相当于磁开关。
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
静态磁头的工作原理 励磁电压为:
Ui U m sin t或Ui U m cos t
当磁头不动时,输出绕组输出一等幅的正弦或余
弦电压信号,其频率仍为励磁电压的频率,其幅值 与磁头所处的位置有关。
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
静态磁头的工作原理
第三节
大位移传感器
• 磁信号的波长(周期)又称节距, 用λ表示。 磁信号的极 性是首尾相接, 在N、 N重叠处为正的最强, 在S、S重 叠处为负的最强。 磁尺的的断面和磁化图形如下图所示。
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
大尺寸磁栅尺外形图
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
磁头
磁栅上的磁信号先由录磁头录好,再由 读取磁头读出,按读取信号方式的不同,磁 头可分为 动态磁头 静态磁头
装有磁栅传感器的仪器或装置工作时,磁头相对 于磁栅有一定的相对位置,在这个过程中,磁头把 磁栅上的磁信号读出来,这样就把被测位置或位移 转换成电信号。
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
磁栅的类型 长磁栅
(测量直线位移)
同轴形
带形 尺形
圆磁栅
(测量角位移)
1-磁头 2-磁栅 3-屏蔽罩 4-基座 5-软垫
静止时就没有信 号输出。因此它只 能用于动态测量。
1—磁头;2—磁栅;3—输出波形
动态磁头的工作原理
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
静态磁头 静态磁头是调制式磁头,又称磁通响应式磁头。 ——该磁头有两个绕组,一为励磁绕组,另一为输出 绕组。 励磁绕组——绕在磁路截面尺寸较小的横臂上 输出绕组——绕在磁路截面尺寸较大的竖杆上 ——它与动态磁头的根本不同之处在于,在磁头与磁 栅之间没有相对运动的情况下也有信号输出。 ——当磁头运动时,幅值随磁尺上的剩磁影响而变 化,输出感应电动势。
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
动态磁头
动态磁头为非调制式磁头,又称速度响应式磁头,只有一 个绕组,当磁头沿磁栅作相对运动时才有信号输出。输出 为正弦波,在N、N重迭处输出正信号最强,在S、S重迭处 负信号最强。(录音机上的磁头就是速度响应式磁头,只 有在磁头和磁带有相对运动时才能检测出磁信号)
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
根据磁栅和磁头相对移动读出磁栅上的信号的 不同,所采用的信号处理方式也不同。
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
静态磁头的工作原理
• 磁感应强度决定于磁头与磁栅的相对位置。 随着激励交变电流的变化,可饱和铁心这一磁路 开关不断地“通”和“断”,进入磁头的剩磁通就时有 时无。这样,在磁头铁心的绕组N2中就产生感应电势, 主要与磁头在磁栅上所处的位置有关,而与磁头和磁栅 之间的相对速度关系不大。
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
静态磁头
静态磁头的工作原理
N1 为励磁绕组, N2 为感应输出绕组。 在励磁绕组中通入 高频的励磁电流, 一般频率为5kHz或 25kHz, 幅值约为 200 mA。
1—磁头;2—磁栅;3—输出波形
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
静态磁头的工作原理
第二章 位移检测传感器
第三节
大位移传感器
静态磁头的工作原理
• 感应电动势的频率为励磁电流频率的两倍 励磁电流在一个周期内两次过零,两 次出现峰值。 只要电流幅值超过某一额定值,它产生的正向或反向磁场 均可使磁头的铁心饱和,这样,在它变化一个周期,铁心 饱和两次,相应的磁开关通断两次。磁路在由通到断的时 间内,输出线圈中的交链磁通量由Φ0变化到0;磁路在由 断到通的时间内,输出线圈中的交链磁通量由0 变化到 Φ0 ; Φ0由磁性标尺中的磁信号决定,因此输出线圈中 输出的是一个调幅信号。