位移的测量概述PPT课件
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位移的测量解析PPT课件
层均匀电阻液，烘干聚合后形成电阻膜。优 点是分辨率高、耐磨性好、工艺简单、低成
本，但接触电阻大。金属膜电位器是在玻璃
等绝缘基体上喷涂一层铂铑、铂铜合金金属 膜制成。这种电位器温度系数小，适合高温 工作，但功率小较、耐磨性差、阻值小。
20Байду номын сангаас1/4/17
第14页/共99页
２. 导电塑料电位器 又称有机实心电位器。采用塑料和导电 材料（石墨、金属合金粉末等）混合模压 而成。特点是分辨率高、使用寿命长、旋 转力矩小、功率大。缺点是接触电阻大、 耐热、耐湿性能差。
2021/4/17
第26页/共99页
单一线圈的感应电势E21 或E22与位移s成非线性，而差动 形式输出电压E2则与铁心的位移 成线性。
E2的实线表示理想的输出特性，而虚线
表示实际的输出特性。由于差动变压器上下
不对称、铁心位置等因素，当铁心在中间位
置时，输出不为零。E0称为零点残余电压。
零点残余电压的存在，使传感器的输出
¤ 掌握差动变压器式传感器的使用、测 量方法
2021/4/17
第22页/共99页
2021/4/17
[相关知识]
差动变压器是利 用电磁感应原理进行 测量的。它从原理上 讲是一个变压器，利 用线圈的互感作用把 被测位移量转换为感 应电势的变化。由于 这种传感器常常做成 差动的形式，所以称 为差动变压器。
第33页/共99页
四、差动变压器式位移传感器基本特性
差动变压器式传感器的特性取决于差
动变压器的特性，包括灵敏度、零点电压、
线性范围、相位、频率特性、温度特性、 吸合力等。
1 灵敏度
2021/4/17
差动变压器在单位电压激磁下，铁心
本，但接触电阻大。金属膜电位器是在玻璃
等绝缘基体上喷涂一层铂铑、铂铜合金金属 膜制成。这种电位器温度系数小，适合高温 工作，但功率小较、耐磨性差、阻值小。
20Байду номын сангаас1/4/17
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２. 导电塑料电位器 又称有机实心电位器。采用塑料和导电 材料（石墨、金属合金粉末等）混合模压 而成。特点是分辨率高、使用寿命长、旋 转力矩小、功率大。缺点是接触电阻大、 耐热、耐湿性能差。
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单一线圈的感应电势E21 或E22与位移s成非线性，而差动 形式输出电压E2则与铁心的位移 成线性。
E2的实线表示理想的输出特性，而虚线
表示实际的输出特性。由于差动变压器上下
不对称、铁心位置等因素，当铁心在中间位
置时，输出不为零。E0称为零点残余电压。
零点残余电压的存在，使传感器的输出
¤ 掌握差动变压器式传感器的使用、测 量方法
2021/4/17
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2021/4/17
[相关知识]
差动变压器是利 用电磁感应原理进行 测量的。它从原理上 讲是一个变压器，利 用线圈的互感作用把 被测位移量转换为感 应电势的变化。由于 这种传感器常常做成 差动的形式，所以称 为差动变压器。
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四、差动变压器式位移传感器基本特性
差动变压器式传感器的特性取决于差
动变压器的特性，包括灵敏度、零点电压、
线性范围、相位、频率特性、温度特性、 吸合力等。
1 灵敏度
2021/4/17
差动变压器在单位电压激磁下，铁心
工程测量学 课件 10-8引张线法测量水平位移
柔性弦线两端加以水平拉力引张后自由悬挂，则它在竖直面内呈悬链线形状，它在水平面上的投影应是一条直线，利用此直线作为基准线可以测定附近测点的横向偏移值，这种方法称为引张线法。
引张线法可以用来测定建筑物的横向水平位移，这在大坝变形测量中有较多的应用。
此时，一般将引张线布置在坝体廊道内、坝顶或土坝坡面上。
两端点应尽可能布设在两岸地基稳定处。
若端点布设在坝体上，则端点处需用倒垂线或其他措施测定端点的位移。
引张线的装置的组成：端点测点测线（不锈钢丝）测线保护管一、端点一、端点固定不锈钢丝位置嵌镶铜质类的较软金属二、测点由浮托装置、标尺、保护箱组成支承钢丝标尺固定在槽钢面上，槽钢埋入大坝廊道内，并与之牢固结合。
保护箱用于保护观测点装置，同时也可以防风，以提高观测精度。
三、测线及其保护管测线一般采用直径为0.6～1.2mm的不锈钢（碳素钢丝），在两端重锤作用下引张为一直线。
保护管保护测线不受损坏，同时起防风作用。
保护管可用直径大于10cm的塑料管，以保证测线在管内有足够的活动空间。
假定钢丝两端固定不动，因而引张线是固定的基准线。
由于各观测点上之标尺是与坝体固连的，所以对于不同的观测周期，钢丝在标尺上的读数变化值，就直接表示该观测点的位移值。
三、测线及其保护管读数显微镜法——利用刻有测微分划线的读数显微镜进行的，测微分划线最小刻划为0.1mm，可估读到0.01mm。
标尺整分划值+2ba三、测线及其保护管反向光学对点器可以用来测定测点相对于引张线的偏离值。
一般需专门设计制造，也可以利用一个望远镜加上五角棱镜后改造而成。
为了测量光学对中器中心轴偏离引张线的距离，把望远镜及五角棱镜装在滑块上，滑块在轨道上移动，其移动量用一只百分表测量。
轨道固定在坝体上与测线垂直。
三、测线及其保护管根据生产单位对引张线大量观测资料进行统计分析的结果，计算得一次观测（三测回观测平均值）的中误差为±0.03mm。
可见引张线测定水平位移的精度是较高的。
水平位移观测PPT课件
3
一、测小角法 二、活动觇牌法
1.活动觇牌
2.测距装置
3.对点装置
多媒体课件
4
测小角法：利用精密经纬仪精确测出基准线与
置镜点到观测点
视线的夹角，即偏离值为
Li=αi·/ Si ρ
P
式中：
Si为端点 到观测点的距离
A αi
B
ρ"=206265
Si
一、对于距离Si的精度要求 将上式进行全微分，得中误差：
（1）检核方向线法 布设方法见黑板图表 （2）倒垂线法 2.垂线坐标仪器 （1）光学垂线仪 （2）电测垂线仪：光电式、电感式、电容式多媒体课件
16
面为基准面，根据它来测定建筑物的水平位移。 视准线法：由经纬仪的视准面形成基准面的基准线法。 激光准直法：通过激光
引张线法：通过拉直的钢丝的竖直面作为基准面来测定坝 体偏离值。
多媒体课件
2
二、观测墩
三、活动觇牌
1.基础、支撑均稳定 2.温度变形小 3.强制对中 4.便于安置
多媒体课件
1.反差大 2.无相位差 3.图案应对称 4.应有适当参考面积 5.便于安置
一、端点
1.墩座 2.夹线装置 3.滑轮 4.重锤 5.重锤联接装置
多媒体课件
7
二、观测点：1.浮托装置、2.标尺、3.保护箱
三、测线及保护管：
测线－φ0.6～1.2mm不锈钢 钢丝（碳素钢丝）
保护管－φ10cm的塑料管
多媒体课件
8
观测与读数显微镜成像
在测微尺上读钢丝左右边缘读数a、b，并取均值。如 图为：a=0.30mm,b=1.40mm，均值0.85mm；标尺读数为 72mm；最后钢丝中心读数为72+0.85=72.85mm
一、测小角法 二、活动觇牌法
1.活动觇牌
2.测距装置
3.对点装置
多媒体课件
4
测小角法：利用精密经纬仪精确测出基准线与
置镜点到观测点
视线的夹角，即偏离值为
Li=αi·/ Si ρ
P
式中：
Si为端点 到观测点的距离
A αi
B
ρ"=206265
Si
一、对于距离Si的精度要求 将上式进行全微分，得中误差：
（1）检核方向线法 布设方法见黑板图表 （2）倒垂线法 2.垂线坐标仪器 （1）光学垂线仪 （2）电测垂线仪：光电式、电感式、电容式多媒体课件
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面为基准面，根据它来测定建筑物的水平位移。 视准线法：由经纬仪的视准面形成基准面的基准线法。 激光准直法：通过激光
引张线法：通过拉直的钢丝的竖直面作为基准面来测定坝 体偏离值。
多媒体课件
2
二、观测墩
三、活动觇牌
1.基础、支撑均稳定 2.温度变形小 3.强制对中 4.便于安置
多媒体课件
1.反差大 2.无相位差 3.图案应对称 4.应有适当参考面积 5.便于安置
一、端点
1.墩座 2.夹线装置 3.滑轮 4.重锤 5.重锤联接装置
多媒体课件
7
二、观测点：1.浮托装置、2.标尺、3.保护箱
三、测线及保护管：
测线－φ0.6～1.2mm不锈钢 钢丝（碳素钢丝）
保护管－φ10cm的塑料管
多媒体课件
8
观测与读数显微镜成像
在测微尺上读钢丝左右边缘读数a、b，并取均值。如 图为：a=0.30mm,b=1.40mm，均值0.85mm；标尺读数为 72mm；最后钢丝中心读数为72+0.85=72.85mm
位移检测应用实例课件
是确保安全运行的重要手段。
提高设备寿命
通过监测大型机械设备的状态，可 以及时发现潜在的故障并进行维修 ，从而延长设备的使用寿命。
优化维护计划
通过对大型机械设备进行状态监测 ，可以了解设备的实际运行状况， 从而制定更加合理的维护计划。
位移检测在大型机械设备状态监测中的应用
监测关键部位
位移检测技术可以对大型机械设备的 关键部位进行实时监测，如轴承、齿 轮等，以判断其运行状态是否正常。
激光干涉仪
利用激光干涉原理，通过测量干涉条纹的变化来检测位移 ，具有高精度、高分辨率、非接触的特点，适用于大型设 备和高精度测量。
位移检测技术的应用领域
机械制造
用于检测机床工作台、刀具等部件的位移和 振动，保证加工精度和产品质量。
交通运输
用于检测车辆、船舶等交通工具的位移和振 动，提高运输安全性和舒适性。
预警与诊断
评估设备性能
通过对大型机械设备进行位移检测， 可以评估设备的性能，如传动效率、 振动等，从而了解设备的整体运行状 况。
当位移检测技术发现异常位移时，可 以及时发出预警，帮助操作人员及时 发现潜在的故障并进行诊断。
位移检测在大型机械设备状态监测中的优势与挑战
优势
位移检测技术可以对大型机械设备的 关键部位进行实时监测，及时发现潜 在的故障并进行预警，提高设备的安 全性和可靠性。
数据处理和分析
通过对监测到的位移数据进行处理和分析，可以 了解结构的动态特性和响应，评估结构的性能和 安全状况。
预警和决策支持
根据监测数据和分析结果，可以为地震发生时的 应急救援和灾后修复提供预警和决策支持。
位移检测在地震工程中的优势与挑战
优势
位移检测技术可以实时监测结构的位移变化，提供大量数据 和分析结果，为工程安全提供保障。同时，该技术具有非破 坏性、高精度和高可靠性的特点。
提高设备寿命
通过监测大型机械设备的状态，可 以及时发现潜在的故障并进行维修 ，从而延长设备的使用寿命。
优化维护计划
通过对大型机械设备进行状态监测 ，可以了解设备的实际运行状况， 从而制定更加合理的维护计划。
位移检测在大型机械设备状态监测中的应用
监测关键部位
位移检测技术可以对大型机械设备的 关键部位进行实时监测，如轴承、齿 轮等，以判断其运行状态是否正常。
激光干涉仪
利用激光干涉原理，通过测量干涉条纹的变化来检测位移 ，具有高精度、高分辨率、非接触的特点，适用于大型设 备和高精度测量。
位移检测技术的应用领域
机械制造
用于检测机床工作台、刀具等部件的位移和 振动，保证加工精度和产品质量。
交通运输
用于检测车辆、船舶等交通工具的位移和振 动，提高运输安全性和舒适性。
预警与诊断
评估设备性能
通过对大型机械设备进行位移检测， 可以评估设备的性能，如传动效率、 振动等，从而了解设备的整体运行状 况。
当位移检测技术发现异常位移时，可 以及时发出预警，帮助操作人员及时 发现潜在的故障并进行诊断。
位移检测在大型机械设备状态监测中的优势与挑战
优势
位移检测技术可以对大型机械设备的 关键部位进行实时监测，及时发现潜 在的故障并进行预警，提高设备的安 全性和可靠性。
数据处理和分析
通过对监测到的位移数据进行处理和分析，可以 了解结构的动态特性和响应，评估结构的性能和 安全状况。
预警和决策支持
根据监测数据和分析结果，可以为地震发生时的 应急救援和灾后修复提供预警和决策支持。
位移检测在地震工程中的优势与挑战
优势
位移检测技术可以实时监测结构的位移变化，提供大量数据 和分析结果，为工程安全提供保障。同时，该技术具有非破 坏性、高精度和高可靠性的特点。
《GH位移简介》课件
Gh位移的物理意义
Gh位移反映了物体内部应力和应变 分布情况，是研究物体变形和破坏机 制的重要参数。
Gh位移的大小和分布与物体的材料性 质、外力大小和作用方式等因素有关 。
Gh位移的单位和测量方法
Gh位移的单位是长度单位，常用的单位有毫米(mm)、厘米 (cm)、米(m)等。
Gh位移的测量方法包括光学测量、电测和激光干涉测量等， 具体方法取决于测量精度和物体变形程度的要求。
Gh位移在工程测量中的应用
01
02
03
精密测量
Gh位移可用于工程测量中 的精密测量，如桥梁、建 筑物的微小位移变化，以 确保结构安全。
监测地震
Gh位移可以用于地震监测 ，通过测量地壳的微小移 动，预测地震活动和评估 地震风险。
导航定位
Gh位移技术也可用于高精 度导航定位系统，例如 GPS，以提高定位精度和 可靠性。
Gh位移研究的前景和展望
随着观测技术和数据处理能力的不断 提升，Gh位移的测量精度和范围将不 断扩大，有望揭示更多引力场的奥秘 。
Gh位移的应用前景广泛，不仅局限于 地球科学和天文学领域，未来还可能 拓展到其他领域，如深海探测、航空 航天等。
Gh位移的研究将促进引力理论的发展 ，推动物理学领域的进步。
04 Gh位移的未来发 展
Gh位移理论的深入研究
深入研究Gh位移的 基本原理和数学模型 ，提高理论精度和可 靠性。
开展跨学科合作，借 鉴其他领域的理论和 方法，丰富Gh位移 理论体系。
探索Gh位移与其他 物理现象的内在联系 ，推动相关领域的发 展。
Gh位移测量技术的改进
研发更精确、可靠的Gh位移测 量设备和方法，提高测量精度和
02 Gh位移的特性
《位移法的基本原理》课件
2 三角法
三角法通过测量变形点与控制点的距离、角度等参数，计算位移。
3 盘面法
盘面法是通过建立一个参考面，然后测量结构物上特定点到参考面的距离来计算位移。
四、位移法的基本原理
1 位移法的基本方程
位移法的基本方程是通 过测量的位移值，运用 数学方法来求解结构的 变形量。
2 基元式
基元式是位移法中用于 计算位移的基本公式， 根据不同应用场景和结 构类型有所不同。
3 位移换算系数
位移换算系数是指不同 测量方法和仪器测量结 果之间的比例关系，用 于精确计算位移。
五、在工程中的应用
1 地铁隧道位移监测
通过位移法对地铁隧道的位移变形进行监测，确保隧道的稳定与安全。
2 城市土地沉降监测
利用位移法监测城市土地的沉降情况，进行城市规划和土地利用的评估。
3 结构物变形监测
二、位移的基本概念
1 位移的定义
位移指的是物体从一个 位置到另一个位置的移 动距离。
2 位移的单位
位移的单位通常使用米 （m）。
3 点位移和区域位移
的区别
点位移是指某个具体测 点的位移，区域位移是 指某个特定区域内所有 点的平均位移。
三、位移的测量方法
1 坐法
坐法是通过标定测点的坐标，然后测量位移点新坐标与初始坐标的差值来确定位移。
通过位移法对建筑物、桥梁等结构物的变形进行监测，预防和解决潜在的安全问题。
六、总结
1 位移法的优缺点
2 发展前景
位移法具有测量精度高、适用范围广等优 点，但也存在设备成本较高、测量期较 长等缺点。
随着工程技术的不断发展，位移法在各个 领域的应用将会更加广泛。
七、参考文献
- 《位移法在工程测量中的应用》 李春峰等著 - 《位移法理论与应用》 张华等著
第三章 位移的检测
涡流式传感器
电磁炉内部的励磁线圈
涡流式传感器
电磁炉的工作原理
高频电流通过励 磁线圈，产生交 变磁场，在铁质 锅底会产生无数 的电涡流，使锅 底自行发热，烧 开锅 内 的 食 物。
涡流式传感器
三、涡流的分布和强度
涡流的分布： 因为金属存在集肤效应，电涡流只存在于金属导体的表面 薄层内,存在一个涡流区，实际上涡流的分布是不均匀的。涡 流区内各处的涡流密度不同，存在径向分布和轴向分布。
第三章 位移的测量 3.1概述
位移的测量：对线位移和角位移的测量的总 称。 包括：长度、厚度、距离、物位、高度、镀 层、表面粗糙度、角度等的测量。 1、直接非电测量：利用喷嘴-挡板，通过流 量测位移； 2、将位移量转化为模拟电量： ①位移使传感器的结构变化产生电信号； ②位移量转化为数字：如光电式编码器、磁 电式感应同步器等。
标定位移时的实验数据及曲线
自感式传感器
相敏整流电桥
自感式传感器
压力测量用的膜盒
膜盒由两片波纹膜片焊接而成。所谓波纹膜片是一种压 有同心波纹的圆形薄膜。当膜片四周固定，两侧面存在压差时， 膜片将弯向压力低的一侧，因此能够将压力变换为直线位移。
变压器式传感器
一、变隙式差动变压器
差动变压器式传感器的结构示意图 两个初级绕组的同名端顺向串联， 而两个次级绕组的同名 端则反相串联。
电容式测量
利用被测量的变化去改变电容的结构参数，从而 改变物体间的电容量，通过测量电容来实现对被 测量的检测。
电容式传感器
利用电容式测量原理实现的传感器称为电容式传 感器。
优点：测量范围大、灵敏度高、结构简单、适应性 强、动态响应时间短、易实现非接触测量等。 应用：压力、位移、厚度、加速度、液位、物位、 湿度和成分含量等测量之中。
第4章 位移的测量
第四章 位移的测量
直线性 特 点
±0.1% 分辨率较好，可用于 ±0.1% 静态或动态测量。机 械结构不牢固 ±0.5% 结构牢固，寿命长， 但分辨率差，电噪声 ±0.5% 大
±0.5%应变 ±0.1% ±0.3%应变 ±2%~3% ±0.25%应 ±2%~3% 变
±1% 满刻度 ±20%
不牢固 牢固，使用方便，需 温度补偿和高绝缘电 阻输出幅值大，温度 灵敏性高
三、 常用的位移传感器
• 电阻：应变、压阻、变阻。 • 电感：自感：变气隙、螺线管； 互感：差动变压器； 涡流。 • 电容：变面积、变极距、变介电常数。 • 霍尔元件。 • 光栅、光电编码盘、磁尺、激光干涉仪。 根据环境、动态特性、量程、精度、价格等参数选择。
3
4.1 常用位移传感器
型 式 电阻式 滑线式 线位移 角位移 变阻器 线位移 角位移 应变式 非粘贴式的 粘贴的 半导体的 测量范围 1~300 mm 0°~360° 1~1000 mm 0~60 rad 精确度 ±0.1% ±0.1% ±0.5% ±0.5%
第四章 位移的测量
光栅传感器的测量电路
五细分电路信号处理过程
0
18 36 54 72 90
108 126 144 162
得到十路方波信号，其相位依次相差1 8
光栅传感器的测量电路
五细分电路信号处理过程
0
第四章 位移的测量
36 72
108 144
PX
PX P0 P3 6 P7 2 P1 0 8 P1 4 4 P0 P3 6 P7 2 P1 0 8 P1 4 4 P0 P3 6 P7 2 P1 0 8 P1 4 4 P0 P3 6 P7 2 P1 0 8 P1 4 4
第12章 位移测量
第十二章 位移测量
差动变压器式位移传感器
原理：利用线圈的互感作用将位移 信号转换成感应电动势的变化
优点：灵敏度高，可以实现不 用放大器的测量；结构简单、 工作可靠；在一定的测量范围 内，线性度好 不足：易受温度和磁场影响， 当工作温度升高或有外界磁场 干扰时，测量误差较大
第十二章 位移测量
三、电容式位移传感器
2.优点： 结构简单，灵敏度高、测量 线性范围大，可完成从静态到 较高频率的动态非接触式测量
第十二章 位移测量
五、数字位移传感器 光栅、磁尺、编码器和感应同步器等。 (一)光栅 1. 工作原理 基体材料上刻制有等间条纹的光学元件。 用于位移测量的光栅称计量光栅。 计量光栅分投射式及反射式两种。前者使光线通过光 栅后产生明暗条纹，后者反射光线并产生明暗条纹。 测量线位移的光栅为长光栅，测量角位移的光栅为圆 光栅。
第十二章 位移测量
差动式电感位移传感器
δ2＝ δ1 电桥平衡
测量前
衔铁向上向下运动，两只 线圈的电感量不等，电桥失 衡， IL的大小和方向反映了 被测机械量的大小和方向
测量时
优点
注意事项
克服了简单传感器易 受温度和环境磁场变化影响 的不足，扩大了 测量范围
有零位误差存在，要用 专门的补偿电路来消除
第十二章 位移测量
当光栅沿反方向移动时，u1′的微分脉冲发生在u2′为“0” 电平时，与门Y1无脉冲输出；而u1′的反相微分脉冲则发生在 u2′的“1”电平时，与门Y2输出一个计数脉冲。u2′的电平状 态实际上是与门的控制信号，移动方向不同，u1′所产生的计 数脉冲的输出路线也不同。 根据运动方向给出加计数脉冲或减计数脉冲，将其输入可 逆计数器，可实时显示相对于某个参考点的位移量。
工程测试-第六章位移测量
分辨力高，耐用，可测位移频 率只是激励频率的1/10，后续 电路复杂
性能稳定可靠，利用应变片和 弹性体结合测量角位移
自整角机 旋转变压器
360° 360°
±0.1°~± 7°
2′~5′
±0.5%
小角度时 0.1%
对环境要求低，有标准系列， 使用方便，抗干扰能力强，性 能稳，可在1200r/min下工作， 精度低，线性范围小
一．回轴轴误差运动的 测量
○ 回转轴误差运动是 指在回转过程中回 转轴线偏离理想位 置而出现的附加运 动。
○ 径向误差运动的常 用测量方法
图 双向测量 法时的位移信 号分析
—基圆发生器 图 双向测量法
—位移测量仪；
—位移传感器 ；
T—位移传 感器；M— 位移测量仪； R—基圆发 生器； Mu—乘法 器
部分测量角位移的传感器的性能及特点。
型式
测量范围
精确度
线性度
特点
滑线变阻式
0°~360°
±0.1%
±0.1%
结构简单，测量范围广，存在 接触摩擦，动态响应差
变阻器
0~60转
±0.5%
差动变压器式
0°~±120 °
(0.2~2.0) %
应变计式
±180°
1%
±0.5% ±0.25%
耐磨性好，阻值范围宽，接触 电阻和噪声大，附加力矩较大
微动同步器
±5°~±4 0°
(0.4~1) %
±0.05%
分辨力高，无接触，测量 范围小，电路较复杂
电容式
70°
25″
圆感 编 码 器
接触 式
光电 式
0°~360 °
0°~360 °
0°~360 °
性能稳定可靠，利用应变片和 弹性体结合测量角位移
自整角机 旋转变压器
360° 360°
±0.1°~± 7°
2′~5′
±0.5%
小角度时 0.1%
对环境要求低，有标准系列， 使用方便，抗干扰能力强，性 能稳，可在1200r/min下工作， 精度低，线性范围小
一．回轴轴误差运动的 测量
○ 回转轴误差运动是 指在回转过程中回 转轴线偏离理想位 置而出现的附加运 动。
○ 径向误差运动的常 用测量方法
图 双向测量 法时的位移信 号分析
—基圆发生器 图 双向测量法
—位移测量仪；
—位移传感器 ；
T—位移传 感器；M— 位移测量仪； R—基圆发 生器； Mu—乘法 器
部分测量角位移的传感器的性能及特点。
型式
测量范围
精确度
线性度
特点
滑线变阻式
0°~360°
±0.1%
±0.1%
结构简单，测量范围广，存在 接触摩擦，动态响应差
变阻器
0~60转
±0.5%
差动变压器式
0°~±120 °
(0.2~2.0) %
应变计式
±180°
1%
±0.5% ±0.25%
耐磨性好，阻值范围宽，接触 电阻和噪声大，附加力矩较大
微动同步器
±5°~±4 0°
(0.4~1) %
±0.05%
分辨力高，无接触，测量 范围小，电路较复杂
电容式
70°
25″
圆感 编 码 器
接触 式
光电 式
0°~360 °
0°~360 °
0°~360 °
教科版高中物理必修一1.2位置变化的描述——位移(共28张PPT)
y
0
x
z
三维空间
注意：建立坐标系时要明确
①原点 ②正方向 ③单位长度 ④坐标单位
思维体操
医 医院 院
二 中
一 中
• 路程的局限性
• 1）不能反应运动的某些本质（共同点）
• 2） 描述不够精确
必须引入新 的物理量
思考：新的物理量如何定义？特点？ 体会：任何一个物理量的引入都是必须
的，是其他量所难以描述的。
方向向东
规
注意：负号只表示方向！不表示大小！
范
练习
物 XB体=-从2mA,它运的动坐到标B,初变位化置量的ΔX坐＝标？是XA＝3m,
Δx
Ｂ
Ｏ
Ａ
x
Δx＝ XＢ－ XＡ ＝-2m－3m ＝-5m
位移是多少？
Y/ｍ
4
3
2
1
-２ –１ 0 -1
12
34
Ｘ/ｍ
三、矢量和标量
1、矢量：既有大小又有方向的物理量。 如：位移、力、速度……
第一章:运动的描述
1.2 位置变化的描述--位移
茫我茫要沙去漠哪， 我选在哪里哪条？里路？线
最பைடு நூலகம்？
位置 位移 路程
复习：
对应
时刻
位置
对应
时间
位置的改变
位移
一.确定位置的方法
1.物体的位置：物体在某时刻处于空间的某个点，这个 点就叫物体的位置．
把物体看作质点 物体的位置对应着某个时刻
2.确定物体位置的方法
C. 在直线运动中，质点位移的大小一定等于其路程 D. 在曲线运动中，质点位移的大小一定小于其路程
2、一个物体从A点运动到B点，则 （ ABC ）
0
x
z
三维空间
注意：建立坐标系时要明确
①原点 ②正方向 ③单位长度 ④坐标单位
思维体操
医 医院 院
二 中
一 中
• 路程的局限性
• 1）不能反应运动的某些本质（共同点）
• 2） 描述不够精确
必须引入新 的物理量
思考：新的物理量如何定义？特点？ 体会：任何一个物理量的引入都是必须
的，是其他量所难以描述的。
方向向东
规
注意：负号只表示方向！不表示大小！
范
练习
物 XB体=-从2mA,它运的动坐到标B,初变位化置量的ΔX坐＝标？是XA＝3m,
Δx
Ｂ
Ｏ
Ａ
x
Δx＝ XＢ－ XＡ ＝-2m－3m ＝-5m
位移是多少？
Y/ｍ
4
3
2
1
-２ –１ 0 -1
12
34
Ｘ/ｍ
三、矢量和标量
1、矢量：既有大小又有方向的物理量。 如：位移、力、速度……
第一章:运动的描述
1.2 位置变化的描述--位移
茫我茫要沙去漠哪， 我选在哪里哪条？里路？线
最பைடு நூலகம்？
位置 位移 路程
复习：
对应
时刻
位置
对应
时间
位置的改变
位移
一.确定位置的方法
1.物体的位置：物体在某时刻处于空间的某个点，这个 点就叫物体的位置．
把物体看作质点 物体的位置对应着某个时刻
2.确定物体位置的方法
C. 在直线运动中，质点位移的大小一定等于其路程 D. 在曲线运动中，质点位移的大小一定小于其路程
2、一个物体从A点运动到B点，则 （ ABC ）
位移测量实例PPT
(2)电感式仿形机床
在加简单机械零件 时，承受仿形加工 是一种较简洁的方 法。
较长4.24是电感式 〔或差动变压器式〕 仿形机床的示意图。
假设被加工的工件为凸轮。机床的左边转轴上固 定一个已加工好的标准凸轮。毛坯固定在右边的 转轴上，左、右两轴同步旋转。
铣刀与电感测微仪安装在由伺服电机驱动的、可 以沿着立柱的导轨上、下移动的龙门架上。
物位测量多是将物位转换成位移量来进展测 量的，它也是位移测量应用较多的一个方面。
电容式液位传感器是利用被测介质液面变化 转换为电容量变化的一种介质变化型电容式 传感器。
图4.26a是用于被测介质是非导电物质时的 电容式传感器。当被测液面变化时，两电极 间的介电常数随之发生变化，从而导致电容 量的变化。
当石棉纸的厚度到达所要求的尺寸时，检测仪 内所设置的报警器即发出声光报警信号或向执 行机构发出指令。
(4)物位的测量
在生产过程中常遇到大量的 固体和液体物料，存放在容 器中或堆放在场地上，并占 有肯定的高度，上高度还有 可能是随时间变化的。
对此高度的测量 称为物位 测量。液体外表的位置、散 粒状物质外表的位置以及不 同比重互不相溶液体的分界 面位置等的测量均属于物位 测量。
4．3．1 一般线位移测量
在工程技术中，测量机械零件的长度、厚度和 液位等，实际上都是利用不同的位移传感器进 展线位移的测量。
(1)电感式滚柱直径分选装置 以往用人工测量和分选轴承用滚柱的直径是一
件特别费时且简洁出错的工作。
图 4.23是电感式滚柱直径分选装置的示意图。
由机械排序装置送来的滚柱按挨次进入电感测微仪。电感测微 仪的测杆在电磁铁的掌握下，先提升到肯定的高度，让滚柱进 入其正下方，然后电磁铁释放，衔铁向下压住滚柱，滚柱的直 径打算了衔铁位移的大小。电感传感器的输出信号送到计算机， 计算机直径的偏差值。已测量的滚柱被机械装置推出电感测微 仪，这时相应的翻板翻开，滚柱落入与其直径偏差相2一起向上 移动。
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模块七 位移的测量
位移测量从被测量来的角度可分为线位 移测量和角位移测量；从测量参数特性的角 度可分为静态位移测量和动态位移测量。许 多动态参数，如力、扭矩、速度、加速度等 都是以位移测量为基础的。
自动化生产与工程自动控制中经常需要 测量位移。测量时应当根据不同的测量对象 选择测量点、测量方向和测量系统，其中位 移传感器精度起重要作用。
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四、电位器式传感器
电位器式传感器主要用来测量直线位移
和角位移。和弹性元件相结合也可以测量压 力、力、加速度等量。
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[任务实施]
电子油门控制系统主要由油门踏板、踏板 电位计角位移传感器、ECU（电控单元）、数 据总线、伺服电动机和节气门执行机构组成。
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３. 光电电位器 光电电位器是非接触电位器，采用光束
代替电刷。光束在电阻带、光电导层上移动
时，光电导层受到光束激发，使电阻带和集 电带导通，在负载电阻两端便有电压输出。
光电电位器特点是阻值范围宽(500Ω～ 15MΩ)、无磨损、寿命长、分辨率高。缺点 是不能输出大电流，测量电路复杂。
电位计式位移传感器为电子油门控制 器中的常用传感器。那么电位计式位移传 感器的工作原理是什么？其结构、特点、 适用场所如何？这就是我们本课题的任务 目标。
2020年识点 ¤ 了解位移传感器的基本工作原理 ¤ 掌握位移传感器的基本测量方法
◆ 技能点 ¤ 掌握位移传感器的一般测量方法
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2. 电压分辨率 线绕电位器的电压分辨率，是在电刷 行程内电位计输出电压阶梯的最大值与最 大输出电压之比的百分数。对于具有理想 阶梯特性的线绕电位计，其理论的电压分 辨率为
由上式可以看出，线绕电位器的匝数 越多，其分辨率越高。
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一 、 线绕电位器结构和工作原理
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若线绕电位器的绕线的截面积均匀，则R变
化均匀 (线性)。U1为工作电压，U0为负载电阻
RL两端的输出电压。X为线绕电位器电刷移动的
长度，L为其总长度，对应于电刷移动量X的电
阻值R x为
输出电压为
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位移传感器安装在油门踏板内部，随时监测油 门踏板的位置。
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当监测到油门踏板高度位置有变化，会 瞬间将此信息送往ECU，ECU对该信息和其 它系统传来的数据信息进行运算处理，计算 出一个控制信号，通过线路送到伺服电动机 继电器，伺服电动机驱动节气门执行机构。
由于电子油门系统是通过ECU来调整节 气门的，因此电子油门系统可以设置各种功 能来改善驾驶的安全性、舒适性、油耗及尾 气排放质量。
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课题二 差动变压器式位移传感器
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二、线绕电位器传感器的输出特性
1. 阶梯特性 当电刷在变阻器的线圈上移动时，电位器的阻 值随电刷从一圈移动到另一圈，输出电压U0不连续 变化，而是跳跃式地变化。电刷每移动一匝线圈使 输出电压产生一次跳跃，移动n匝，则使输出电压 产生n次电压阶跃。 当电刷从n一1匝移至n匝时，电刷瞬间使两相 邻匝线短接，使每一个电压阶跃中产生一次小阶跃 ，所以线绕电位器输出是阶梯特性。工程上总是将 真实输出特性理想化为阶梯状特性曲线或近似为直 线。
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模块七 位移的测量
课题一 课题二 课题三 课题四
位移传感器 差动变压器式位移传感器 电涡流式位移传感器 光栅式位移传感器
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课题一 位移传感器
[任务导入]
传统发动机节气门（油门）操纵机构是通 过拉索（软钢丝）或者拉杆，一端联接油门踏 板（加速踏板），另一端连接节气门连动板而 工作。这种传统油门应用范畴受到限制并缺乏 精确性。
匀电阻液，烘干聚合后形成电阻膜。优点是分 辨率高、耐磨性好、工艺简单、低成本，但接
触电阻大。金属膜电位器是在玻璃等绝缘基体
上喷涂一层铂铑、铂铜合金金属膜制成。这种 电位器温度系数小，适合高温工作，但功率小 较、耐磨性差、阻值小。
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２. 导电塑料电位器
又称有机实心电位器。采用塑料和导电 材料（石墨、金属合金粉末等）混合模压而 成。特点是分辨率高、使用寿命长、旋转力 矩小、功率大。缺点是接触电阻大、耐热、 耐湿性能差。
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[相关知识]
电位器式传感器是将非电量如力、位移、 速度和加速度等的变化量变换成有一定关系的 电阻值的变化，再通过对电阻值的测量达到对 上述非电量测量的目的。
电位计(器)式电阻传感器又分为线绕式和 非线绕式两种，它们主要用于非电量变化较大 的测量场合，如线位移、角位移等。
线绕电位器具有精度高、性能稳定、线 性好等优点，但分辨率低、耐磨性差、寿命 短。因此，可以使用一些非线绕式电位器。
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三、非线绕式电位器
按照材料的不同，除了线绕式电位器外还 有以下三类常见的电位器：
1、膜式电位器
膜式电位器通常分碳膜电位器和金属膜电
位器。碳膜电位器是在绝缘骨架表面涂一层均
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3. 测量误差
阶梯特性曲线围绕理论特性直线上下波 动，产生的偏差称为阶梯误差。电位器的阶 梯误差ej通常用理想阶梯特性曲线对理论特 性曲线的最大偏差值与最大输出电压值之比 的百分数表示。电位器阶梯误差为
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4. 测量方法
线绕式电位计是通过电阻百分比来分配 外加电源的电压，因此输出要注意阻抗的匹 配。
在现代汽车控制中，采用电子油门控制踏 板位移量就能控制可燃混合气的流量，改变发 动机的转速和功率，以适应汽车行驶的需要。
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电子油门的核心是位移传感器。位移 传感器的输出控制一只微型电机，电机可 驱动节气门开度，即可控制油门的大小。
位移测量从被测量来的角度可分为线位 移测量和角位移测量；从测量参数特性的角 度可分为静态位移测量和动态位移测量。许 多动态参数，如力、扭矩、速度、加速度等 都是以位移测量为基础的。
自动化生产与工程自动控制中经常需要 测量位移。测量时应当根据不同的测量对象 选择测量点、测量方向和测量系统，其中位 移传感器精度起重要作用。
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四、电位器式传感器
电位器式传感器主要用来测量直线位移
和角位移。和弹性元件相结合也可以测量压 力、力、加速度等量。
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[任务实施]
电子油门控制系统主要由油门踏板、踏板 电位计角位移传感器、ECU（电控单元）、数 据总线、伺服电动机和节气门执行机构组成。
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３. 光电电位器 光电电位器是非接触电位器，采用光束
代替电刷。光束在电阻带、光电导层上移动
时，光电导层受到光束激发，使电阻带和集 电带导通，在负载电阻两端便有电压输出。
光电电位器特点是阻值范围宽(500Ω～ 15MΩ)、无磨损、寿命长、分辨率高。缺点 是不能输出大电流，测量电路复杂。
电位计式位移传感器为电子油门控制 器中的常用传感器。那么电位计式位移传 感器的工作原理是什么？其结构、特点、 适用场所如何？这就是我们本课题的任务 目标。
2020年识点 ¤ 了解位移传感器的基本工作原理 ¤ 掌握位移传感器的基本测量方法
◆ 技能点 ¤ 掌握位移传感器的一般测量方法
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2. 电压分辨率 线绕电位器的电压分辨率，是在电刷 行程内电位计输出电压阶梯的最大值与最 大输出电压之比的百分数。对于具有理想 阶梯特性的线绕电位计，其理论的电压分 辨率为
由上式可以看出，线绕电位器的匝数 越多，其分辨率越高。
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一 、 线绕电位器结构和工作原理
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若线绕电位器的绕线的截面积均匀，则R变
化均匀 (线性)。U1为工作电压，U0为负载电阻
RL两端的输出电压。X为线绕电位器电刷移动的
长度，L为其总长度，对应于电刷移动量X的电
阻值R x为
输出电压为
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位移传感器安装在油门踏板内部，随时监测油 门踏板的位置。
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当监测到油门踏板高度位置有变化，会 瞬间将此信息送往ECU，ECU对该信息和其 它系统传来的数据信息进行运算处理，计算 出一个控制信号，通过线路送到伺服电动机 继电器，伺服电动机驱动节气门执行机构。
由于电子油门系统是通过ECU来调整节 气门的，因此电子油门系统可以设置各种功 能来改善驾驶的安全性、舒适性、油耗及尾 气排放质量。
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课题二 差动变压器式位移传感器
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二、线绕电位器传感器的输出特性
1. 阶梯特性 当电刷在变阻器的线圈上移动时，电位器的阻 值随电刷从一圈移动到另一圈，输出电压U0不连续 变化，而是跳跃式地变化。电刷每移动一匝线圈使 输出电压产生一次跳跃，移动n匝，则使输出电压 产生n次电压阶跃。 当电刷从n一1匝移至n匝时，电刷瞬间使两相 邻匝线短接，使每一个电压阶跃中产生一次小阶跃 ，所以线绕电位器输出是阶梯特性。工程上总是将 真实输出特性理想化为阶梯状特性曲线或近似为直 线。
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模块七 位移的测量
课题一 课题二 课题三 课题四
位移传感器 差动变压器式位移传感器 电涡流式位移传感器 光栅式位移传感器
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课题一 位移传感器
[任务导入]
传统发动机节气门（油门）操纵机构是通 过拉索（软钢丝）或者拉杆，一端联接油门踏 板（加速踏板），另一端连接节气门连动板而 工作。这种传统油门应用范畴受到限制并缺乏 精确性。
匀电阻液，烘干聚合后形成电阻膜。优点是分 辨率高、耐磨性好、工艺简单、低成本，但接
触电阻大。金属膜电位器是在玻璃等绝缘基体
上喷涂一层铂铑、铂铜合金金属膜制成。这种 电位器温度系数小，适合高温工作，但功率小 较、耐磨性差、阻值小。
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２. 导电塑料电位器
又称有机实心电位器。采用塑料和导电 材料（石墨、金属合金粉末等）混合模压而 成。特点是分辨率高、使用寿命长、旋转力 矩小、功率大。缺点是接触电阻大、耐热、 耐湿性能差。
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[相关知识]
电位器式传感器是将非电量如力、位移、 速度和加速度等的变化量变换成有一定关系的 电阻值的变化，再通过对电阻值的测量达到对 上述非电量测量的目的。
电位计(器)式电阻传感器又分为线绕式和 非线绕式两种，它们主要用于非电量变化较大 的测量场合，如线位移、角位移等。
线绕电位器具有精度高、性能稳定、线 性好等优点，但分辨率低、耐磨性差、寿命 短。因此，可以使用一些非线绕式电位器。
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三、非线绕式电位器
按照材料的不同，除了线绕式电位器外还 有以下三类常见的电位器：
1、膜式电位器
膜式电位器通常分碳膜电位器和金属膜电
位器。碳膜电位器是在绝缘骨架表面涂一层均
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3. 测量误差
阶梯特性曲线围绕理论特性直线上下波 动，产生的偏差称为阶梯误差。电位器的阶 梯误差ej通常用理想阶梯特性曲线对理论特 性曲线的最大偏差值与最大输出电压值之比 的百分数表示。电位器阶梯误差为
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4. 测量方法
线绕式电位计是通过电阻百分比来分配 外加电源的电压，因此输出要注意阻抗的匹 配。
在现代汽车控制中，采用电子油门控制踏 板位移量就能控制可燃混合气的流量，改变发 动机的转速和功率，以适应汽车行驶的需要。
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电子油门的核心是位移传感器。位移 传感器的输出控制一只微型电机，电机可 驱动节气门开度，即可控制油门的大小。