机械工程测试位移测量

差动变压器式位移传感器 工作过程:
被测位移量ΔX
测杆运动
衡铁在线圈中运动 电感量ΔM变代 外接电路
电量Δe
电感式位移传感器的性能及特点
型式
自感式 变气隙型 螺管型
差动变 涡电流式 微动同 旋转变压
压器
步器
器
测量范围 ±0.2mm
1.5～ 2mm
±0.08～ ±2.5～ 75mm* ±250m
m*
精确度 直线性
特点
±0.1%
±0.1%
±0.1%
±0.1%
分辨力较好，可静态或动 态测量。机械结构不牢固
±0.5%
±0.5%
±0.5%
±0.5%
结构牢固，寿命长，但分 辨力差，电噪声大
二、应变片式位移传感器
利用弹性元仵把位移量转换成应变量
应变式位移传感器工作过程:
被测位移量ΔX
测杆运动
弹簧作用
弹性元件(悬臂梁)产生应变
d x e cos rx ( ) sx ( ) d y esin ry ( ) sy ( )
右侧第一、二项分别为偏心e和运动误差r(θ)在x、y方向上的
投影，而第三项则为基准球上相差90°的两对应点处的形状误 差。由此可见：
在圆球形状误差可忽略的情况下，dx和dy是圆球中心的位 移在x、y两方向上的分量。
测量物位有时是为了测知容器中物体的存量；有时是为 了对容器中的物料进行监控，调节其进出速度，或在物 位接近极限位置时能提前报警。前者为物位的静态测量， 后者需采用动态连续的测量方法。
测液面高度
C
2x
lnD / d
C
20h hx lnr2 / r1
2hx
lnr2 / r1
h
hx
r1
0
r2
内外极板间要加绝缘层！
用双向测量法测量轴的径向运动误差
位移传感器
测量仪
位移传感器
测量仪
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设Oo为理想回转中心，Om为基准球的几何中心，Or为瞬 时回转中心，e为基准球的安装偏心，θ为转角，并令e与x轴 平行时θ =0，r(θ)为径向运动误差。若基准球半径Rm远远 大于偏心e和径向运动误差r(θ)，则两传感器检测到的位移信 号dx和dy分别为：
2.单向测量法 有时只需要测量运动误差在某个方向上的分量（例如分析机 床主轴的运动误差对加工形状的影响），则可将一只位移传 感器置于该方向来检测。
测量时必须利用基准面来“体现”回转轴线。通常是选 用具有高圆度的圆球或圆环来作为基准面。直接采用回 转轴上的某一回转表面来作为基准面虽然可行，但由于 该表面的形状误差不易满足测量要求，测量精确度较差。
运动误差是回转轴上任何一点发生与轴线平行的移动和在 垂直于轴线的平面内的移动。前一种移动称为该点的端面 运动误差，后一种移动称为该点的径向运动误差。
端面运动误差因测量点所在半径位置不同而异，径向运动 误差则因测量点所在的轴向位置不同而异。
1.双向测量法 任意径向截面上的径向误差运动可采用置于x、y方向的两 只位移传感器来分别检测径向运动误差在x、y方向的分量。 在任何时刻两分量的矢量和就是该时刻径向运动误差矢量。
±10°
±60°
精确度 ±1% ±1% ±0.5％ ±1～3% ±1% ±1%
直线性 ±3% ±3% ±0.5% ＜3% ±0.05% ±0.1%
特点
只适用于 测量范围 分辨力
用于微小 较宽使用 好，受
位移测量 方便可靠，到磁场
动态性能 干扰时
较差
需屏蔽
分辨力好，非线性误差与变压 受被测物 比和测量范围有关 体材料， 形状加工 质量影响
贴 外接电路
应变片 电量输出
电阻ΔR
电阻应变式位移传感器的性能及特点
型式 测量范围 精确度 直线性
特点
非粘贴的
粘贴的
半导体的
±0.15%应变
±0.3%应变
±0.25%应变
±0.1%
±2%～3%
±2%～3%
±1%
±1%
满刻度±20%
不牢固
牢固，使用方便，输出幅值大，温 需温度补偿和高 度灵敏性高 绝缘电阻
形位误差测量是将被测要素和理想要素进行比较，从而用数值 描述实际要素与理想要素形状或位置上的差异。每个参数的测 量过程包括测量和评定两个阶段。
二、物位的测量
物位是液位、料位、以及界面位置的总称。具体的液位如 罐、塔、槽等容器中液体或河道、水库中水的表面位置高 度；料位如仓库、料斗、仓储箱内堆积物体的高度；界面 位置一般指固体与液体或两种不相溶、密度不同的液体之 间存在的界面。
第二节 常用位移传感器
一、滑线电阻式位移传感器
滑线电阻式位移传感器工作过程:
被测位移量ΔX
外接电路
ΔR
ΔU
优点；结构简单，性能较稳定，使用方便。
缺点；受阻经直径影响，分辩率不高，运用检测精 度不高的场合，噪声大.
电阻式位移传感器的性能及特点
型式 测量范围
滑线式
变阻器
线位移
角位移
线位移
角位移
1～300mm* 0～360° 1～1000mm* 0～60r
电容式位移传感器的性能及特点
型式
变面积
变间距
测量范围
10-3～1000mm*
10-5～10mm*
精确度
±0.005%
0.1%
直线性
±1%
1%
特点
受介电常数因环境温度， 分辨力很好，但测量范围很小，
湿度而变化的影响
只能在小范围内近似地保存线
性
第三节 位移测量的应用
一、回转轴径向运动误差的测量 回转轴运动误差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。回转轴运动误差的测量，无论对于精密机 床主轴的运动精确度，还是对于大型、高速机组（例如汽轮 机一发电机组）的安全运行都有重要意义。