位移与转速测量

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⒈什么是测量？答：测量是人类对自然界中客观事物取得数量概念的一种认识过程。

在这一过程中，人们借助于专门工具，通过试验和对试验数据的分析计算，求得被测量的值，获得对于客观事物的定量的概念和内在规律的认识。

⒉测量方法有哪几类？直接测量与间接测量的主要区别是什么？答：测量方法有①直接测量（直读法、差值法、替代法、零值法）②间接测量③组合测量直接测量与间接测量区别：直接测量的被测量的数值可以直接从测量仪器上读得，而间接测量的被测量的数值不能从测量仪器上读得，而需要通过直接测得与被测量有一定函数关系的量，经过运算得到被测量。

⒊任何测量仪器都包括哪三个部分？各部分作用是什么？答：①感受件或传感器:直接与被测对象发生联系（但不一定直接接触），感知被测参数的变化，同时对外界发出相应的信号。

②中间件或传递件：“传递”、“放大”、“变换”、“运算”。

③效用件或显示元件：把被测量信号显示出来。

⒋测量仪器按用途可分为哪几类？答：按用途可分为范型仪器和实用仪器两类。

⒌测量仪器有哪些主要性能指标？各项指标的含义是什么？答：①精确度，表示测量结果与真值一致的程度，它是系统误差与随机误差的综合反应。

②恒定度，仪器多次重复测量时，其指示值的稳定程度。

③灵敏度，以仪器指针的线位移或角位移与引起这些位移的被测量的变化值之间的比例S来表示④灵敏度阻滞，灵敏度阻滞又称为感量，此量是足以引起仪器指针从静止到作极微小移动的被测量的变化值。

⑤指示滞后时间，从被测参数发生变化到仪器指示出该变化值所需的时间，称为指示滞后时间或称时滞。

⒍测量误差有哪几类？各类误差的主要特点是什么？答：①系统误差：按一定规律变化，有确定的因素，可以加以控制和有可能消除。

②随机误差:由许多未知的或微小的因素综合影响的结果，特点：单峰性、对称性、有限性、抵偿性，无法在测量过程中加以控制和排除。

③过失误差：所测结果明显与事实不符，可以避免。

⒎什么叫随机误差？随机误差一般都服从什么分布规律？答：随机误差（又称偶然误差）是指测量结果与同一待测量的大量重复测量的平均结果之差。

1.测量方法：直接测量：凡是被测量的数值可以从测量仪器上读出，常用方法１．直读法２．差值法3.替代法4.零值法间接测量：被测量的数值不能直接通过测量仪器上读出，而直接测量与被测量有一定函数关系的量，通过运算被测量的测值。

组合测量：测量中各个未知量以不同的组合形式出现，根据直接测量与间接测量所得的数据，通过方程求解未知量的数值2.测量仪器：可分为范型仪器和实用仪器一、感受件：它直接与被测对象发生联系，感知被测参数的变化，同时对外界发出相应的信号。

应满足条件：1.必须随测量值的变化发生相应的内部变化 2.只能随被测参数的变化发出信号 3.感受件发出的信号与被测参数之间必须是单值的函数关系二、中间件：起传递作用，将传感器的输出信号传给效用件常用的中间件：导线，导管三、效用件：把被测信号显示出来。

分为模拟显示和数字显示3.测量仪器的主要性能指标：一、精确度：测量结果与真值一致的程度，系统误差与随机误差的综合反映二、恒定度：仪量多次重复测量时，其指示值的稳定程度三、灵敏度：认仪器指针的线位移或角位移与引起变化值之间的比例四、灵敏度阻滞：在数字测量中常用分辨率表示五、指示滞后时间：从被测参数发生变化到仪器指示出现该变化值所需时间4.传递函数是用输出量与输入量之比表示信号间的传递关系。

H（s）（s）（s）作用：传递函数描述系统的动态性能，不说明系统的物理结构，只要动态特性相似，系统可以有相似的传递函数串联环节：H（s）1（s）H2（s）并联环节H（s）1(s)2（s）反馈环节H（s）(s)/1(s)(s)5.测量系统的动态响应：通常采用阶跃信号和正弦信号作为输入量来研究系统对典型信号的响应，以了解测量系统的动态特性，依次评价测量系统测量系统的阶跃响应：一阶测量系统的阶跃响应二阶测量系统的阶跃响应测量系统的频率响应：一阶测量系统的频率响应二阶测量系统的频率响应7.误差的来源：每一参数都是测试人员使用一定的仪器，在一定的环境下按一定的测量方法和程序进行的，由于受到人们的观察能力，测量仪器，方法，环境条件等因素的影响，所得到的测量值只能是接近于真值的近似值，测量值与真值之差称为误差。

机电工程测量的主要内容机电工程测量的主要内容，听起来好像很高大上，其实也就是咱们日常生活中的各种仪器和设备。

今天我就来给大家讲讲，这些神奇的仪器和设备到底是怎么工作的，以及它们在我们生活中起到了什么作用。

咱们要了解的是测量的基本概念。

所谓测量，就是用一定的方法和手段，把一个物体或者现象的某些属性(如长度、面积、体积、质量等)直接或间接地测定出来。

在机电工程中，测量的目的是为了保证产品的质量和性能，以及满足设计要求。

那么，机电工程测量的主要内容有哪些呢？其实可以分为以下几个方面：1. 长度测量：长度测量是最基本的测量之一，也是机电工程中最常用的测量方法。

在机械加工、装配、调试等过程中，都需要对各种零部件的长度进行精确测量。

常见的长度测量工具有卷尺、游标卡尺、外径卡尺等。

2. 温度测量：温度测量对于保证设备的正常运行非常重要。

在热处理、焊接、铸造等工艺过程中，需要对工件的温度进行实时监测。

常见的温度测量仪器有红外线测温仪、热电偶、热电阻等。

3. 压力测量：压力测量主要用于测量液体和气体的压力。

在液压传动、气动传动等领域，需要对压力进行精确控制。

常见的压力测量仪器有压力表、压力传感器等。

4. 电流测量：电流测量主要用于测量电路中的电流大小。

在电气控制系统中，需要对电流进行精确监测。

常见的电流测量仪器有万用表、钳形电流表等。

5. 转速测量：转速测量主要用于测量机械设备的转速。

在电机、风机、水泵等设备中，需要对转速进行实时监控。

常见的转速测量仪器有转速计、振动传感器等。

6. 位移测量：位移测量主要用于测量物体的位置变化。

在机械加工、安装、调试等过程中，需要对零部件的位移进行精确控制。

常见的位移测量仪器有激光位移计、电容式位移计等。

7. 时间测量：时间测量主要用于测量事件发生的时间间隔。

在自动化生产线、通信系统等领域，需要对时间进行精确控制。

常见的时间测量仪器有石英钟、计数器等。

8. 数据采集与处理：数据采集是指通过各种传感器将被测物理量转换成电信号的过程；数据处理则是对这些电信号进行分析、计算和存储的过程。

回转窑测量项目方法及工具回转窑是一种重要的工业设备，常用于生产水泥、石灰、陶瓷等材料的烧结过程。

对回转窑进行测量可以帮助工程师监测和控制生产过程中的温度、转速、振动等参数，确保设备安全运行和产品质量。

本文将介绍回转窑测量项目的方法和工具。

一、测量项目：1.温度测量：回转窑的温度是影响其工作性能和产品质量的重要因素。

常用的温度测量方法有红外线测温、热电偶测温和红外线热像仪等。

在测量过程中，需要选用合适的温度传感器，并考虑到回转窑高温环境对传感器的影响。

2.转速测量：回转窑的转速直接影响其内部物料的混合和加热效果。

转速测量常采用光电转速传感器，通过测量窑壳上的反光标志或装置，计算窑体的转速。

同时，还需根据回转窑的尺寸和转速范围选择合适的传感器。

3.位移测量：回转窑的运行状态可以通过测量窑体的位移来判断，以便及时发现和解决设备出现的故障。

位移测量通常采用激光位移传感器或压电位移传感器，可以实时监测窑体的振动和位移情况。

4.压力测量：回转窑内部的气压变化对产品的烧结过程和质量具有影响。

压力测量主要考虑回转窑的工作环境和压力范围，选用合适的压力传感器进行测量，以监测和控制压力变化。

二、测量工具：1.温度测量工具：红外线测温仪、热电偶测温仪、红外线热像仪等。

2.转速测量工具：光电转速传感器、测速仪表等。

3.位移测量工具：激光位移传感器、压电位移传感器等。

4.压力测量工具：压力传感器、压力表等。

这些工具在回转窑测量过程中发挥了重要作用，能够帮助工程师根据实测数据进行生产过程的调整和优化，提高产品质量和设备运行效率。

总之，回转窑测量项目的方法和工具多种多样，需要根据具体需求和实际情况进行选择。

同时，在进行测量之前，还需对测量设备进行校准和维护，以确保测量结果的准确性和可靠性。

在使用工具时，也要遵守相应的操作规程和安全要求，确保工作人员和设备的安全。

电机转速测试原理及方法1.转速测量原理数字测速法按照其原理可分为三大类：一类是用单位时间内测得的物体旋转角度来计算速度，例如在单位时间内，累计转速传感器发出的个脉冲，即为该单位时间内的速度。

这种以测量频率来实现测速的方法，称为测频法，即M 法；另一类是在给定的角位移距离内，通过测量转过这一角位移的时间来实现测速，称为测周法，即T 法。

例如转过给定的角位移△θ，传感器便发出一个电脉冲周期，以晶振产生的标准脉冲来度量这一周期时间，经换算便可得转速。

以上两种方法的优缺点是M 法一般用于高速测量，转速过低时，测量误差较大，同时检测装置对转速的分辨能力也较差；而T 法则一般用于低速测量，速度越低，测量精度越高，在高速时误差较大。

结合以上二种方法的优点，可得到第三种测速方法——M/T 测速法。

“M/T 法”综合了“M 法”和“T 法”的优点。

如图所示：在上图中列出了3种常用的基于光电编码器测速法原理图，假定时钟频率为s f ,光电编码器在前轮每转一周产生脉冲数为P 。

1M 和2M 从分别是对在相同时间内编码器脉冲和时钟脉冲进行计数的计数值。

5647666666666555555d fddd2.下面介绍几种编码器测速方法（1）“M 法”测速通过测量一段固定时间间隔内的编码器脉冲数来计算转速。

如图所示；设在固定时间T 内测得的编码器脉冲数为1M ，则用1M 除以T(即T M 1)得到单位时间内编码器产生的脉冲数，用它再除以P ，则得到的1M /(T ×P)表示单位时间内前轮转动的周数，最后再乘以60(s)就得到前轮每分钟转动的周数，从而实现计算转速的目的。

用公式表示为PT M 160n =根据以上分析，可知这种测速方法的准确性主要由1M 决定，并且在转速较高时也1M 较大，其相对误差较小，故适合于高速场合测试。

(2)“T 法”测速通过测量编码器两个相邻脉冲的时间间隔来计算转速，则用2M 除以f 得到1个编码脉冲所占用的时间，其倒数(即:2f M )为单位时间内编码器产生的脉冲数，与“M 法”测速类似，即得转速计算公式2f 60n PM =这种测速方法的准确性主要由2M 决定，并且在转速较低时，1个编码器脉冲持续时间较长，2M 从也相对较大，其相对误差较小，故适合于低速场合。

振动位移转速在旋转机械中的测量一、 振动位移的测量原理1、传感器原理机器的振动、位移总是伴随着机器的运转，即使是机器在最佳的运动状态，由于很微小的缺陷，也将产生某些振动。

在工作中我们常用的振动位移监测仪是由电涡流传感器、前置器、延伸电缆、监测仪转换器组成，其构成原理如图所示。

探头线圈接受前置器振荡电路来的高频电流，在其周围产生高频磁场，该磁场穿过靠近它的转轴金属表面，在其中产生一个电涡流，该电涡流产生的磁场方向和线圈磁场方向相反，改变了原线圈的感抗，该感抗的变化随探头顶部金属表面的间隙变化而变化。

前置器检测电路检测探头线圈的感抗变化。

再经放大电路将感抗变化量变换放大成相应电压变化信号输出。

经监测仪进行信号转换并显示,转换成4~20mA,1~5V 的标准信号送入DCS 或PLC 中，在测量中，前置器放大输出的直流电压信号用做机械位移的测量，交流电压信号用做振动的测量。

2、机械量测量原理由于机械物体振动量的大小可以用振动的基本参量——位移、速度、加速度来表述。

对于简谐振动来说，用如下数学表达式来确定各参量之间的关系：X=XmSin(ωt+φ)式中 X ——位移，即物体振动时相对于基准位置的位置变化（其最大的位置变化称为振幅，即式中的Xm ，单位为μm ）；t——时间；ω——圆频率；φ——初始相角，根据上图的机械实际变化量，电涡流传感器能够真实地把它反映到输出电压变化上，并根据量值对振动进行指示。

如传感器特性为7.87V/mm, V峰-峰=78.7mv则此时振动值应为10μm，但在实际工作时我们用万用表测量的交流电压是有效值，必须进行换算，就有如下公式：振动值=交流毫伏值*2.828/7.87（此式在处理故障时非常实用）对实际测量产生的振动量，转换前进行计算，确定量值，比对转换器输出。

机械位移主要是指轴的轴向移动量，根据电涡流传感器的工作原理，感抗的变化随探头与顶部金属表面的间隙变化而变化，正是利用这点，我们对轴位移量进行测量。

转速测量方法可以分为两类，一类是直接法，即直接观测机械或者电机的机械运动，测量特定时间内机械旋转的圈数，从而测出机械运动的转速；另一类是间接法，即测量由于机械转动导致其他物理量的变化，从这些物理量的变化与转速的关系来得到转速。

同时从测速仪是否与转轴接触又可分为接触式，非接触式。

目前国内外常用的测速方法有光电码盘测速法、霍尔元件测速法、离心式转速表测速法、测速发电机测速法、漏磁测速法、闪光测速法和振动测速法。

1．光电码盘测速法这是通过测出转速信号的频率或周期来测量电机转速的一种无接触测速法。

光电码盘安装在转子端轴上，随着电机的转动，光电码盘也跟着一起转动，如果有一个固定光源照射在码盘上，则可利用光敏元件来接受光，接收到光的次数就是码盘的编码数。

若编码数为l，测量时间为t，测量到的脉冲数为N，则转速n=(N/t*l)*60。

2．霍尔元件测速法利用霍尔开关元件测转速的。

霍尔开关元件内含稳压电路、霍尔电势发生器、放大器、施密特触发器和输出电路。

输出电平与TTL电平兼容，在电机转轴上装一个圆盘，圆盘上装若干对小磁钢，小磁钢越多，分辨率越高，霍尔开关固定在小磁钢附近，当电机转动时，每当一个小磁钢转过霍尔开关，霍尔开关便输出一个脉冲，计算出单位时间的脉冲数，即可确定旋转体的转速。

3．离心式测速法离心式转速表是利用物体旋转时产生的离心力来测量转速的。

当离心式转速表的转轴随被测物体转动时，离心器上的重物在惯性离心力作用下离开轴心，并通过传动系统带动指针回转。

当指针上的弹簧反作用力矩和惯性离心力矩相平衡时，指针停止在偏转后所指示的刻度值处，即为被测转速值。

这就是离心式转速表的原理。

测转速时，转速表的端头要插入电机转轴的中心孔内，转速表的轴要与电机的轴保持同心，否则易响准确读数。

4．测速发电机测转速利用直流发电机的电枢电动势E与发电机的转速成正比的这一关系测量转速。

测转速时，测速发电机连接到被测电机的轴端，将被测电机的机械转速变换为电压信号输出，在输出端接一个刻度以转速为单位的电压表，即可读出转速。

汽轮机特殊测量〔位移、转速、振动〕如何校验？效验用仪器a. 本特利公司的TK3-2E效验仪；b. 4位半数字万用表；c. 24V直流稳压电源；d. 函数发生器。

将探头组成电缆与延伸电缆连接；延伸电缆另一端接到前置器上；前置器电源端〔-24VDC〕、公共端〔COMMON〕接入-24VDC电源；公共端输出端〔OUTPUT〕接入数字万用表。

用合适的探头夹把探头固定在探头座上，使探头顶部接触到效验靶片。

接通-24VDC电源,调节TK3-2E效验仪上的螺旋千分尺，使示值对准0mm处，然后将千分尺的示值增加到0.25mm,记录数字万用表的电压值〔此值为前置器的输出电压〕。

以每次0.25mm的数值增加间隙，直到示值为2.5mm为止，并记录每次的输出电压值〔效验点不少于10点〕。

以所记录的数据，绘制出被测探头传感器系统的间隙-电压曲线，它反映了传感器的特性。

根据所绘制的间隙-电压曲线，确定出传感器系统的线性范围，应不小于2mm。

计算出传感器系统的灵敏度应为7.874V/mm，在线性范围内的非线性偏差不大于20µm。

电压增量除以间隙增量为灵敏度。

传感器线性范围的中心为轴位移传感器的静态设定点。

轴振动传感器的效验方法与数据记录同轴位移传感器一样，同时也要绘制出传感器系统间隙-电压曲线，并计算出灵敏度，在2mm的线性范围内传感器系统的误差不大于±5%。

传感器线性范围的中心为振动传感器安装的参考点。

轴振动检测器效验〔适用于3300/15/16〕a. 打开前面板，将A通道调整开关〔AA〕置于左边，左侧液晶柱显示的A通道振动信号将开始闪亮，按下并按住前面板上的GAP键。

b.当间隙键〔GAP〕被按下时，短接两个自检针头〔ST〕，此时的间隙电压值，则作为新的零位存储下来。

c.重新将AA置于右边(OFF)，关上前面板。

d.重复以上内容，AB代替AA,完成对B通道的效验。

接通电源，检查电源单元及试验和复位功能应正常。

实验三位移测量与转速测量实验本实验包括以下两个实验：1.直流激励时接触式霍尔位移传感器特性实验2.光电转速传感器的转速测量实验（一）直流激励时接触式霍尔位移传感器特性实验一、实验目的：了解霍尔式位移传感器原理与应用。

二、基本原理：根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，保持KH、I不变，若霍尔元件在梯度磁场B中运动，且B是线性均匀变化的，则霍尔电势UH也将线性均匀变化，这样就可以进行位移测量。

三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模板、线性霍尔位移传感器、直流电,±源±4V、15Ｖ、测微头、数显单元。

四、实验步骤：1、将霍尔传感器按图5-1安装。

霍尔传感器与实验模板的连接按图5-2进行。

①、③为电源±4Ｖ，②、④为输出,R1与④之间联线可暂时不接。

2、开启电源，接入±15V电源，将测微头旋至10mm处，左右移动测微头使霍尔片处在磁钢中间位置，即数显表电压指示最小，拧紧测量架顶部的固定镙钉,接入R1与④之间的联线，调节RW2使数显电压表指示为零（数显表置2V档）。

3、旋转测微头，每转动0.2mm或0.5mm记下数字电压表读数，并将读数填入表3-1，将测微头回到10mm处，反向旋转测微头，重复实验过程，填入表3-1。

表3-1：霍尔式位移传感器位移量与输出电压的关系：作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度S和非线性误差δ。

五、思考题：本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？（二）光电转速传感器的转速测量实验一、实验目的：了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。

二、基本原理：光电式转速传感器有反射型和对射型二种，本实验采用反射型。

传感器内部有发光管和光电管，发光管发出的光在转盘上反射后由光电管接受转换成电信号，由于转盘上有黑白相间的12个反射点，转动时将获得相应的反射脉冲数，将该脉冲数接入转速表即可得到转速值。

三、需用器件与单元：光电转速传感器、＋5V直流电源、可调直流电源、转动源、数显转速／频率表。

摘要转速是工程中应用非常广泛的一个参数 , 往往成为某一产品或控制系统的核心部分。

本测量系统采用 8088cpu 控制 , 利用霍尔元件由转速产生的脉冲 , 对转速进行测量。

因而可以很方便的和工业控制计算机进行连接 , 实行远程管理和控制 , 进一步提高现代化水平。

本设计利用霍尔效应对旋转物体进行检测的转速测量系统。

该系统采用霍尔传感器把转速信息转换为电压脉冲输出, 8088cpu 对脉冲计数并进行相应的数据处理, 再用四位 7段 LED 数码管显示测量结果。

文中首先阐述了构成该系统的原理、硬件的实现方法, 然后开始软件设计部分, 包含系统初始化程序的设计、数据接收和处理程序的设计、显示程序的设计三个模块。

根据各部分的原理框图、电路图及转速测量的程序流程图,并编出其具体的程序。

本课题完成了硬件和软件系统的设计,实现了转速测量系统的测量,转速计算、显示功能,完成了设计的要求。

关键词 8088;转速测量;霍尔传感器第一章序言1.1设计内容及技术要求 :设计一转速测试系统,测试直流电机的转速。

具体功能如下:1,采用 4位 LED 数码管实时显示转速值(即最高测速为 9999转 /分 ,显示格式为:n=XXXX, X 为测试值。

2,测试方法:可采用定时计数方式。

定时时间到时,可读取转数脉冲的计数值并将其转化为十进制进行显示。

1.2课题研究的目的和意义目前,在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合。

对于工业测试,水利,机械等方面,转速是重要的控制参数之一。

尤机在工业测试系统中,大部分旋转仪器需要测定目前的转速,对机械设备进行故障预防。

因此,如何利用先进的数字技术和计算机技术改造传统的工业技术,提高监控系统的准确性,安全性,方便性是当前工业测控系统必须解决的一个问题。

转速测量方法较多,而模拟量的采集和模拟处理一直是转速测量的主要方法,这种测量方技术已不能适应现代科技发展的要求,在测量范围和测量精度上,已不能满足大多数系统的使用。

实验9霍尔效应传感器（直流、交流、测速）在工业生产和科学研究中，经常需要对一些磁性系统或磁性材料进行测量，被测磁场的范围可从~1015-310T （特斯拉），测量所用的原理涉及到电磁感应、磁光效应、热磁效应等。

常用的磁场测量方法有核磁共振法、电磁感应法、霍尔效应法、磁光效应法、超导量子干涉器件法等近十种。

一般地，霍尔效应法用于测量10~104-T 的磁场。

此法结构较简单，灵敏度高，探头体积小、测量方便、在霍尔器件的温度范围内有较好的稳定性。

但霍尔电压和内阻存在一定的温度系数，并受输入电流的影响，所以测量精度较低。

用半导体材料制成的霍尔器件，在磁场作用下会出现显著的霍尔效应，可用来测量磁场、霍尔系数、判断半导体材料的导电类型（N 型或P 型）、确定载流子（作定向运动的带电粒子）浓度和迁移率等参数。

如今，霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量电测、自动控制和信息处理等方面，如测量强电流、压力、转速等，在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更为广阔的应用前景。

了解这一富有实用性的实验，对于日后的工作将有益处。

【实验目的】1. 了解霍尔效应产生的机理。

2. 掌握用霍尔器件测量磁场的原理和基本方法。

3. 学习直流激励时霍尔式传感器位移特性及测量方法。

4. 学习交流激励时霍尔式传感器位移特性及测量方法。

5.学习霍尔转速传感器的应用。

【仪器用具】霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源、测微头、数显单元，相敏检波、移相、滤波模板、双线示波器，霍尔转速传感器、直流源、转动源（2－24V ）、转动源单元。

【实验原理】1. 霍尔效应产生的机理置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，载流体的两侧会产生一电位差，这个现象是美国霍普斯金大学二年级研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应，所产生的电位差称为霍尔电压。