第三章常用传感器

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1、河北科技大学教案用纸第三章常用传感器第一节常用传感器分类一、传感器的分类传感器的分类方法很多，概括起来，主要有下面几种分类方法。(1)按被测物理量来分类，可分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、温度传感器等。(2)按传感器工作的物理原理来分类，可分为机械式、电气式、辐射式、流体式等。(3)按信号变换特征来分类，可分为物性型和结构型。①所谓物性型传感器，是利用敏感器件材料本身物理性质的变化来实现信号的检测。例如，用水银温度计测温，是利用了水银的热胀冷缩的现象；用光电传感器测速，是利用了光电器件本身

2、的光电效应。②所谓结构型传感器，则是通过传感器本身结构参数的变化来实现信号转换了石英晶体的压电效应等。例如，电容式传感器，是通过极板间距离发生变化而引起电容量的变化；电感式传感器，是通过活动衔铁的位移引起自感或互感的变化等。(4)按传感器与被测量之间的关系来分类，可分为能量转换型和能量控制型。能量转换型传感器(或称无源传感器)，是直接由被测对象输入能量使其工作的。例如，热电偶将被测温度直接转换为电量输出。由于这类传感器在转换过程中需要吸收被测物体的能量，容易造成测量误差。能量控制传感器，也称有源传感器，是从外

3、部供给辅助能量使传感器工作的，并且由被测量来控制外部供给能量的变化。(5)另外，按传感器输出量的性质可分为模拟式和数字式第二节机械式传感器及仪器机械式传感器应用很广。在测试技术中，常常以弹性体作为传感器的敏感元件，故又称之为弹性敏感元件。它的输入量可以是力、压力、温度等物理量，而输出则为弹性元件本身的弹性变形。这种变形经放大后可成为仪表指针的偏转，借助刻度指示出被测量的大小。这种传感器的典型应用例有：用于测力或称重的环形测力计、弹簧秆等；用于测量流体压力的波纹膜片、波纹管等；用于温度测量的双金属片等，如图3-

4、1所示。-50-河北科技大学教案用纸机械式传感器做成的机械式指示仪表具有结构简单、可靠、使用方便、价格低廉、读数直观等优点。但弹性变形不宜大，以减小线性误差。此外，由于放大和指示环节多为机械传动，不仅受间隙影响，而且惯性大，固有频率低，只宜用于检测缓变成静态被测量。为了提高测量的频率范围，可先用弹性元件将被测量转换成位移量，然后用其他型式的传感器(如电阻、电容、电涡流式等)将位移量转换成电信号输出。弹性元件具有端变、弹性后效等现象。材料的蠕变与承载时间、载荷大小、环境温度等因素有关。而弹性后效则与材料应力一松

5、弛和内阻尼等因素有关。这些现象最终都会影响到输出与输入的线性关系。因此．应用弹性元件时，应从结构设计、材料选择和处理工艺等方面采取有效措施。近年来，在自动检测、自动控制技术中广泛应用的微型探测开关亦被看做机械传感器。这种开关能把物体的运动、位置或尺寸变化，转换为接通、断开信号。图3-4表示这种开关中的一种。它由两个簧片组成，在常态下处于断开状态。当它与磁性块接近时，簧片被磁化而接合，成为接通状态。图3—2中，只有当钢制工件通过簧片和电磁铁之间时，簧片才会被磁化而接合，从而表达了有一件工件通过。这类开关，可用于

6、探测物体有无、位置、尺寸、运动状态等。测力计压力计温度计图3-1典型机械式传感器-50-河北科技大学教案用纸图3-2微型探测开关1-工件2-电磁铁3-导槽4-簧片开关5-电极6-惰性气体7—簧片第三节电阻、电容与电感式传感器一、电阻式传感器按其工作原理可分为变阻器式(电位器式)、电阻应变式传感器两种。（一）变阻器式传感器变阻器式传感器也称电位器式传感器，其工作原理是将物体的位移转换为电阻的变化。根据式式中：------电阻率-------电阻丝长度A-------电阻丝截面积1、直线位移型=常数-50-河北科

7、技大学教案用纸图3-3变阻式传感器a)直线位移型b)角位移型c)非线性型2、角位移传感器3、非线性传感器又称函数电位器。是其输出电阻(或电压)与电刷位移(包括线位移或角位移)之间具有非线性函数关系的一种电位器，即，它可以实现指数函数、三角函数、对数函数等各种特定函数，也可以是其它任意函数。非线性电位器可以应用于测量控制系统、解算装置以及对某些传感器某些环节非线性进行补偿等。例如，若输入量为，则为了得到输出的电阻值与输入量成线性关系，电位计的骨架应采用三角形；若输入量为，则电位计的骨架应采用抛物线型。当时，电压

8、输出Uo为：图3-4电阻分压电路负载电阻为，电位器长度为l，总电阻为Ｒ，电刷位移为x，相应的电阻为，电源电压为U，输出电压为U0为:当时，电压输出Uo为：式中—电位器的电压灵敏度。由式可以看到：当电位器输出端接有输出电阻时，输出电压与电刷位移并不是完全的线性关系。只有时，为常数，输出电压与电刷位移成直线关系，线性电位器的理想空载特性曲线是一条严格的直线。-50-河北科技大学教案用纸优点：①结构简单、