传感器原理及电阻式传感器ppt课件

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1、第六章传感器原理6.1传感器基本概念6.1.1传感器的定义与组成6.1.2传感器的分类6.1.3传感器的基本特性6.1传感器基本概念6.1.1传感器的定义与组成一、传感器的定义传感器（sensor）是把被测的物理量按一定的规律转换为相应的容易检测、传输及处理的信号的装置。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。6.1.1传感器的定义与组成二.传感器的组成传感器通常由敏感元件、转换器件和其他辅助器件组成。敏感元件（Sensingelement）传感器中直接感受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量的部分

2、。转换元件（Transductionelement）能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。6.1.2传感器的分类1.按工作原理分类参量传感器发电传感器特殊传感器电阻式传感器电容式传感器电感式传感器等热电偶传感器压电式传感器霍尔式传感器等超声波探头激光检测等6.1.3传感器的基本特性一、传感器的静态特性二、传感器的动态特性6.1.3传感器的基本特性一、静态特性传感器在被测量处于稳定状态的输入—输出关系。对于理想传感器，其静态特性可用麦克劳林技术表示：只有当二阶以上的项为0时，

3、才满足理想的线性关系。6.1.3传感器的基本特性衡量传感器静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、精确度、重复性、迟滞性和分辨率。1.线性度又称非线性误差、非线性度，它表示传感器特性曲线与刻度直线的偏离程度（图6.1）其表达式为：线性度6.1.3传感器的基本特性图6.1传感器的线性度刻度直线（拟合方法）可用最小二乘法、端基法、切线法得到。6.1.3传感器的基本特性2.精确度传感器的精度是指测量结果的可靠程度，它以给定的准确度表示重复某个读数的能力，其误差愈小，则精度愈高。一般用极限误差或极限误差与满量程

4、输出之比的百分数表示：精确度=（极限误差/量程）*100%在应用中，为了简化传感器的精度的表示方法，引用了精度等级的概念，分为：0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、1.0、1.5、2.0。精度等级越小精度越高。6.1.3传感器的基本特性3.灵敏度表示在稳定工作状态下，传感器输出变化与引起此变化的输入变化的比值，K为灵敏度，即6.1.3传感器的基本特性4.重复性指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全量程范围内连续变动多次所得特性曲线的不一致性。特性曲线一致，则重复性好，测量误差小。（图6.2）

5、右图6.2重复性曲线6.1.3传感器的基本特性5.迟滞性在输入量增加过程中测得的某一点输出值，与在输入减少过程测得的同一点值不一样，这种现象称为滞后。图6.3曲线称为滞环特性曲线。右图6.3滞环特性曲线6.1.3传感器的基本特性6.分辨率传感器能感测到的测量值的最小变化量，因为变化量是无穷的，小数点后面有无穷位，但传感器测量的输出并不是无穷的变化量都能分辨出来，能分辨的最小单位就是分辨率。【例1】一光栅传感器，测量长度10mm，最小测量距离0.1um，求分辨率。分辨率=（最小测量距离/测量长度）*1

6、00%=0.01%6.1.3传感器的基本特性二、动态特性指传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性。传感器的主要动态特性指标有：（1）时域性能指标采用瞬态响应法（阶跃响应）（2）频域性能指标采用频率响应法（正弦响应）6.2.1电阻式传感器电阻式传感器是将被测非电量转换成电阻值变化的器件或装置。被测量电阻式传感器电阻值电阻式传感器可以测量力、应变、位移、加速度、扭矩、温度等非电量参数。一般来说，电阻式传感器的结构简单，性能稳定，灵敏度较高，有的还适用于动态测量。6.2常用传感器6.2.1电阻式传

7、感器一、应变片式传感器二、压阻式传感器三、其他电阻传感器6.2.1电阻式传感器一、应变片式传感器1.电阻应变效应长为L、截面积为A、电阻率为r的金属或半导体丝，电阻为若导线沿着轴线方向受到力的作用而产生变形，则其电阻值也随之发生变化，这一现象称为电阻应变效应。6.2.1电阻式传感器实验证明，电阻丝及应变片的电阻相对变化量∆R/R与材料力学中的轴向应变ε的关系在一定范围内是线性的，即∆R/R=Kε（K—电阻应变片的灵敏度）对于不同的金属材料，K略微不同，一般为2左右。而对半导体材料而言，由于其感受到应

8、变时，电阻率ρ会产生很大的变化，所以半导体材料灵敏度比金属材料大十几倍。6.2.1电阻式传感器由材料力学可知，ε=F/(AE),则∆R/R又可表示为∆R/R=K(F/AE)若应变片的灵敏度K和试件的横截面积A以及弹性模量E均为已知，则只要测出∆R/R的数值，即可知试件受力F的大小。例如可用于电子称的称重。6.2.1电阻式传感器2.应变片的类型结构金属应变片半导体应变片金属丝式箔式薄膜式6.2.1电阻式传感器3.金属应变片（1）金属丝式金属丝式应变片使用最早，有纸基、胶