机电信息检测与处理技术_王旱祥_常用传感器课件

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1、第四章常见传感器第一节传感器概述第二节机械式传感器第三节电阻传感器第四节电容传感器第五节电感传感器第六节压电传感器第一节传感器概述1.传感器的作用:工程上通常把直接作用于被测量，能按一定规律其转换成同种或别种量值输出的器件，称为传感器。作用：把被测量，如力、位移、温度等，转换为易测信号(电信号），传送给测量系统的信号调理环节。①传感器是人类感官的延伸a．视觉与光传感器；b．听觉与声压传感器;c．触觉与温度、压力传感器；d．嗅觉与气敏传感器；②是现代测控系统的关键环节。传感器的作用类似于人的感觉器官，又是人的感官的延伸

2、，它的作用是扩展人的信息功能。因此，从广义讲，传感器是一个感知系统，是为了从外部感知信息而工作的系统。传感技术是信息科学中的一个重要组成部分，在现代被称之为信息探测工程学，是研究物质的物理效应、化学效应及生物效应，作为信息探测实际应用的一门科学，它对科学技术发展的作用和意义，已日益显得重要和突出。借助于传感器人们可以去探索那些无法用感官直接测量的事物，从微观世界到宏观世界、太空探索，从人体（CT)到自然界(海水深度、海底探测）都离不开传感器。传感器处于测试装置的输入端，其性能将直接影响着整个测试装置的工作质量。敏感元

3、件转换元件基本转换电路被测量电量RLC输入P大气压壳体膜盒电感线圈磁芯基本转换电路敏感元件转换元件2．传感器的基本组成：例：压力传感器：结构型：（电容、电感传感器）物性型：（压电、半导体传感器）能量转换型（无源传感器）：（压电、磁电、光电）能量控制型（有源传感器）：（电阻、电容、电感）位移速度加速度力温度…….1.2.3.3．传感器的分类：传感器的命名◆按用途◆按原理◆综合命名4．传感器的发展动向：1、发现新现象2、开发新材料3、采用微细加工技术4、研究多功能集成传感器“IntelligentSensor”5、智能化

4、传感器“SmartSensor”，6、仿生传感器第二节机械式传感器敏感元件（弹性体）机械放大指示系统输入量输出量弹性变形输出力压力温度…...1．组成：弹性敏感元件在传感器中因为直接参与变换和测量，所以对它有一定的要求。2．弹性敏感元件的材料：1）弹性滞后和弹性后效要小2）弹性模数的温度系数要小机械式指针仪表3．典型应用:3）线膨胀系数要小且稳定4）弹性极限和强度极限要高5）具有良好的稳定性和耐腐蚀性6）具有良好的机械加工性和热处理性②机械式放大，指示系统使其惯性大，固有频率低，故多用于静态量或低频变化量的测量。③弹

5、性元件的蠕变，弹性后效现象会影响输入、输出的关系。5.改进：为提高测量的频率范围,常把机械传感器与其它传感器结合起来,即先用弹性元件把被测量转换成位移量,再用其它类型的传感器(电阻、电容、电涡流式等）把位移转换成电信号输出。①结构简单，使用方便；价格低廉，读数直观。4．特点：第三节电阻式传感器变阻器式传感器金属电阻应变式电阻应变式传感器半导体应变式基本原理：将被测物理量的变化转换成电阻值的变化。一．变阻器式传感器：1．工作原理：即。当电阻丝直径A与材质ρ一定时，的单值函数。2．直线位移型变阻器式传感器：设电位计触头移

6、动Δx，其相应电阻值变化ΔR，则：3．角位移型同理，可得：4．非线性电位计：5．电阻分压电路：6．特点：①结构简单，性能稳定，使用方便。②分辨力低，噪声大。二．电阻应变式传感器金属电阻应变式半导体应变式1．电阻应变效应：电阻应变效应是指电阻丝在外力的作用下发生变形，其电阻值发生变化的现象。设一根电阻丝，未受力时的原始电阻值：当受到外力F作用，其R的变化：2．金属电阻应变片：①工作原理：②结构：丝式箔式a．丝式：四个基本部分组成：敏感栅（电阻丝）基片覆盖层引出线b．箔式：特点：①光刻技术，应变花；②横向效应小；③散热条

7、件好；④疲劳寿命长；⑤生产率高。③材料：见表3--2。3．半导体应变片：①工作原理：“压阻效应”~：单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。特点：（1）灵敏度高；机械滞后小，横向效应小；（2）温度稳定性差；灵敏度离散度大；在较大应力作用下，非线性误差大等。λ为材料的压阻系数胶膜衬底半导体敏感栅内引线焊接端外引线②结构：③材料：见表3--3。P型硅单晶①灵敏度系数；②横向效应；③机械滞后；④温度效应；虚假应变a．由敏感栅材料的电阻温度系数引起的；b．由敏感栅材料和试件材料的膨胀系数不同引起的；

8、4．电阻应变片的主要特性：⑤零漂及蠕变：⑥应变极限；⑦疲劳寿命；⑧最大工作电流；⑨绝缘电阻；⑩动态响应特性。k为应变片的灵敏度⒌应用：~u0uyR1R2R3R4实验应力分析⒈电桥电路：①相邻两臂R1，R2为性能相同的应变计；其余两臂为平衡电阻。②相对两臂R1，R3为应变计，其余两臂为平衡电阻。⒉应变片的布置和接桥方法：①②电阻应变传感器应用示例