《常用传感器》PPT课件

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1、北航机械学院706教研室周正干测试技术基础7/19/20211检测技术第五章常用传感器5.1传感器作用及分类5.2发电型传感器5.3参量型传感器7/19/202125.1传感器的作用与分类5.1.1传感器的作用2.变换作用：将非电量变换成电量。传感器是控制系统中的第一个环节，它具有两个作用：1.敏感作用：感受物理量的变化，以完成对被测信号的拾取。传感器作用及分类对应这两个作用，传感器一般由两部分组成，即敏感元件与变换元件，二者有时很容易分开，有时合二为一。7/19/202135.1.2传感器的分类按输出信号是模拟量还是

2、数字量，可分成模拟传感器与数字传感器。（I(t)，V(t)，数字量，频率量）。按变换原理，可分为参量型与发电型。参量型：被测量使传感器本身的电参量R、L、C改变，这种传感器工作时必须有外加电源，故又称为无源型，通常将其接入电桥，谐振电路等信号调节器中，再变换成电压或电流量。发电型：被测量使传感器产生电动势、电流、电荷，可直接接入放大器或记录仪器，所以又称为有源型，一般不需外加电源，如热电偶、压电型传感器等。但由于能量有限，通常还要接放大器。发电型参量型传感器作用及分类7/19/202145.1.3传感器工作原理与标定任

3、何一种传感器其工作原理都是基于某一种物理现象或化学现象。这种现象抽象成若干个物理量（其中有一个电量）按一定规律相互影响，可用一个数学公式来表示（建立一个数学模型），即：通常为电量的y=f(x1,x2,……,xn)（通常为非电量）如：R=ρL/A就描述了四个物理量间的关系。如果我们能够让被测量影响某一个参数，而通过另一个电参数的变化来反映被测量的大小，那么一个传感器就制造出来了。所以一种传感器的设计、研制都要基于某种物理效应，在此基础上再设计出敏感部分的结构以及变换部分的结构。我们在下面介绍的各种传感器都是从某一基本的物

4、理概念或原理出发，根据物理量间的关系来分析相应的传感器结构及特点。传感器在使用之前一般要进行标定，即确定输入与输出的关系，通常由于制作误差和原理的理想化，使输入输出不能严格满足理想的物理公式。所以，只有给定已知输入，确定输入、输出二者间关系后才能使用。传感器作用及分类7/19/20215发电型传感器5.2发电型传感器简介5.2.1电动式传感器（磁电式传感器）1.工作原理：根据电磁感应定理，一个匝数为w的线圈，当穿过该线圈的磁通Φ发生变化时，其感应电动势的大小为：电动势与磁通变化量有关。导致磁通变化的原因有多种，当线圈的

5、匝数及磁感应强度不变时，磁通的变化率与磁路的磁阻及线圈在磁场中的运动速度有关。根据利用被测量改变线圈速度或磁阻的方式，可将电动式传感器分成动圈式和变磁阻式。7/19/20216①动圈式工作原理a.线圈在磁场中作直线运动其中，w－线圈匝数，B－磁感应强度，l－单匝线圈有效长度，v－线圈与磁场的相对速度。b.线圈在磁场中作旋转运动其中，k－与结构有关的系数（＜１），A－线圈的截面积，ω－角速度。发电型传感器7/19/20217②变磁阻式工作原理：一般通过改变传感器到被测对象间的气隙厚度等方法来改变磁路磁阻。2.电动式传感器

6、的构成及其应用①振动测量动圈式相对速度传感器：由两部分组成，一部分安装在被测物体上，通常是磁铁与壳体，另一部分是线圈，固定在参照物体上；当两个物体产生相对运动时，便产生电压量输出。（P104图5－40）动圈式绝对速度传感器：传感器壳体固定在被测振动物理上，当壳体以大于某一频率点的频率振动时，线圈芯轴系统（质量大，惯性力大）相对于大地是静止的，因此壳体磁钢与线圈之间的相对速度就是被测物体的绝对速度，线圈以这一速度切割磁力线，产生的电动势的大小即反应了被测对象的运动速度。（P104图5－41）变磁阻式电动式传感器：探头的磁

7、极与振动物体间有一气隙，当振动物体振动时，气隙变化引起磁路磁阻改变，线圈磁通发生变化，输出电动势与振幅成比例。（P104图5－42）【演示】发电型传感器7/19/20218发电型传感器7/19/20219②转速传感器及转速测量测速发电机：工作原理与发电机原理相同。开磁路转速传感器（如图所示）：齿轮旋转时，探头与齿轮间气隙发生变化，引起磁阻改变。线圈中的感应电动势的频率与转速的关系式为f＝Ｎ×ｎ其中，f：感应电势频率N：齿数n：转速【演示】发电型传感器7/19/202110发电型传感器7/19/2021115.2.2压电

8、式传感器压电效应，某些材料，如石英晶体和钛酸钡陶瓷，在某一方向受力时，其表面产生电荷，电荷量的改变与受力情况有关，即不同的材料虽然压电机理不同，但最终产生的效应是等同的。发电型传感器1．工作原理D：压电系数；F：施加力的大小7/19/2021122．压电变换元件的应用特性：压电变换元件相当于电荷源，其等效电路为：电路方程：发电型传