机电一体化第三章检测传感器原理与应用

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1、第三章检测传感器原理与应用第一节传感器的基础知识第二节角位移检测传感器第三节线位移检测传感器笫四节压力检测传感器下一页第五节温度检测传感器第六节转速检测传感器第七节其他信号检测传感器习题与思考题下一页上一页第一节传感器的基础知识传感器技术是机电一体化系统设计、现代检测技术和自动化控制技术的重要单元之一。它已广泛地应用到人类生活中的各个领域。上到宇宙探测，下到海洋开发，大到现代化生产线的自动化控制中，小到人们的日常生活中所用的家电产品，几乎每一项现代科学技术的发展，都离不开传感器。可以说，自动化的程度

2、愈高，控制系统对所用传感器的要求越高。在航空、航天、兵器工业、民用工业的发展中，传感器技术对机电系统设计的多功能起着决定性的作用。所以，传感器技术也是现代技术中的三大技术（传感器技术、通讯技术、计算机技术）之一。传感器技术的发展，大大地推动了科学技术的发展。新系统、新产品的开发研究，又推动了传感器技术的发展。当今传感器技术的发展方向主要有两个：一是开展基础研究，重点研究传感器的新材料、新工艺、新方法；二是结合工程需要重点研究微型化、智能化、高精度、多功能式的各种传感器。结合机电系统中的检测系统设计需要，本

3、章介绍各种信号检测传感器原理、性能、特点及应用选用原则。上一页下一页一、传感器的基本用途1.生产过程中的信号测量与控制在工农业生产过程中，对温度、压力、流量、位移、液位和气体成分等物理信号进行检测，从而实现对工作状态的测量与控制。2.安全报警与环境保护利用传感器可对高温、放射性污染以及粉尘弥漫等恶劣工作条件下的过程参量进行远距离测量与控制，并可实现安全生产。可用于温控、防灾、防盗等方面的报警系统。在环境保护方面可用于对大气与水质污染的监测，放射性和噪声的测量等。3.自动化设备和机器人传感器可提

4、供各种物理信号检测信息，当传感器与计算机结合，使设备的自动化程度大大提高。在现代机器人设计中大量使用多种传感器检测多种物理信号，其中包括力、扭矩、力矩、压力、位移、转速和射线等多种传感器。上一页下一页4.交通运输和资源探测传感器可用于交通工具、道路和桥梁的监测管理，以保证提高运输的效率，防止事故的发生。还可用于陆地与海底资源探测以及空间环境、气象等方面的测量。5.医疗卫生和家用电器利用传感器可实现对病患者的自动监测与监护，可进行微量元素的测定，食品卫生检疫等，尤其是作为离子敏感器件的各种生物电极，已

5、成为生物工程理论研究的重要测试装置。传感器在民用设备中的应用，例如B超检测仪、胃镜检测仪、变频空调机、自动洗衣机、加湿器等，为病因检测和家庭生活提供了使用方便。为机电产品性能安全、可靠及节省能源提供了最佳检测单元。上一页下一页二、传感器的组成与分类1.传感器的组成人们通常把能够按照一定规律将被测物理量变换为与之相对应的另一种物理量的装置叫做传感器，也叫变换器，又称为探测器。作用是将各种非电量转换成其他量，由接口电路转换输出电压量。传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路组成，如图3-1所示。(

6、1)敏感元件:直接感受被测量，并以确定关系输出某一物理量，如弹性敏感元件将应力信号转换为位移或应变量输出。(2)转换元件:将敏感元件输出的非电物理量（如位移、应变等）转换成其他参数如电阻、电感、电容、电荷量变化量或电压量。(3)基本转换电路:将电路参数转换成便于测量的电量如电压、电流、频率等。上一页下一页图3-1传感器组成框图上一页下一页2.传感器分类目前采用的传感器分类方法主要有：(1)按被测物理量分类。这种方法明确表明了传感器的作用，便于使用者选择，如位移传感器用于测位移，压力传感器用于测量

7、压力等。(2)按传感器工作原理分类。这种方法表明了传感器工作原理，有利于传感器设计和应用，如应变式传感器、压阻式传感器、压电式传感器、电感式传感器、电容式传感器、光电式、热电式、半导体式传感器等。(3)按传感器转换能量的方式分类。①能量转换型又称发电型，不需外加电源而将被测量转换成电能输出，这类传感器有压电式、热电偶、光电池式等。②能量控制型又称参量型，需外加电源才能输出测试电压量。这类传感器有电阻、电感、霍尔式等传感器以及热敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻等，均需外加工作电源才能实现各种物理量测量。上

8、一页下一页(4)按传感器工作机理分类:①结构型。被测参数变化引起传感器的结构变化,使输出电量变化,利用物理学中的定律和运动定律等构成,如电感式、电容式传感器等。②物性型。利用某些物质的某种性质随被测参数变化的原理构成。传感器的性能与材料密切相关，如压电传感器、光电传感器、各种半导体传感器等。(5)按传感器输出信号的形式分类:①模拟式。传感器输出为模拟电压量。②数字式。传感器输出为数字量，如编码器式传感器。习惯上，常把