矿压测试技术2传感器

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1、第二章传感器将被测物理量直接转换为相应的容易检测、传输或处理的信号的元件称为传感器，也称换能器、变换器或探头SensorTransducer传感器的命名应由主题(传感器)前面加四级修饰词：主要技术指标—特征描述—变换原理—被测量按变换原理和能量转换方式分类：电阻式、电容式、差动变压器式、光电式等按被测量物理量分类：位移传感器、压力传感器、速度传感器等传感器的组成敏感元件——将被测非电量先变换成易于变换成电量的某一中间非电量；转换元件——将敏感元件输出的中间非电量转换成电量的元件；测量电路——将转换元件输出的电量变换成易于显示、记录、处

2、理和控制的电信号；辅助电源。§2—2电阻式传感器电阻式传感器是把被测量(如位移、力等参数)转换为电阻变化的一种传感器，按其工作原理，可分为电阻应变式传感器、电位计式传感器、热电阻式传感器和半导体热能电阻传感器等几种。电阻应变式传感器是根据电阻应变效应,先将被测量转换成应变，再将应变量转换成电阻，所以它也是电阻式传感器的一种，其使用特别广泛。一、电阻应变式传感器电阻应变式传感器的工作原理是基于电阻应变效应，其结构通常由应变片、弹性元件和其他附件组成。在被测拉压力的作用下，弹性元件产生变形，贴在弹性元件上的应变片产生一定的应变，由应变仪读

3、出读数，再根据事先标定的应变—力对应关系，即可得到被测力的数值。1．测力传感器测力传感器常用的的弹性元件形式有柱式(杆式)、环式和梁式等。2．位移传感器用适当形式的弹性元件，贴上应变片，也可以测量位移，测量的范围可从0．1mm至上百mm。弹性元件有梁式、弓式和弹簧组合式等。3．压强传感器(液压传感器)压强传感器(液压传感器)有膜式、筒式和组合式等，测量范围从0．1MPa到数百兆帕。膜式传感器是在周边固定的金属膜片上贴上应变片，当膜片承受流体压力产生变形时，通过应变片测出流体的压力；周边固定、受有均布压力的膜片，其切向应变及径向应变的分

4、布如图2－6所示。4．压力盒电阻应变片式压力盒也采用膜片结构，它是将转换元件(应变片)贴在弹性金属膜片式传力元件上，当膜片感受外力变形时，将应变传给应变片，通过应变片输出的电信号测出应变值，再根据标定关系算出外力值。图2—8所示是应变片式压力盒的构造。二、电位计式传感器电位计式传感器是测试技术中常用的一种机电参数转换元件，其功能是把输入的机械位移转换成与位移有确定函数关系的电阻，并引起输出电压或电流的变化。当它配上各种弹性元件和传动机构，还可用来测量液压、温度、速度和加速度等参数。三、热电阻式传感器和半导体热能电阻传感器1．热电阻传感

5、器热电阻传感器是利用某些金属导体的电阻率随温度变化而变化(或增大，或减小)的特性，制成各种热电阻传感器，用来测量温度，达到将温度变化转换成电量变化的目的。因而，热电阻传感器一般是温度计。热电阻传感器金属导体的电阻和温度的关系(温度电阻效应）可用下式表示：Rt=R0(1+α△t)式中Rt，R0——温度为t℃和t0℃时的电阻值；△t＝t—t0——温度的变化值；α——温度在t0—t之间时金属导体的平均电阻温度系数。电阻温度系数α是温度每变化l℃时材料电阻的相对变化值,1/℃。2．半导体热能电阻传感器半导体热能电阻是由半导体材料做成的新型电阻

6、，它与一般电阻不同，不仅可具有正的电阻系数，而且还可具有负的电阻温度系数，也即当温度升高时，它的电阻值反而会减小，且电阻温度系数的绝对值比金属的大4～9倍，因此，它的灵敏度和电阻率高，体积小，可测点温度和固体表面温度，而且结构简单，性能稳定，寿命长。§2—3电感式传感器电感式传感器是根据电磁感应原理制成的，它是将被测量的变化转换成电感中的自感系数L或互感系数M的变化，引起后续电桥桥路的桥臂中阻抗Z的变化；当电桥失去平衡时，输出与被测的位移量成比例的电压UC。电感式传感器常分成自感式(单磁路电感式)和互感式(差动变压器式)两类。一、单磁

7、路电感传感器组成：铁芯、线圈和衔铁。原理：当衔铁运动时，衔铁与带线圈的铁芯之间的气隙发生变化，引起磁路中磁阻的变化，因此，改变了线圈中的电感。线圈中的电感量L可按下式计算：式中W——线圈的匝数；R——磁路的总磁阻(H-1)；Rm0，Rm1及Rm2，——分别是空气隙、铁芯和衔铁的磁阻。：三种类型的单磁路电感传感器应用位移电感式传感器、压力电感式传感器、加速度电感式传感器二、差动变压器式电感传感器差动变压器式传感器是互感式电感传感器中最常用的一种。其原理如图2—14(a)所示，当初级线圈L1通入一定频率的交流电压E激磁时，由于互感作用，在

8、两组次级线圈L2l和L22中就会产生互感电势e21和e22，其计算的等效电路如图2—14(b)所示初级线圈的回路方程次级线圈中的感应电动势分别为当负载开路时，输出电动势为输出电动势的有效值§2—4钢弦式传感器一、钢弦式传