机电测试技术 教学课件 作者 赵树忠多媒体课件第3章_常用传感器.ppt

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1、第3章常用传感器第3章常用传感器电阻应变式、电感式、电容式、压电式传感器的工作原理、输入输出特性及它们的测量转换电路。传感器的选用原则。学习目标了解传感器的分类及特点，了解各种传感器的基本应用场合。重点掌握电阻应变式、电感式、电容式、压电式传感器的工作原理、输入/输出特性及它们的测量转换电路。掌握传感器的选用原则，会根据测试任务及各种测试要求选用适当的传感器。学习重点第3章常用传感器能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。■传感器的定义（GB7665-87）■传感器的组成●敏感元件●转换元件●其他元件第3

2、章常用传感器■传感器的分类●按被测量的属性分：位移、速度、加速度、力、压力、流量等传感器。●按传感器的工作原理分：●按信号转换特征分：●按传感器输出信号的状态分：●按工作时是否需要外部能源分：电阻式、电感式、电容式、压电式、磁电式、激光式、光电式等传感器。结构型传感器、物性型传感器。模拟传感器、数字传感器。参量型传感器、发电型传感器。第3章常用传感器3.1电阻式传感器3.1.1变阻器式传感器1.工作原理第3章常用传感器2.结构第3章常用传感器3.1.2电阻应变式传感器1.工作原理应变片的灵敏度第3章常用传感器■金属应变片——应变

3、效应为主（多在1.7~3.6之间）■半导体应变片（多在60~150之间）半导体应变片的灵敏度高、体积小，但温度稳定性和重复性不如金属应变片，非线性误差大。——压阻效应为主第3章常用传感器2.结构金属电阻应变片的结构第3章常用传感器半导体应变片的结构第3章常用传感器3.应用第3章常用传感器第3章常用传感器3.2电感式传感器电感式传感器是一种把被测量的变化转换成线圈电感参数（自感系数、互感系数、等效阻抗）变化的传感器，其工作原理是基于电磁感应。第3章常用传感器3.2.1自感传感器1.工作原理第3章常用传感器●灵敏度提高一倍●大大改善

4、了非线性●实现了某些补偿差动自感传感器2.测量电路第3章常用传感器DGC系列自感传感器3.结构第3章常用传感器3.2.2涡流传感器1.工作原理线圈的等效阻抗——线圈到金属板的距离——激励电流的频率——激励电流的强度——线圈半径其中——金属板的磁导率——金属板的电阻率——线圈匝数——涡流效应第3章常用传感器2.测量电路分压式调幅电路第3章常用传感器3.结构第3章常用传感器3.2.3互感传感器1.工作原理闭磁路开磁路——一、二次线圈的匝数——真空（空气）的磁导率——空气隙的长度——导磁截面积互感系数第3章常用传感器差动变压器2.测量

5、电路第3章常用传感器3.结构第3章常用传感器3.3电容式传感器电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的传感装置。■极距变化型■面积变化型■介质变化型第3章常用传感器1.工作原理极距变化型电容传感器普通式差动式第3章常用传感器面积变化型电容传感器介质变化型电容传感器第3章常用传感器各种型式的电容传感器第3章常用传感器2.测量电路交流电桥调频电路第3章常用传感器运算式电路第3章常用传感器3.4压电式传感器压电式传感器是一种发电型的可逆换能器，它利用了某些晶体材料所具有的压电效应，既可以把机械能（力、压力等）转换成电能（电荷、电

6、压等），也可以把电能转换成机械能。压电传感器是基于某些压电材料的压电效应工作的。第3章常用传感器3.4.1压电效应轴（光轴）：轴（电轴）：轴（机械轴）：光线沿此方向入射时不产生双折射现象，沿此方向加力也不产生压电电荷产生压电电荷的方向沿此方向受力时变形最小，机械强度最大第3章常用传感器■纵向压电效应——沿方向施力，在平面上产生电荷■横向压电效应——沿方向施力，在平面上产生电荷■切向压电效应——沿平面或平面施加剪切力，在■逆压电效应——把晶片置于电场中，晶片沿方向产生变形平面上产生电荷第3章常用传感器3.4.2压电传感器及其等效电

7、路、灵敏度开路时：1.压电传感器第3章常用传感器2.压电传感器的等效电路第3章常用传感器■电荷灵敏度——单位作用力所产生的电荷■电压灵敏度——单位作用力所形成的电压两种灵敏度之间的关系：或压电晶片的串、并联：串联：电压灵敏度提高一倍并联：电荷灵敏度提高一倍3.压电传感器的灵敏度第3章常用传感器3.4.3压电传感器的频率特性压电传感器因等效电容和等效电阻的存在而存在放电效应（放电时间常数），使其输出电压对不同频率的输入（力）有着不同的响应特性。当作用力时，传感器上的电荷响应传感器上的电压响应由此可见，压电传感器的放电时间常数越大越

8、好。第3章常用传感器3.4.4压电传感器的转换电路作用：●阻抗匹配●对传感器的输出进行转换放大1.电压放大器当时，，不适合于静态或低频信号的转换当时，，适合于高频信号的转换第3章常用传感器2.电荷放大器采用了负反馈技术增大放电时间常数，使电路的输出与传感器上的电