常见传感器原理及应用.ppt

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1、第三章传感检测系统机电一体化系统设计3.3常见传感器原理及应用电阻式传感器光电式传感器压电式传感器电感式传感器电容式传感器半导体式传感器热电偶式传感器3.3.1电阻式传感器Resistivetransducer电阻元件被测量电阻变化将被测量变化转换成电阻变化的传感器。位移、力、压力、加速度、扭矩等3.3.1.1电位器式传感器Potentiometrictransducer利用加激励的电阻体上可动触点位置的变化，将被测量变化转换成电压比变化的传感器。由电阻元件、电刷、骨架等组成。绕线式电位器线性线绕式电位器示意图Ui为工作电压，U0为RL两端的输出电压，x为线绕式电位器电刷移动长度，L为其总长

2、度，对应于电刷移动量x的阻值为Rx。绕线式电位器的结构线绕式电位器电位器式传感器的应用航空飞行高度传感器在测量比较小的位移时，可将线位移变换成角位移。测小位移传感器示意图电位器式传感器的应用测小位移电位器式传感器的应用测加速度惯性质量块在被测加速度的作用下，使片状弹簧产生正比于被测加速度的位移，从而引起电刷在电位器的电阻元件上滑动，输出一与加速度成比例的电压信号。电位器式加速度传感器示意图基于电位器的线性/角位移传感器模型若，则传感器可线性化；其中：是线性位移。将上式中的和换成角度值后，可以用于角度测量。3.3.1.2应变式传感器电阻应变片被测量电阻变化电阻应变传感器是一种利用电阻应变片将应

3、变转换为电阻变化的传感器。任何非电量能转化为应变量应变片当受到外力时，导体变长变细，电阻增加，R->R+△R应变式传感器电阻应变传感器由弹性敏感元件、电阻应变片和测量电路组成。传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。当被测量物理量作用在弹性元件上时，弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化，通过转换电路将其转变成电量输出，电量变化的大小反映了被测物理量的大小。常见电阻应变片（a）金属线（b）金属箔（c）半导体电阻应变片是应变测量的关键元件，为适应各种领域测量的需要，可供选择的电阻应变片的种类很多，常用的有丝式、箔式和半导体式。应变式电阻传感器的应用1.应变式力传感器FF应变式电阻传感器

4、的应用电子天平的精度可达十万分之一。2.电子天平吊钩秤3.3.2电容式传感器Capacitivetransducer将被测量变化转换成电容量变化的传感器。它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器。可以应用于位移、振动、角度、加速度等参数的测量中。电容传感器的理想公式为——极板间距离；——极板面积；——电容极板间介质的介电常数——相对介电常数——电容式传感器工作原理及结构形式，真空的介电常数。1．变极距式电容传感器变极距式电容传感器原理动画演示设ε和A不变，初始状极距为d0时，电容器容量为C0。若动极板有位移，使极板间距离减小x，则电容

5、则增大到cx。2．变面积式电容式传感器3．变介电常数电容式传感器变介电常数电容式传感器原理动画演示电容传感器的应用电容传感器声波测量动画演示1．声波测量电容式压力传感器结构图2．压力测量高压侧进气口低压侧进气口电子线路位置内部不锈钢膜片的位置电容式差压变送器外形图3．数字无损耗信号传输利用单晶硅谐振传感器，采用微电子表面加工技术，保证±0.2%的测量精度，可实现抵制静压、温飘对其影响。电容传感器加速度测量动画演示4．加速度测量硅微加工电容加速度传感器电容式硅微加速度传感器是一种重要的惯性传感器，是惯性测量组合系统的基础元件之一。它与传统的加速度计相比具有重量轻,成本低,功耗小,体积小等诸多优

6、点。5．电容式指纹传感器3.3.3接近开关接近开关又称无触点行程开关。它能在一定的距离（几毫米至几十毫米）内检测有无物体靠近。当物体与其接近到设定距离时，就可以发出“动作”信号。接近开关的核心部分是“感辨头”，它对正在接近的物体有很高的感辨能力。接近开关外形接近开关外形（续）接近开关分类只对导磁物体起作用对接地的金属起作用只对导电良好的金属起作用对磁性物体起作用接近开关的特点接近开关与被测物不接触、不会产生机械磨损和疲劳损伤、工作寿命长、响应快、无触点、无火花、无噪声、防潮、防尘、防爆性能较好、输出信号负载能力强、体积小、安装、调整方便。缺点是触点容量较小、输出短路时易烧毁。3.3.4差动变

7、压器线圈和磁芯—完全线性—便宜—耐用—有“中心位置”用于执行器—通常嵌入使用—低非线性—大位移LVDT结构示意图和电原理图LVDTLVDT是线性可变差动变压器(LinearVariableDifferentialTransformer)。LVDT位移传感器的工作原理简单地说是铁芯可动变压器。次级线圈1初级线圈次级线圈2铁芯（有色金属棒）两个次级线圈间的输出电压输入初级线圈的恒定交流电压从中心位置移动1.结构简