常用传感器课件.ppt

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1、第四章常用传感器原理及应用1.熟悉传感器的定义、作用和分类2.了解传感器的选用原则3.掌握电阻式、电感式、电容式、压电式等常用传感器的原理、特点、应用。本章学习要求：一、传感器定义传感器——将被测量按一定规律转换成便于应用的某种物理量的装置。被测量电量目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。4.1传感器概述(Introduction)二、传感器的作用传感器——类似于人的感觉器官，是人类感官的延伸。作用：将被测量转换成电信号,传送给测试系统中的后续环节。身

2、体与机器人的对应关系三、传感器的构成（1）组成：振动膜片、刚性极板、电源和负载电阻（2）原理：振膜—一次敏感元件电容器—敏感元件传感器由一次敏感元件、敏感器件与辅助器件组成。一次敏感元件的作用是将被测量转化为能引起敏感元件变化的机械量。敏感器件的作用是感受被测量，并对信号进行转换输出。辅助器件一般为信号传递元件。分类法型式说明按被测量种类位移、温度、压力、流量这种分类便于传感器的管理按工作原理分类应变式、电容式、电感式、压电式、光电式以传感器对信号转换的原理命名按被测量转换特征（构成原理）结构型，如电容式，电阻应变

3、片；通过改变传感器元件的参数实现信号转换。物性型，如压电式，水银温度计，双金属片依靠敏感元件本身物理性质随被测量变化实现信号转换。按能量传递方式能量控制型，如R、L、C式传感器输出能量由外部供给，但受被测量控制。能量转换型，如压电式、电热式、弹簧秤传感器输出量直接由被测量能量转换而得。按输出量模拟式输出量为模拟信号数字式输出量为数字信号四、分类：五、传感器的发展趋势（6）研究生物感官，开发仿生传感器。（1）采用新原理、开发新型传感器；（2）大力开发物性型传感器；（3）传感器的集成化；（4）传感器的多功能化；（5）传

4、感器的智能化(smartsensor)；4.2传感器选用原则(PrincipleofTransducerSelection)1.灵敏度传感器的灵敏度越高，可以感知的变化量越小。传感器往往要求有较大的信噪比。传感器的量程范围与灵敏度密切相关。过高的灵敏度会影响其适用的范围。在测量过程中，传感器在被测量方向上的灵敏度愈高愈好，而横向灵敏度愈小愈好；对于二维或三维矢量的测量，传感器的交叉灵敏度愈小愈好。2.线性范围任何传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入成比例关系。线性范围越宽，传感器的工作量程越大。3.响应

5、特性传感器响应特性必须在所测频率范围内尽量保持不失真。实际传感器的响应总有一定的延迟，但延迟时间越短越好。4.稳定性稳定性是指经过长期使用后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间和环境。5.精确度精确度表示传感器输出与被测量的对应程度。传感器的精确度并非越高越好，选择时应从实际出发。6.其他选用原则如实际测试条件下的工作方式等因素。一、变阻式传感器1.结构：4.3电阻式传感器(ResistanceTransducer)2.测量电路：不考虑外接电路影响时：考虑外接电路影响时：应用举例：重量的自动检

6、测--配料设备比较重量设定原材料原理：弹簧->力->位移->电位器->电阻3.特点：(1)结构简单、使用简便、稳定性好。(2)分辨力低，受电阻丝直径的限制。适合大位移的测量。(3)噪声大。二、金属电阻应变片1.结构：丝式、箔式2.工作原理：电阻应变片工作原理是基于金属导体的电阻应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形(伸长或缩短)时，其电阻值随着发生变化的现象。若金属丝的长度为L，截面积为S，电阻率为ρ，其未受力时的电阻为R，则:上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数有：金属丝：金属丝体积不变，径向与轴向

7、应变间关系为：所以有：对金属材料，导电率不变：金属应变计3.应变片的主要参数4）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。1）几何参数：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用b×L表示。2）电阻值：应变计的原始电阻值。3）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。4.特点：金属应变片的灵敏度较低，但其温度稳定性好，可用于对精度要求较高的测量。三、半导体应变片1.原理：灵敏度：而：所以有：两种应变片在工作原理上的区别：金属应变片－金属材料受力后几何变形→电阻的相对变化半导体应变片－半导体

8、材料受力后电阻率变化→电阻的相对变化2.特点：优点：灵敏度高，分辨率高，横向效应，机械滞后小。缺点：温度稳定性差，在较大应变下，非线性误差大。3.类型：半导体应变式传感器、扩散型压阻式传感器四、应变片的应用1.直接测定结构的应变或应力。2.作为传感器的测量参数。电阻应变片的选择、粘贴技术1.目测电阻应变片有无折痕、断丝等缺陷。2.用数字万用表测量应变片电阻值