第三章_常用传感器与敏感元件ppt课件.ppt

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1、第三章常用传感器与敏感元件第一节常用传感器分类第二节机械式传感器及仪器第三节电阻、电容与电感式传感器第四节磁电、压电与热电式传感器第五节光电传感器第六节光纤传感器第七节半导体传感器第八节红外测试系统第九节激光测试传感器第十节传感器的选用原则将被测量转换为与之对应的，易检测、易传输或易处理信号的装置，称为传感器。直接受被测量作用的元件称为传感器的敏感元件。传感器处于测试装置的输入端，是测试系统的第一个环节，其性能直接影响整个测试系统，对测试精度至关重要。第一节常用传感器分类工程中常用传感器的种类繁多，往往一种物理量可

2、用多种类型的传感器来测量，而同一种传感器也可用于多种物理量的测量。按被测物理量的不同分：位移传感器、力传感器、温度传感器等。传感器有多种分类方法。按传感器工作原理的不同分：机械式传感器、电气式传感器、光学式传感器、流体式传感器等。按信号变换特征分：物性型传感器与结构型传感器。物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换的。例如，水银温度计是利用了水银的热胀冷缩性质；压力测力计利用的是石英晶体的压电效应等。结构型传感器则是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转变的。例如，电容式传感器依靠极板间距离变化

3、引起电容量的变化；电感式传感器依靠衔铁位移引起自感或互感的变化。按敏感元件与被测对象之间的能量关系分：能量转换型传感器与能量控制型传感器。按输出信号类型分：模拟式传感器和数字式传感器等。能量转换型传感器，也称无源传感器，是直接由被测对象输入能量使其工作的，例如，热电偶温度计、弹性压力计等。在这种情况下，由于被测对象与传感器之间的能量交换，必然导致被测对象状态的变化和测量误差。能量控制型传感器，也称有源传感器，是从外部供给能量使传感器工作的，并且由被测量来控制外部供给能量的变化。例如，电阻应变计中电阻接于电桥上，电桥

4、工作能源由外部供给，而由被测量变化所引起电阻变化来控制电桥输出。电阻温度计、电容式测振仪等均属此种类型。另一类传感器是以外信号(由辅助能源产生)激励被测对象，传感器获取的信号是被测对象对激励信号的响应，它反映了被测对象的性质或状态。例如，超声波探伤仪、γ射线测厚仪、X射线衍射仪等。需要指出的是，不同情况下，传感器可能只有一个，也可能有几个换能元件，也可能是一个小型装置。例如，电容式位移传感器是位移-电容变化的能量控制型传感器，可以直接测量位移。而电容式压力传感器，则经过压力-膜片弹性变形(位移)-电容变化的转换过程

5、。此时膜片是一个由机械量-机械量的换能件，由它实现第一次变换；同时它又与另一极板构成电容器，用来完成第二次转换。再如电容型伺服式加速度计（也称力反馈式加速度计），实际上是一个具有闭环回路的小型测量系统。这种传感器较一般开环式传感器具有更高的精确度和稳定性。表3-1汇总了机械工程中常用传感器的基本类型及其名称、被测量、性能指标等。第二节机械式传感器及仪器机械式传感器应用很广。在测试技术中，常常以弹性体作为传感器的敏感元件。它的输入量可以是力、压力、温度等物理量，而输出则为弹性元件本身的弹性变形(或应变)。这种变形可转

6、变成其他形式的变量。例如被测量可放大而成为仪表指针的偏转，借助刻度指示出被测量的大小。优点：具有结构简单、可靠、使用方便、价格低廉、读数直观等。缺点：惯性大，固有频率低，只宜用于检测缓变或静态被测量。近年来，在自动检测、自动控制技术中广泛应用的微型探测开关亦被看做机械式传感器。这种开关能把物体的运动、位置或尺寸变化，转换为接通、断开信号。a）测力计b）压力计c）温度计1—工件2—电磁铁3—导槽4—簧片开关5—电极6—惰性气体7—簧片第三节电阻、电容与电感式传感器一、电阻式传感器电阻式传感器是一种把被测量转换为电阻变

7、化的传感器。按其工作原理可分为变阻器式和电阻应变式两类。1．变阻器式传感器a）直线位移型b）角位移型c）非线性型变阻器式传感器通过改变电位器触头位置，实现将位移转换为电阻的变化。其表达式为▲直线位移型灵敏度▲角位移型灵敏度▲非线性型为了使输出电阻值与呈线性关系，变阻器骨架应做成直角三角形。变阻器骨架应做成抛物线形。变阻器式传感器的后接电路一般采用电阻分压电路。优点：是结构简单、性能稳定、使用方便。缺点：是分辨力不高，因为受到电阻丝直径的限制。应用：用于线位移、角位移测量，在测量仪器中用于伺服记录仪器或电子电位差计等

8、。2．电阻应变式传感器电阻应变式传感器可分为金属电阻应变片式与半导体应变片式两类。（1）金属电阻应变片工作原理：应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。金属丝电阻应变片1一电阻丝2—基片3一覆盖层4—引出线金属箔式应变片a）单轴b）测扭矩c）多轴d）平行轴多栅e）同轴多栅电阻丝的电阻值电阻丝即随同物体一起变形，其电阻值发生相应变化或——是由电阻丝几何尺寸改变