第6章传感器原理与测量电路课件.ppt

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1、第六章传感器主要内容1.传感器概述2.电容式传感器3.电感式传感器4.压电式传感器5.磁电式传感器7.光栅式传感器8.光纤式传感器6.霍尔式传感器21.了解传感器的分类2.掌握常用传感器测量原理3.了解传感器测量电路本章学习要求3正在给主人敬送饮料的机器人6.1概述传感器技术——信息采集——“感官”通信技术———信息传输——“神经”计算机技术——信息处理——“大脑”4传感器按感官的归类6.1概述人的感觉人的感官信号形态转换相关器件物理现象视觉眼光→电流光→电阻光→电流光电池光敏电阻器光电晶体管光电动势光导效应听觉耳位移→电压位移→电阻位移→电压位移

2、→电容压电器件应变计霍尔元件压变电容器压电效应压阻效应霍尔效应压力引起电容量变化温觉与触觉皮肤温度→电压温度→电阻压力→电阻压力→电容压力→电压压力→电压热电偶热敏电阻器应变计压变电容器压电传感器电感式传感器塞贝克效应温度引起载流子数的变化压阻效应压力引起电容量的变化压电效应嗅觉鼻气体→电阻气体→电流半导体气敏元件电化学气体传感器表面吸附现象电化学反应味觉舌化学变化→电离子电极酶传感器5传感器是将被测量转换成为与之有确定对应关系的、容易测量、传输或处理的另一种形式的量（大多为电量）的装置。6.1概述传感器定义物理量电量传感器电压、电流、频率、脉冲等

3、尺寸、位移、温度、力等66.1概述传感器组成传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感元件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。7——按被测物理量分类6.1概述传感器分类机械量：长度，厚度，位移，速度，加速度，旋转角，转数，质量，重量，力，压力，真空度，力矩，风速，流速，流量；声：声压，噪声；磁:磁通，磁场；光：亮度，色彩；温度：温度，热量，比热。86.1概述——按传感原理分类传感器分类电容式传感器电阻式传感器压电式传感器磁电式传感器电感式传感器光电式传感器光纤式传感器光栅

4、式传感器96.1概述——按信号变换特征传感器分类能量转换型：直接由被测对象输入能量使其工作。例如热电偶温度计,压电式加速度计。能量控制型：从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化。例如电阻应变片。106.1概述基本参数指标环境参数指标可靠性指标其它指标量程指标：量程范围、过载能力等灵敏度指标：灵敏度、分辨力、满量程输出、输入输出阻抗等精度有关指标：精度、误差、线性、滞后、重复性、灵敏度误差、稳定性动态性能指标：固有频率、阻尼比、时间常数、频率响应范围、频率特性、临界频率、临界速度、稳定时间等温度指标：工作温度范围、温度误差、温度漂移、温度系数

5、、热滞后等抗冲振指标：容许各项抗冲振的频率、振幅及加速度、冲振所引入的误差其它环境参数：抗潮湿、抗介质腐蚀能力、抗电磁场干扰能力等工作寿命、平均无故障时间、保险期、疲劳性能、绝缘电阻、耐压及抗飞弧等使用有关指标：供电方式（直流、交流、频率及波形等）、功率、各项分布参数值、电压范围与稳定度等外形尺寸、重量、壳体材质、结构特点等安装方式、馈线电缆等116.1概述1.发展、利用新效应；2.开发新材料；3.提高传感器性能和检测范围；4.微型化与微功耗；5.集成化与多功能化；6.传感器的智能化；7.传感器的数字化和网络化。传感器的发展趋势126.2电容式传感

6、器一、电容传感器概述、工作原理和类型；二、电容传感器输出特性；三、电容式传感器的特点；四、电容传感器测量电路；五、电容式传感器的应用举例。主要内容学习要求1.掌握电容式传感器工作原理；2.掌握电容式传感器的分类、及它们各自的特点；3.了解电容式传感器的测量电路。13电容式传感器是将被测物理量转换为电容量变化的装置，实质上是一个具有可变参数的电容器。6.2电容式传感器介电常数变化型面积变化型极距变化型146.2电容式传感器极距变化型OΔδCδΔC156.2电容式传感器讨论要提高传感器灵敏度S应减小初始极距,但极距也要受电容击穿电压限制。非线性随相对位

7、移的增加而增加，为保证线性度应限制相对位移。初始极距与S，与线性度相矛盾，决定了极距变化型电容传感器只适合测小位移（在0.01微米至零点几毫米）。为提高灵敏度和改善非线性，一般采用差动结构。16极距变化型电容传感器Δδδ0δ0C1C2差动式极距变化型17差动式极距变化型传感器灵敏度可提高一倍，而非线性可大大减小。极距变化型电容传感器18极距变化型电容式传感器的优点是动态响应快，灵敏度高，可进行非接触测量。但由于输出非线性特性、传感器杂散电容对灵敏度和测量精度的影响，以及与传感器配合使用的电子线路比较复杂等缺点，因此使用范围受到一定限制。差动式电容传

8、感器比单个电容灵敏度提高一倍，非线性误差减小。特点1.主要用于小位移量测量，0.01μm到数百μm。2.分辨力可达0.1μ