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1、第四章常用传感器原理及其测量电路本章学习要求：1.了解传感器的分类2.掌握常用传感器测量原理3.了解各种传感器所对应的测量电路机械工程测试技术与信号分析传感器是实现测试与控制的首要环节,是测控系统的关键部件之一。传感器的定义：是将被测的物理量按一定规律转换成为与之对应的另一物理量（信号）的转换装置。物理量电量目前，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。第四章常用传感器原理及其测量电路传感器的构成：传感器由敏感元件与辅助元件组成。敏感元件的作用是直接感受被测物理量，并输出与被测量有确定关系的其他量的元件。敏感元件是传
2、感器的核心。4.1传感器概述电阻应变片4.1传感器的分类第四章常用传感器原理及其测量电路4.2传感器常用测量电路4.3常用传感器4.1传感器的分类一、按被测物理量分类常见的被测物理量机械量: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.温度:温度,热量,比热.光：亮度，色彩4.1传感器概述机械式,电气式,光学式,流体式等.二、按工作的物理基础分类:切削测力仪4.1传感器概述三、按信号变换特征分类能量转换型: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
3、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.4.1传感器概述四、按敏感元件与被测对象之间的能量关系:物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换.如:水银温度计.结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变.例如:电容式和电感式传感器.4.1传感器概述4.1传感器的分类第四章常用传感器原理及其测量电路4.2传感器常用测量电路4.3常用传感器4.2传感器常用测量电路便于信号的传输与处理。1.传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送到显示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。2.有些传感器输出的电信号中混杂有干扰噪声，
4、需要去掉噪声，提高信噪比。3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感器测量进行调制解调处理。传感器采用测量电路（信号调理电路）的目的：传感器常用测量电路有：集成运算放大器电桥电路滤波器调制与解调这些处理手段称为信号调理4.2.1集成运算放大器集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。集成运放的图形符号新标准的图形符号以往用过的图形符号A741实物图A741引脚排列通用集成运算放大器：A741(单运放),LM358(双运放),LM324(四运放),……高输入电阻型运放：CF355,CF3140…….高速
5、型运放：CF318,LH30032……低失调电压运放：OP-07….高精度运放：OP-15…斩波稳零运放：F7650……..大功率运放：A791……微功耗型：PC253……2、常见集成运算放大器4.2传感器常用测量电路同相输入放大器U0反相输入放大器_+U0差动输入放大电路：当：+Ui-Ui+RRRRA-+A-+A-+A-+运算电路前面几种放大器，一般仅适用于信号回路不受干扰或信噪比较大的场合。在许多测试场合，传感器输出的信号往往很微弱，而且伴随有很大的共模电压（包括干扰电压），一般对这种信号需要采用测量放大器。测量放大器又称仪表放大器，它的线性好，共模抑制比高、输入
6、阻抗高和噪声低，是一种高性能的放大器。测量放大器电路U1U2I测量放大器电路测量放大器电路测量放大器电路集成测量放大器在制造时采用激光调整工艺使对称部分完全匹配，通常R3为外接电阻，调节R3可改变电路的增益。常用的单片集成测量放大器有美国AD公司的AD521、AD522和美国国家半导体公司的LH0038等。1、直流电桥eye0R1R4R2R34.2.2电桥电路电桥是将电容、电阻、电感等参数的变化转换成电压或电流输出的一种测量电路。aeye0R1R4R2R3bcd平衡条件（ey=0）I1I2令：aeye0R1R4R2R3bcd电桥的接法：R1R2R3R4e0IgRgey半桥
7、单臂R1R2R3R4eIgRgey半桥双臂相邻桥臂电阻变化量是相反的R1R2R3R4e0IgRgey全桥与半桥单臂相比，半桥双臂电桥灵敏度提高了一倍，全桥连接提高了4倍注意：相邻桥臂电阻的变化量是相反的，相对桥臂电阻的变化量是相同的。设被测量等于零时，电桥处于平衡状态，此时指示仪表G及可调电位器H指零。当某一桥臂随被测量变化时，电桥失去平衡，调节电位器H，改变电阻R5触电位置，可使电桥重新平衡，电表G指针回零。电位器H上的标度与桥臂电阻值的变化成比例，故H的指示值可以直接表达被测量的数值。平衡电桥HGR1R4R2R3e0R5所
