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《测试技术 第三章 常用传感器与敏感元件ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第三章常用传感器与敏感元件第一节常用传感器的分类第二节电阻、电容与电感式传感器第三节磁电、压电与热电式传感器第四节传感器的选用原则传感器的定义:传感器是借助于检测元件接收一种信息,并按一定规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置.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.传感器——sensor物理量化学量生物量获取的信息转换电信号传感器的构成:传感器一般由敏感器件与辅助器件组成.敏感器件是传感器的核心,它的作用是直接感受被测物理量,并对信号进行转换输出.辅助器件则是对敏感器件
2、输出的电信号进行放大,以便于后续仪表接入.(电阻应变计)dV第一节常用传感器的分类(1)按被测物理量分类:(2)按传感器工作原理分类:(3)按信号变换特征:(4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系:位移,力,温度等.机械式,电气式,光学式等.物性型,结构型.能量转换型和能量控制型.物性型与结构型所谓物性型传感器,是利用敏感器件材料本身物理性质的变化来实现信号的检测.例如,用水银温度计测温,是利用了水银的热胀冷缩的现象;用光电传感器测速,是利用了光电器件本身的光电效应;用压电测力计测力,是利用了石英晶体的压电效应等.所谓结构型传感器,则
3、是通过传感器本身结构参数的变化来实现信号转换的.例如,电容式传感器,是通过极板间距离发生变化而引起电容量的变化;电感式传感器,是通过活动衔铁的位移引起自感或互感的变化等.能量转换型与能量控制型能量转换型传感器(或称无源传感器),是直接由被测对象输入能量使其工作的.例如,热电偶将被测温度直接转换为电量输出.由于这类传感器在转换过程中需要吸收被测物体的能量,容易造成测量误差.能量控制型传感器(或称有源传感器),是从外部供给辅助能量使传感器工作的,并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,电桥工作能源由外部供给,
4、而由于被测量变化所引起应变计的电阻变化来控制电桥输出.如电感式;电容式等均属此种类型.dV第二节电阻、电容与电感式传感器一、电阻式传感器电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器,按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式.1、变阻器式传感器电位器触头位置位移变化电阻的变化(1)工作原理:通过改变电位器的触头位置,实现将位移转换为电阻的变化.后接电路分析:Rp-总电阻;xp-变阻总长;RL负载电阻;x-电刷移动量.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.提高分辨力需使用更细的电阻丝,其绕
5、制较困难.所以变阻器式传感器的分辨力很难优于20μm.由于结构上的特点,这种传感器还有较大的噪声.应用:被用于线位移、角位移测量等.应用案例:重量的自动检测--配料设备重量设定原材料比较原理用弹簧将力转换为位移;再用变阻器将位移转换为电阻的变化案例:煤气储量检测原理直接将代表煤气储量的高度变化转换为钢丝的电阻变化煤气包钢丝案例:玩具机器人(广州中鸣数码)原理直接将关节驱动电机的转动角度变化转换为电阻器阻值变化2、电阻应变式传感器--应变片电阻应变片的工作原理是基于导体的应变效应,即导体在外力作用下发生机械变形时,其电阻值随着它所受机械
6、变形(伸长或缩短)而发生变化的现象.电阻应变片可分为金属电阻应变片和半导体应变片.(1)金属电阻应变片(工作原理)电阻应变片的灵敏度制造应变片的电阻丝的灵敏度多在1.7~3.6.(2)半导体应变片(工作原理)工作原理:基于半导体材料的压阻效应.所谓压阻效应是指单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时,其电阻率ρ发生变化的现象.灵敏度比金属丝电阻应变片大50~70倍金属丝电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于:前者利用导体形变引起电阻的变化,后者利用半导体电阻率变化引起电阻的变化.(1)半导体应变片灵敏度高,机械滞后小、横向效应小以及体
7、积小;(2)温度稳定性和可重复性不如金属应变片.案例:桥梁固有频率测量原理在桥中设置一个三角形障碍物,利用其阻碍汽车所产生的冲击对桥梁进行激励,再通过应变片测量桥梁动态变形,得到桥梁的固有频率.应用案例:电子称原理将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出.二、电容式传感器1.变换原理:将被测量的变化转化为电容量变化.两平行极板组成电容器的电容量可以表达为:+++A当被测量δ、A或ε发生变化时,都会引起电容的变化.如果保持其中的两个参数不变,而仅改变另一个参数,就可把该参数的变化转换为单一电容量的变化.(1)极距变
8、化型+++优点:可进行动态非接触式测量,对被测系统的影响小;灵敏度高,适用于较小位移(0.01~数百微米)的测量.缺点:有非线性误差、传感器的杂散电容也对灵敏度和测量精确度有影响,与传感器配合使用电子线路也比较复杂.(2
