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1、第三章、传感器测量原理本章学习要求：1.了解传感器的分类2.掌握常用传感器测量原理3.了解传感器测量电路3.1概述1.传感器定义传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一定的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。物理量电量2.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输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。dV3.传感器的分类(1)按被测物理
2、量分类:(2)按工作的物理基础分类:(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,流体式等.物性型,结构型.能量转换型和能量控制型.4.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A物性型与结构型传感器物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换.例如:水银温度计,压电测力计.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
3、.B能量转换型和能量控制型传感器能量转换型: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.3.2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、热敏式、光敏式、电敏式.123132直线型旋转型1变阻器式传感器(1)工作原理等效电路分析:Rp-总电阻;xp-变阻总长;RL负载电阻;x-电刷移动量.132xxpEinEoutRxRLRp-Rx0x100%100%Output0负载效应(2)变阻器式传感器的性能参数:1
4、)线性(或曲线的一致性);4)移动或旋转角度范围;2)分辨率;5)电阻温度系数;3)整个电阻值的偏差;6)寿命;(3)变阻器式传感器的分类变阻器按电阻元件分单圈电位器直线滑动式电位器多圈电位器混合式电位器导电塑料电位器金属陶瓷电位器线绕电位器(4)变阻器式传感器的特点电阻器制作特点绕线式直径0.012-0.1mm的镍铬合金的精密电阻丝绕在绝缘的薄膜铜丝或绝缘胶木板等卷芯上而制作电阻温度系数非常好，为±5-20*10-6/0C;精度,稳定性,重复性比薄模式好,分辨力低于薄模式.金属陶瓷式电阻胶印在陶瓷基板上,并用高温烧制而成.分辨力高,环境适应性强前,电阻温度系数,为
5、±200*10-6/0C左右.导电-塑料式将基板的树脂与电阻墨制成一体,获将电阻胶涂于薄膜基片上.分辨力,寿命,高速现响应特性好,电阻温度系数为±400*10-6/0C混合式导电性树脂涂于限绕式电阻元件上兼有绕线式和导电-塑料式的优点,电阻温度系数为±150*10-6/0C(5)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：煤气包储量检测原理直接将代表煤气包储量的高度变化转换为钢丝的电阻变化煤气包钢丝特点：（1）测量量程大；（2）防爆；（3）可靠；（4）成本低。2电阻应变式传感器--应变片金属电
6、阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属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变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。1)工作原理金属应变片的电阻R为(1)当不变时金属应变计(2)当变化时半导体应变计2)金属应变计金属应变计有:丝式和箔式优点:稳定性和温度特性好.缺点:灵敏度系数小.3)半导体应变计优点：应变灵敏度大;体积小;能制成具有一定应变电阻的元件.缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。4)应变片的主要参数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
7、的重要参数。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）。案例：桥梁固有频率测量原理在桥中设置一三角形障碍物，利用汽车碍时的冲击对桥梁进行激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率。5)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。3.3电感式传感器电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。分类:电感式传感器自感型可变磁阻型涡流式互感型1自感型--可变磁阻式a)可变导磁面积型b）差动型c）单螺管线圈型d）双螺管线圈差动原理:电磁感应双螺管线圈差动型传感器
