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1、机械工程测试技术基础授课单位：机电工程学院课时：32学时主讲：邓春萍地点：新校区2012.3.131第三章常用的传感器本章学习要求：1.了解传感器的分类2.掌握常用传感器测量原理3.掌握传感器测量电路2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3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
2、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。43.1传感器的分类位移,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.(1)按被测物理量分类:(2)按工作原理分类:(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:5A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
3、电感式传感器.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.6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.7机械式传感器通常指以弹性体作为敏感元件，输出为弹性体弹性变形的传感器，通常用来检测力、压力、温度等物理量
4、。3.2机械式传感器几种常用的机械式传感器(测力计)83.3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一、变阻器式传感器按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式.通过改变电位器触头位置，把位移转换为电阻的变化。常用的有直线位移型、角位移型和非线性型等9直线位移型传感器的输出(电阻)与输入(位移)成正比132直线位移型10传感器的输出(电阻)与输入(角位移)成线性关系角位移型123旋转型11传感器的输出(电阻)与输入(位移)的关系与变阻器的骨架形状有关，可根据需要的输入输出之间的关系确
5、定变阻器的骨架形状。非线性型：12等效电路分析:132xxpEinEoutRxRLRp-RxRp-总电阻;xp-变阻总长;RL负载电阻;x-电刷移动量.13变阻器式传感器的优点：(1)结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉且性能稳定；(2)受环境因素(如温度、湿度、电磁场干扰等)影响小；(3)可以实现输出—输入间任意函数关系；(4)输出信号大，一般不需放大。变阻器式传感器的缺点(1)因为存在电刷与线圈或电阻膜之间摩擦，因此需要较大的输入能量；(2)由于磨损不仅影响使用寿命和降低可靠性，而且会降低测量精度，
6、所以分辨力较低；(3)动态响应较差，适合于测量变化较缓慢的量。14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15二、电阻应变式传感器电阻应变片式传感器分为金属电阻应变片式和半导体应变片式。可用于测量应变、力、位移、加速度、扭矩等参数。将被测试件的应变量转换成电阻变化的传感器。16（一）金属电阻应变片金属电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。17金属
7、应变片有:丝式、箔式和薄膜式优点:稳定性和温度特性好.缺点:灵敏度小.18电阻应变片的工作原理金属应变片的电阻R为-—电阻丝轴向相对变形，即纵向应变-—电阻丝径向相对变形，即横向应变轴向伸长时，必沿径向缩小，有—电阻丝材料的泊桑比E：弹性模量；λ：压阻系数电阻丝电阻率相对变化与轴向所受正压力σ有关。19对金属材料而言，相对很小，可忽略较小，一般在1.7～3.6之间为应变片的应变系数或灵敏度20（二）半导体应变片半导体应变片的使用方法与金属应变片相同，但其工作原理是基于半导体材料的压阻效应，即单晶半导体
8、材料在沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。与金属应变片基于材料的几何尺寸变形的工作原理不同。半导体压阻效应的物理本质：单晶半导体在外力的作用下，原子的点阵排列规律发生变化，导致载流子迁移率及载流子浓度的变化，从而引起电阻率的变化。721半导体应变片的灵敏度对半导体而言，远远大于因此，忽略这一值比金属应变片大50～70倍22半导体应变片的特点（1）体积小，灵敏度高，有时传感器的输出不需放大可直接用于测量，横向效应小；（2）半导体温度系数大，需
