武漢理工大學檢測技術課件5

1、武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器1第五章第五章 常用傳感器常用傳感器5.1 概概 述述5.2 電阻傳感器電阻傳感器 5.3 電容傳感器電容傳感器5.4 電感傳感器電感傳感器5.5 磁電傳感器磁電傳感器5.6 壓電傳感器壓電傳感器5.7 磁敏傳感器磁敏傳感器5.8 傳感器選用原則傳感器選用原則武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器25.1

2、 概概 述述1. 傳感器傳感器(sensor)定義定義 傳感器是能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律傳感器是能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。通常由轉換成可用輸出信號的器件或裝置。通常由敏感元件敏感元件和和轉換元件轉換元件組成組成(gb766-87)(gb766-87)。 狹義上，狹義上，非電信號非電信號 電信號電信號。在非電量電測系統(tǒng)中的作用在非電量電測系統(tǒng)中的作用f 敏感作用敏感作用：感受并拾取被測對象的信號感受并拾取被測對象的信號f變換作用變換作用： 被測信號轉換成易于檢測和處理被測信號轉換成易于檢測和處理 的電信號的電信號武漢理工大學機電工程學院武漢理

3、工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器3將物理量變換成電信號的變化（水位、壓力等）。將物理量變換成電信號的變化（水位、壓力等）。獲得傳感器信號的兩種方法獲得傳感器信號的兩種方法直接獲得電信號的變化（開關傳感器）；直接獲得電信號的變化（開關傳感器）；武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器42. 傳感器的分類傳感器的分類(1)(1)按被測物理量分類按被測物理量分類(2)(2)

4、按傳感器元件的變換原理分類按傳感器元件的變換原理分類位移傳感器位移傳感器, ,流量傳感器流量傳感器, ,溫度傳感器等溫度傳感器等. .電阻式電阻式, ,電容式電容式, ,電感式電感式, ,壓電式壓電式, ,光電式等光電式等. .能量轉換型能量轉換型: :直接由被測對象輸入能量使其工作直接由被測對象輸入能量使其工作. . 例如例如: :熱電偶溫度計熱電偶溫度計, ,壓電式加速度計壓電式加速度計. .能量控制型能量控制型: :從外部供給能量并由被測量控制外部供給能量的變化從外部供給能量并由被測量控制外部供給能量的變化. . 例如例如: :電阻應變片電阻應變片. .能量傳遞型能量傳遞型: :從某種能

5、量發(fā)生器與接受器進行能量傳遞過程中實現(xiàn)從某種能量發(fā)生器與接受器進行能量傳遞過程中實現(xiàn) 敏感檢測敏感檢測. . 例如例如: :超聲波發(fā)生器和接受器超聲波發(fā)生器和接受器. .(3)(3)按傳感器的能量傳遞方式分類按傳感器的能量傳遞方式分類武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器53. 傳感器的性能要求傳感器的性能要求 工作范圍或量程應足夠大，具有一定的過載能力工作范圍或量程應足夠大，具有一定的過載能力 與檢測系統(tǒng)匹配性好，轉換靈敏度高與檢測系統(tǒng)匹配性好，轉換靈敏度高 精度適

6、當，穩(wěn)定性高精度適當，穩(wěn)定性高 反應速度快，工作可靠性高反應速度快，工作可靠性高 適應性和適用性強適應性和適用性強武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器64. 常見的被測物理量常見的被測物理量 機械量機械量: :長度長度, ,厚度厚度, ,位移位移, ,速度速度, ,加速度加速度, ,旋轉角旋轉角, ,轉數(shù)轉數(shù), , 質量質量, ,重量重量, ,力力, ,壓力壓力, ,真空度真空度, ,力矩力矩, ,風速風速, ,流速流速, , 流量流量; ; 聲聲: : 聲壓聲壓,

7、 ,噪聲噪聲. . 磁磁: : 磁通磁通, ,磁場磁場. . 溫度溫度: : 溫度溫度, ,熱量熱量, ,比熱比熱. . 光：光： 亮度，色彩亮度，色彩武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器7電阻式傳感器電阻式傳感器是把被測量轉換為是把被測量轉換為電阻變化電阻變化的一種傳感器。的一種傳感器。按工作的原理可分為按工作的原理可分為: :f熱敏式熱敏式f電阻應變式電阻應變式f變阻器式變阻器式f光敏式光敏式f濕敏式濕敏式alr5.2 電阻式傳感器電阻式傳感器武漢理工大學機電工

8、程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器81.可調電位器可調電位器0outinareer 為輸出電壓為輸出電壓(v)(v)； 為外加固定電壓為外加固定電壓(v) ;(v) ; 為材料的總電阻為材料的總電阻( ); 為固定端至滑塊的電阻為固定端至滑塊的電阻( ) ( ) outeinear0r武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器92.應變式電阻傳感器應變式電阻傳

9、感器絲式應變片絲式應變片 箔式應變片箔式應變片 alr武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器10(1).(1).應變效應應變效應alr導體或半導體在外力作用下產生導體或半導體在外力作用下產生機械變形機械變形而引起導體或而引起導體或半導體的半導體的電阻值發(fā)生變化電阻值發(fā)生變化的物理現(xiàn)象稱為的物理現(xiàn)象稱為應變效應應變效應。 傳感元件：電阻應變片，它是一種把被測試件的傳感元件：電阻應變片，它是一種把被測試件的應變量應變量轉換成轉換成電阻變化量電阻變化量的傳感元件。的傳感元件

10、。 應變片受力應變片受力 應變應變 比例關系比例關系 比例關系比例關系 應變片電阻的變化應變片電阻的變化 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器11(2).(2).工作原理工作原理alr式中，式中，導線的電阻率，又稱為電阻系數(shù)導線的電阻率，又稱為電阻系數(shù) 金屬導線的金屬導線的應變電阻效應應變電阻效應： 當金屬絲由于受到軸向力當金屬絲由于受到軸向力p p而伸長時，長度增長，截面積減而伸長時，長度增長，截面積減小，其電阻值就增大；反之，如細絲因受壓力而縮短，即小，其電阻值

11、就增大；反之，如細絲因受壓力而縮短，即長度變短，截面積變粗時，則電阻就減小。長度變短，截面積變粗時，則電阻就減小。 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器12serdr)21 (s s由兩部分組成：由兩部分組成： 前一部分前一部分(1+2)(1+2)是由金屬導線的是由金屬導線的幾何變形幾何變形引起的；引起的； 后一部分后一部分ee除與金屬導線幾何尺寸有關外，還與金屬除與金屬導線幾何尺寸有關外，還與金屬本身的特性有關。本身的特性有關。 ：泊松系數(shù)，泊松系數(shù)，e:e:彈性

12、模量，彈性模量，: :縱向應變，縱向應變，:壓阻系數(shù)壓阻系數(shù) 推導推導alr武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器13 金屬應變片（金屬應變片（ 不變）不變）金屬應變計金屬應變計 半導體應變片（半導體應變片（ 變化）變化）半導體應變計半導體應變計6 . 37 . 1)21 (srdr7060serdrserdr)21 (武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用

13、傳感器常用傳感器14(3). (3). 應變片的主要參數(shù)應變片的主要參數(shù) 1) 幾何參數(shù)：表距幾何參數(shù)：表距l(xiāng)和絲柵寬度和絲柵寬度b，制造廠常用，制造廠常用 bl 表示。表示。 2) 電阻值：應變計的原始電阻值。電阻值：應變計的原始電阻值。 3) 靈敏系數(shù)：表示應變計變換性能的重要參數(shù)。靈敏系數(shù)：表示應變計變換性能的重要參數(shù)。 4) 其它表示應變計性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、其它表示應變計性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、 蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of tech

14、nology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器15(4).(4).金屬應變計金屬應變計 金屬應變計有金屬應變計有: 1、絲式絲式 2、箔式箔式 3、薄膜式薄膜式 優(yōu)點優(yōu)點:穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性和溫度特性好特性好. 缺點缺點:靈敏度系數(shù)小靈敏度系數(shù)小.應變計武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器16(5).(5).半導體應變計半導體應變計 優(yōu)點：優(yōu)點：應變靈敏度大應變靈敏度大; ;體積小體積小; ;能能制成具有一定應變電阻的元件制成具有一定應變電阻

15、的元件. . 缺點：缺點：溫度穩(wěn)定性和可重復性不溫度穩(wěn)定性和可重復性不如金屬應變片如金屬應變片。應變計體型體型薄膜型薄膜型擴散型擴散型武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器17立柱應力立柱應力 橋梁應力橋梁應力 (6).(6).應變式電阻傳感器的應用應變式電阻傳感器的應用 德國德國hbmhbm電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章

16、 常用傳感器常用傳感器18質量傳感器質量傳感器 位移傳感器位移傳感器 加速度計加速度計 壓力傳感器壓力傳感器 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器19壓力傳感器壓力傳感器 轉矩傳感器轉矩傳感器 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器20 3.其他電阻傳感器其他電阻傳感器 (1).(1).熱電阻傳感器熱電阻傳感器 利用導電物體電阻率隨本身溫度

17、變化而變化的溫度電利用導電物體電阻率隨本身溫度變化而變化的溫度電阻效應制成的傳感器。阻效應制成的傳感器。 溫度(熱量)的變化電阻的變化 溫度檢測溫度檢測 :-200+500武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器21(2).(2).熱敏電阻傳感器熱敏電阻傳感器 圓形熱敏電阻圓形熱敏電阻 柱形熱敏電阻柱形熱敏電阻 珠形熱敏電阻珠形熱敏電阻 熱敏電阻在電路中的符號熱敏電阻在電路中的符號 非線性元件非線性元件: :它的溫度它的溫度- -電阻關系是指數(shù)關系電阻關系是指數(shù)關系 溫

18、度為溫度為-50-50350350 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器22(3).(3).光敏電阻傳感器光敏電阻傳感器 (4).(4).濕敏電阻傳感器濕敏電阻傳感器 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器235.3 電容式傳感器電容式傳感器 1. 變換原理變換原理 將被測物理量的變化轉化為電容量變化。將被測物理量的變化轉化為電容量變化。兩

19、平行極板組成的電容器兩平行極板組成的電容器, ,它的電容量為它的電容量為: :ac+a 當被測量當被測量、a或或發(fā)生變化時，都會引起電容的變化。發(fā)生變化時，都會引起電容的變化。如果保持其中的兩個參數(shù)不變，而僅改變另一個參數(shù)，如果保持其中的兩個參數(shù)不變，而僅改變另一個參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化變換為單一電容量的變化。就可把該參數(shù)的變化變換為單一電容量的變化。武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器242. 分類分類 a) a) 極距變化型極距變化型+c) c) 介質變化型介

20、質變化型b)b)面積變化型面積變化型: :平面線位移型平面線位移型, ,角位移型角位移型, , 柱面線位移型柱面線位移型ac武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器253. 靈敏度靈敏度 a) a) 極距變化型極距變化型ac dadc2傳感器的靈敏度近似為：傳感器的靈敏度近似為：caddcs2變極距電容傳感器變極距電容傳感器 平板電容器平板電容器 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試

21、技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器26傳感器靈敏度傳感器靈敏度b)b)面積變化型面積變化型a)a)直線位移型直線位移型 bxc 常數(shù)bdxdcs直線位移型直線位移型b)b)角位移型角位移型 22rc 傳感器傳感器靈敏度靈敏度 常數(shù)22rddcs角位移型角位移型武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器27c)c)介質變化型介質變化型介質常數(shù)變化型電容式傳感器介質常數(shù)變化型電容式傳感器大多用于測量電介質的厚度大多用于測量電介質的厚度( (圖圖a)a)、位移、位移(

22、(圖圖b)b)、液位、液位( (圖圖c) c) 根據極板介質的介電常數(shù)隨根據極板介質的介電常數(shù)隨溫度、濕度、容量改變而改變溫度、濕度、容量改變而改變來測量溫度、濕度、容量來測量溫度、濕度、容量( (圖圖d)d)等等 。武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器284.電容式傳感器的應用電容式傳感器的應用振動測量振動測量 旋轉軸的偏心量的測量旋轉軸的偏心量的測量 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試

23、技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器29電容式氫液高度傳感器電容式氫液高度傳感器 紗條均勻度測試儀紗條均勻度測試儀 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器305.4 電感式傳感器電感式傳感器 電感式傳感器是基于電感式傳感器是基于電磁感應電磁感應原理，它是把原理，它是把被測量被測量轉轉化為化為電感量電感量的一種裝置。的一種裝置。分類分類:電感式傳感器電感式傳感器自感型自感型可變磁阻型可變磁阻型渦流式渦流式互感型互感型武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學

24、機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器311. 可變磁阻式可變磁阻式(自感型自感型)001112aalmr原理原理: :電磁感應電磁感應 w: w:線圈匝數(shù)；線圈匝數(shù)； l l1 1: :軟鐵長度；軟鐵長度；1 1：軟鐵磁導率；軟鐵磁導率；0 0：空氣磁導率：空氣磁導率a a1 1：鐵芯導磁截面：鐵芯導磁截面a a0 0：空氣導磁截面：空氣導磁截面可變磁阻式傳感器基本原理可變磁阻式傳感器基本原理 1 1線圈線圈 2. 2. 鐵芯鐵芯 3. 3. 銜鐵銜鐵 mrwl22002awl 武漢理工大學機電工程學

25、院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器322002awl (1).(1).間隙變化型間隙變化型20022wadllsd 間隙變化型可變磁阻式傳感器結構間隙變化型可變磁阻式傳感器結構 當當0 、a0固定不變，改變固定不變，改變時，時，l與與呈非線形（雙曲線）關系，呈非線形（雙曲線）關系， l l與與的雙曲線關系的雙曲線關系 傳感器靈敏度：傳感器靈敏度： l武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章

26、第五章 常用傳感器常用傳感器332002awl (2).(2).面積變化型面積變化型面積變化型可變磁阻式傳感器結構面積變化型可變磁阻式傳感器結構 當當0 、 固定不變，改變固定不變，改變a0時，時，l與與a0呈線形關系，呈線形關系， 傳感器靈敏度傳感器靈敏度 2002wdlsdal l與與a a0 0的的線形關系線形關系=常數(shù)常數(shù)武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器34(3).(3).螺線管型螺線管型 當其它參數(shù)不變，僅改變當其它參數(shù)不變，僅改變l l1 1，使，使

27、r rm m變化，從而變化，從而產生電感的變化。產生電感的變化。 001112aalmrmrwl2武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器35(4).(4).差動型差動型變間隙型差動變壓器變間隙型差動變壓器 輸出特性輸出特性傳感器靈敏度傳感器靈敏度 lddls2武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器362. 渦流式電感傳感器渦流式電感傳感器 當

28、金屬板置于變化磁場中或者在磁場中運動時，在金屬當金屬板置于變化磁場中或者在磁場中運動時，在金屬板中產生感應電流，這種電流在金屬體內是閉合的，稱為板中產生感應電流，這種電流在金屬體內是閉合的，稱為渦流渦流。 渦流的大小與金屬板的電阻率渦流的大小與金屬板的電阻率、磁導率、磁導率、厚度、厚度t，以及，以及金屬板與線圈距離、激勵電流、角頻率等參數(shù)有關。金屬板與線圈距離、激勵電流、角頻率等參數(shù)有關。 渦流式電感傳感器可分渦流式電感傳感器可分為為 1）高頻反射式高頻反射式 2）低頻投射式低頻投射式 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology

29、測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器37原線圈的等效阻抗原線圈的等效阻抗z z變化：變化：),(zz (1).(1).高頻反射式（集膚效應）高頻反射式（集膚效應）( )zf x高頻反射式渦流傳感器高頻反射式渦流傳感器 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器38(2).(2).低頻透射式（互感原理）低頻透射式（互感原理）低頻透射式渦流傳感器低頻透射式渦流傳感器 e e2 2隨材料厚度增加變化的規(guī)律隨材料厚度增加變化的規(guī)律 武漢理工大學機電工程學院武

30、漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器394.4.渦流式傳感器的應用渦流式傳感器的應用案例：位移、振幅、軸心軌跡的測量案例：位移、振幅、軸心軌跡的測量徑向振動的測量徑向振動的測量 構件振幅的測量構件振幅的測量 構件振型的測量構件振型的測量 軸心軌跡的測量軸心軌跡的測量 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器4060fnz其中，其中，n為轉軸的轉速；為轉軸的轉速；f為脈

31、沖頻率；為脈沖頻率；z為轉軸上的槽數(shù)或為轉軸上的槽數(shù)或齒數(shù)。齒數(shù)。案例案例: :轉速的測量轉速的測量武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器41案例：案例： 測厚測厚案例：案例： 零件計數(shù)零件計數(shù)武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器42案例：案例： 連續(xù)油管的橢圓度測量連續(xù)油管的橢圓度測量coiled tubeeddy sensor refe

32、rence circle原理：原理：武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器43案例：案例： 無損探傷無損探傷原理裂紋檢測，缺陷造成渦流變化?；疖囕啓z測火車輪檢測油管檢測油管檢測武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器443. 變壓器式變壓器式-差動變壓器差動變壓器工作原理工作原理:互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象.武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學

33、院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器45應用應用: : 厚度厚度, ,角度角度, ,表面粗糙度表面粗糙度; ;拉伸拉伸, ,壓縮壓縮, ,垂直度垂直度; ; 壓力壓力, ,流量流量, ,液位液位; ;張力張力, ,重力重力, ,負荷量負荷量; ;扭矩扭矩, , 應力應力, ,動力動力; ;氣壓氣壓, ,溫度溫度; ;振動振動, ,速度速度, ,加速度加速度; ;等等. .案例：案例：板的厚度測量板的厚度測量 案例：案例：張力測量張力測量武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan universi

34、ty of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器465.5 磁電傳感器磁電傳感器 1. 變換原理變換原理 磁電式傳感器是把被測量的磁電式傳感器是把被測量的物理量物理量轉換為轉換為感應電動感應電動勢勢的一種轉換器。的一種轉換器。),(,cos,mdtddtdrbsbnu感應線圈的感應電動勢感應線圈的感應電動勢e e為為 磁通變化率與磁場強度、磁阻、線圈運動速度有關，磁通變化率與磁場強度、磁阻、線圈運動速度有關，改變其中一個因素，都會改變線圈的感應電動勢。改變其中一個因素，都會改變線圈的感應電動勢。 ddewt 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程

35、學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器472. 分類分類 磁電式動圈式磁阻式線速度型角速度型n),(,cos,mdtddtdrbsbnuddewt 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器483. 動圈式傳感器動圈式傳感器 knbaenblvesinl:l:每匝線圈的平均長度；每匝線圈的平均長度；b:b:線圈所在磁場的磁感應強度；線圈所在磁場的磁感應強度；a:a:每匝線圈的截面積；每匝線

36、圈的截面積； :線圈運動方向與磁場方向的夾角；線圈運動方向與磁場方向的夾角；k:k:傳感器的結構系數(shù)。傳感器的結構系數(shù)。 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器494. 磁阻式傳感器磁阻式傳感器 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器505. 磁電傳感器的應用磁電傳感器的應用 測速電機測速電機磁電式測速傳感器磁電式測速傳感器武漢理工大學機電工

37、程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器51測頻數(shù)測頻數(shù) 測轉速測轉速 偏心測量偏心測量 振動測量振動測量 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器525.6 壓電傳感器壓電傳感器 1. 變換原理變換原理 某些物質，如石英，當某些物質，如石英，當受到外力作用時，不僅幾何受到外力作用時，不僅幾何尺寸會發(fā)生變化，而且內部尺寸會發(fā)生變化，而且內部被極化，表面會產生電荷；

38、被極化，表面會產生電荷；當外力去掉時，又重新回到當外力去掉時，又重新回到原來的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為原來的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應壓電效應。武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器53壓電效應壓電效應式中，式中，q為電荷為電荷量量；d為為壓電常數(shù)，與材質及切片壓電常數(shù)，與材質及切片方向有關；方向有關；f為作用力。為作用力。 q=df武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五

39、章 常用傳感器常用傳感器54aaqecea：開路電壓；開路電壓；q:壓電晶片表面上的電荷；壓電晶片表面上的電荷；ca 為壓電晶片的電容。為壓電晶片的電容。2. 測量電路測量電路 等效電荷源等效電荷源 cc:分布電容；分布電容；ri:輸入電阻；輸入電阻；ra:漏電阻；漏電阻；ci:輸入電容輸入電容武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器55壓電式傳感器輸出電荷壓電式傳感器輸出電荷q很少，內阻很少，內阻ra很大，輸出信號很很大，輸出信號很弱小，因此要進行處理：弱小，因此要進

40、行處理： (1) 放大放大微弱的壓電信號微弱的壓電信號 (2) 進行進行阻抗匹配阻抗匹配 電壓放大器電壓放大器 電荷放大器電荷放大器 (1).(1).主要作用主要作用武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器56放大器的輸入電壓：放大器的輸入電壓： icaicccqe系統(tǒng)的輸出電壓為：系統(tǒng)的輸出電壓為： 系統(tǒng)的靈敏度為：系統(tǒng)的靈敏度為： icacccasicaiycccqaeae當電纜長度變化當電纜長度變化時，時，cc變化，變化， ei變化，系統(tǒng)的靈變化，系統(tǒng)的靈敏度發(fā)生

41、變化，敏度發(fā)生變化，此時測試比較困此時測試比較困難難 (2).(2).電壓放大器電壓放大器武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器57qqt+qf= ei(ca+cc+ci)+(ei-ey)cf= eic+ (ei-ey)cf ffykccckqe)(fyffcqethencckcif )( ei=(q+eycf)/(c+cf)推導推導fcs1(3).(3).電荷放大器電荷放大器武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of te

42、chnology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器583. 壓電傳感器的應用壓電傳感器的應用壓力變送器壓力變送器加速度計，力傳感器加速度計，力傳感器 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器59壓電式壓力傳感壓電式壓力傳感 壓電式壓力傳感器特性壓電式壓力傳感器特性 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器60阻抗頭的結構原

43、理圖阻抗頭的結構原理圖 阻抗頭的安裝結構阻抗頭的安裝結構 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器61武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器625.7 磁敏傳感器磁敏傳感器1.半導體霍爾元件半導體霍爾元件霍爾效應霍爾效應 當半導體中流過一個電流時，若在與該電流垂直的方當半導體中流過一個電流時，若在與該電流垂直的方向上外加一個磁場，則在與電流及磁

44、場分別成直角的方向向上外加一個磁場，則在與電流及磁場分別成直角的方向上會產生一個電壓。這種現(xiàn)象也稱為霍爾效應上會產生一個電壓。這種現(xiàn)象也稱為霍爾效應 。 霍爾效應原理圖霍爾效應原理圖 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器63半導體霍爾元件的結構半導體霍爾元件的結構 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器64半導體磁敏電阻半導體磁敏電阻 半導

45、體磁敏電阻的結構半導體磁敏電阻的結構( (蛇形元件蛇形元件) ) 利用磁場造成的電利用磁場造成的電流偏轉使元件阻抗增加流偏轉使元件阻抗增加這種特點制成的雙端磁這種特點制成的雙端磁敏傳感器。敏傳感器。 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器65磁性體磁敏電阻磁性體磁敏電阻 利用強磁材料利用強磁材料的磁場異向性制成的磁場異向性制成的磁敏元件。的磁敏元件。磁性體磁敏電阻的結構磁性體磁敏電阻的結構 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan universit

46、y of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器66電磁感應型磁敏傳感器電磁感應型磁敏傳感器 原理：原理：范圍：范圍：法拉第電磁感應定律法拉第電磁感應定律 只能檢測交流磁只能檢測交流磁場，不能檢測直流場，不能檢測直流磁場磁場 電磁感應型磁敏傳感器電磁感應型磁敏傳感器 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器672. 磁敏傳感器的應用磁敏傳感器的應用 電流計 磁感應開關 磁敏電位器 霍爾電動機 紙幣及預付卡識別設 卡形電流計的結構卡

47、形電流計的結構 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器68霍爾電動機的結構示意圖霍爾電動機的結構示意圖 霍爾電動機等效電路霍爾電動機等效電路 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器695.8 傳感器選用原則傳感器選用原則 選擇傳感器主要考慮靈敏度、線性范圍、響應特性、選擇傳感器主要考慮靈敏度、線性范圍、響應特性、穩(wěn)定性、精確度、測量方式等六個

48、方面的問題。穩(wěn)定性、精確度、測量方式等六個方面的問題。 1. 靈敏度靈敏度 一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但在確定靈敏一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但在確定靈敏度時，要考慮以下幾個問題。度時，要考慮以下幾個問題。 a)a)靈敏度過高引起的干擾問題；靈敏度過高引起的干擾問題； b)b)量程范圍。量程范圍。 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器703 3 響應特性響應特性 傳感器的響應特性是指在所測頻率范圍內，保持傳感器的響應特性是指在所測頻率范圍內，保持不不失真失

49、真的測量條件。的測量條件。 實際上傳感器的響應總不可避免地有一定延遲，但實際上傳感器的響應總不可避免地有一定延遲，但總希望延遲的時間越短越好?？傁Ｍ舆t的時間越短越好。 2 2 線性范圍線性范圍 任何傳感器都有一定的線性工作范圍。任何傳感器都有一定的線性工作范圍。在線性范圍在線性范圍內輸出與輸入成比例關系內輸出與輸入成比例關系，線性范圍愈寬，則表明傳感，線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工作在線性區(qū)域內，是保證器的工作量程愈大。傳感器工作在線性區(qū)域內，是保證測量精度的基本條件。測量精度的基本條件。 武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university

50、of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器714 4 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是表示傳感器經過長期使用以后，其輸出特穩(wěn)定性是表示傳感器經過長期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時間性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時間與環(huán)境。與環(huán)境。5 5 精確度精確度 傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被測量的對傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被測量的對應程度。應程度。 6 6 測量方式測量方式 傳感器工作方式，也是選擇傳感器時應考慮的重要傳感器工作方式，也是選擇傳感器時應考慮的重要因素。例如，接觸與非接觸測量、破壞與非破壞性測量、因素。例如，接觸與非接觸測量、破壞與非破壞性測量、在線與非在線測量等。在線與非在線測量等。武漢理工大學機電工程學院武漢理工大學機電工程學院wuhan university of technology測試技術基礎測試技術基礎第五章第五章 常用傳感器常用傳感器72 應變片受力后，電阻的變化應變片受力后，電阻的變化drdr daardrdllr