傳感器原理概述資料實用教案

1、傳感器的定義傳感器的定義(dngy)與組成與組成第1頁/共28頁第一頁，共29頁。傳感器的定義傳感器的定義(dngy)與組成與組成電量電量(dinling)電參數(shù)(cnsh)和電量 第2頁/共28頁第二頁，共29頁。傳感器的分類傳感器的分類(fn li)第3頁/共28頁第三頁，共29頁。傳感器的分類傳感器的分類(fn li)敏感元件將被測信號轉換為中間變量，如膜片、環(huán)的變形等；敏感元件將被測信號轉換為中間變量，如膜片、環(huán)的變形等；變換器（在輔助電源作用下）將中間變量轉換為電量變化，如應變變換器（在輔助電源作用下）將中間變量轉換為電量變化，如應變(yngbin)式電阻變換器。式電阻變換器。結構型

2、敏感元件或彈性元件變換器物性型無中間轉換機構，如熱敏電阻第4頁/共28頁第四頁，共29頁。傳感器的分類傳感器的分類(fn li)能量轉換型（自源型）能量控制型（外源型）第5頁/共28頁第五頁，共29頁。傳感器的分類傳感器的分類(fn li)(5) 按傳感器輸出量分為電量型、電參數(shù)型：電量電壓、電流、電荷(dinh)；電參數(shù)電阻、電感、電容、互感第6頁/共28頁第六頁，共29頁。1）容量輸入信號工作范圍或量程；2）驅動輸出的負載能力(nngl)（包括數(shù)字輸出接口）、電氣、機械特性 3）靜態(tài)特性指標線性度、靈敏度、分辨率、遲滯、重復性、穩(wěn)定性等； 4）動態(tài)特性指標固有頻率、阻尼比、時間常數(shù)等；5）

3、可靠性工作壽命、故障率、絕緣、耐壓、耐溫等；6）對環(huán)境要求的指標工作溫度范圍、抗潮濕、抗電磁干擾、抗沖振要求等；7）使用配電要求供電方式、安裝方式、輸入輸出阻抗等。傳感器的常用傳感器的常用(chn yn)技術性能指標技術性能指標第7頁/共28頁第七頁，共29頁。2）高精度、高可靠性、無遲滯(chzh)性、工作壽命長（耐用性）3）高響應(xingyng)速率、可重復性、抗老化、抗環(huán)境影響（熱、振動、酸、堿、空氣、水、塵埃）的能力4）選擇性、安全性（傳感器應是無污染的） 、互換性、低成本5）寬測量范圍、小尺寸(ch cun)、重量輕和高強度、寬工作溫度范圍1）高靈敏度、線性、抗干擾的穩(wěn)定性（對噪聲

4、不敏感）、容易調節(jié)（校準簡易） 傳感器性能的基本要求傳感器性能的基本要求第8頁/共28頁第八頁，共29頁。彈性彈性(tnxng)敏感元件敏感元件第9頁/共28頁第九頁，共29頁。彈性彈性(tnxng)敏感元件敏感元件 彈性模量、剛度的關系彈性模量、剛度的關系 金屬在彈性范圍內，外力和變形成金屬在彈性范圍內，外力和變形成(xngchng)比例地增長，即應力與應變成比例地增長，即應力與應變成正比例關系時（符合虎克定理），這個比例系正比例關系時（符合虎克定理），這個比例系數(shù)就稱為彈性模量，根據(jù)應力，應變的性質通數(shù)就稱為彈性模量，根據(jù)應力，應變的性質通常又分為：彈性模量和切變模量，彈性模量的常又分為：

5、彈性模量和切變模量，彈性模量的大小，相當于引起物體單位變形時所需應力之大小，相當于引起物體單位變形時所需應力之大小，是衡量材料剛度的指標，彈性模量愈大，大小，是衡量材料剛度的指標，彈性模量愈大，剛度也愈大。剛度也愈大。第10頁/共28頁第十頁，共29頁。彈性彈性(tnxng)敏感元件的基本特性敏感元件的基本特性第11頁/共28頁第十一頁，共29頁。彈性敏感元件的基本彈性敏感元件的基本(jbn)特性特性第12頁/共28頁第十二頁，共29頁。emk 彈性敏感元件的剛度彈性敏感元件的剛度 其等效振動其等效振動(zhndng)質質量量上式為固有頻率估算( sun)式，其中彈性彈性(tnxng)敏感元件

6、的基本特性敏感元件的基本特性第13頁/共28頁第十三頁，共29頁。A諧振狀態(tài)下的振幅諧振狀態(tài)下的振幅(zhnf)A0靜態(tài)振幅靜態(tài)振幅(zhnf) (=K)彈性敏感元件的基本彈性敏感元件的基本(jbn)特性特性2()21nKA第14頁/共28頁第十四頁，共29頁。彈性敏感元件的基本彈性敏感元件的基本(jbn)特性特性第15頁/共28頁第十五頁，共29頁。彈性彈性(tnxng)敏感元件的材料敏感元件的材料第16頁/共28頁第十六頁，共29頁。彈性彈性(tnxng)敏感元件的結構與力學特性敏感元件的結構與力學特性F被測作用力，被測作用力，E材料的彈性模量，材料的彈性模量，A橫截面積，橫截面積，材料的

7、泊松系數(shù)，材料的泊松系數(shù)，材料的密度，材料的密度，l柱式彈性元件的長度柱式彈性元件的長度 柱式彈性敏感元件主要用柱式彈性敏感元件主要用于電阻于電阻(dinz)應變式拉（壓）應變式拉（壓）力等傳感器。力等傳感器。第17頁/共28頁第十七頁，共29頁。在梁的根部（x=0），應變最大，在x=l處應變?yōu)榱?；梁的上下表面應變性質(xngzh)相反。彈性彈性(tnxng)敏感元件的結構與力學特性敏感元件的結構與力學特性2）梁式彈性(tnxng)敏感元件 (a) 等截面梁等截面梁 第18頁/共28頁第十八頁，共29頁。彈性彈性(tnxng)敏感元件的結構與力學特性敏感元件的結構與力學特性2）梁式彈性(tnx

8、ng)敏感元件 梁的截面成等腰三角形，集中力F作用在三角形頂點。梁內各橫截面產生(chnshng)的應力是相等的，表面上任意位置的應變也相等 。 用梁式彈性元件制作的力用梁式彈性元件制作的力傳感器適于測量傳感器適于測量5,000N以下的以下的載荷，最小可測約載荷，最小可測約0.01N的力。的力。這種傳感器結構簡單，加工容這種傳感器結構簡單，加工容易，靈敏度高，常用于小壓力易，靈敏度高，常用于小壓力測量中。測量中。 (b) 等強度梁等強度梁 第19頁/共28頁第十九頁，共29頁。結構簡單(jindn)，靈敏度高，多用于較小力的測量。以應變或自由端的位移作為輸出量。 實際應用中常采用特殊形狀的梁式

9、彈性元件，如雙孔梁、實際應用中常采用特殊形狀的梁式彈性元件，如雙孔梁、S形元件等，克服了力的作用點移動或受側向力作用的影響，形元件等，克服了力的作用點移動或受側向力作用的影響，有效改善了梁的特性，多用于高精度測量有效改善了梁的特性，多用于高精度測量(cling)，如工業(yè)，如工業(yè)電子稱等。電子稱等。彈性彈性(tnxng)敏感元件的結構與力學特性敏感元件的結構與力學特性第20頁/共28頁第二十頁，共29頁。3）環(huán)式彈性(tnxng)敏感元件 圓環(huán)受力后較容易圓環(huán)受力后較容易(rngy)變形，因此多用于測量變形，因此多用于測量較小的力。為了提高圓環(huán)的剛度和抗過載能力，改善非較小的力。為了提高圓環(huán)的剛

10、度和抗過載能力，改善非線性，實際應用中常采用變截面圓環(huán)。線性，實際應用中常采用變截面圓環(huán)。彈性彈性(tnxng)敏感元件的結構與力學特性敏感元件的結構與力學特性第21頁/共28頁第二十一頁，共29頁。4）扭轉(nizhun)軸測量扭矩 扭轉扭轉(nizhun)軸專門用于扭軸專門用于扭距測量距測量彈性敏感元件的結構與力學彈性敏感元件的結構與力學(l xu)特性特性5）膜片壓力測量 當模片受到壓力時，將彎向當模片受到壓力時，將彎向壓力低的一面，從而將壓力壓力低的一面，從而將壓力變換為薄板的位移或應變。變換為薄板的位移或應變。第22頁/共28頁第二十二頁，共29頁。6）薄壁圓筒壁厚和筒徑之比1/20

11、結構(jigu)簡單，剛度好，多用于較大壓力測量。彈性敏感元件的結構彈性敏感元件的結構(jigu)與力學特性與力學特性第23頁/共28頁第二十三頁，共29頁。7）彈簧(tnhung)管和波紋管 自由端的位移與管內(un ni)壓力成線性關系。將管內壓力或軸向力轉換(zhunhun)為波紋管的形變（拉伸或壓縮）。彈性敏感元件的結構與力學特性彈性敏感元件的結構與力學特性第24頁/共28頁第二十四頁，共29頁。彈簧彈簧(tnhung)管壓力表的結構和原理圖管壓力表的結構和原理圖 1彈簧管；彈簧管；2拉桿；拉桿；3扇形齒輪；扇形齒輪；4中心小齒輪；中心小齒輪；5指針；指針；6面面板板(min bn)；7游絲；游絲；8調整螺釘；調整螺釘；9接頭接頭第25頁/共28頁第二十五頁，共29頁。彈性敏感元件的結構與力學彈性敏感元件的結構與力學(l xu)特性特性應變應變(yngbin)片片第26頁/共28頁第二十六頁，共29頁。第27頁/共28頁第二十七頁，共29頁。Xian Jiaotong University謝謝您的觀看(gunkn)！第28頁/共28頁第二十八頁，共29頁。NoImage內容(nirng)總結傳感器的定義與組成。變換器（在輔助電源作用下）將中間變