安全檢測常用傳感器

1、平安檢測常用傳感器第3章平安檢測常用傳感器第三章平安檢測常用 傳感器1.傳 感,器 的 分 類溫度傳感器1物理量傳感器壓力傳感器'按輸入量被測對象分類 化學(xué)量傳感器 位移傳感器生物量傳感器從傳感器的轉(zhuǎn)換原理來說：結(jié)構(gòu)型、 物性型按轉(zhuǎn)換元件的能量轉(zhuǎn)換方式：有源型能量轉(zhuǎn)換 型和無源型能量限制型或參數(shù)型按輸出信號的形式傳感器可分為：開關(guān)式、模擬 式和數(shù)字式按輸入、輸出特性傳感器可分為：線性和非線 性2.結(jié)構(gòu)型傳感器：電阻式傳感器、電容式傳感 器、電感式傳感器、磁電式傳感器2.1 電阻應(yīng)變式傳感器：利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變 化,從而實現(xiàn)電測非 電量的傳感器(原理 基于電阻應(yīng)變效應(yīng))2

2、.1.1 電阻應(yīng)變效應(yīng)：電阻材料的電阻值隨機(jī)械變化的物理現(xiàn)象2.1.2 壓阻效應(yīng)：電阻材料受到載荷作用產(chǎn)生應(yīng)力時、其電阻率發(fā) 生變化的物理現(xiàn)象2.1.3 金屬材料的電阻率相對變化正比于體積的相對變化2.1.4 金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)：金屬材料的電阻相對變化與其線 應(yīng)變£成正比2.1.5 應(yīng)變靈敏度系數(shù)：Ks=(1+2)+ E2.1.6 應(yīng)變片測量應(yīng)變的根本原理：外力作用而引起的軸向應(yīng)變, 將導(dǎo)致電阻絲的電阻成 比例地變化,通過轉(zhuǎn)換 電路可將這種電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號輸出2.1.7 電阻應(yīng)變計：把應(yīng)變絲制成柵狀的應(yīng)變敏感元件2.1.8 電阻應(yīng)變片簡稱應(yīng)變片由敏感柵、基底、覆蓋層、引線和粘

3、合劑構(gòu)成2.1.9 按加工方法,可以將應(yīng)變片分為以下四 種:絲 式 應(yīng) 變 片、 箔 式 應(yīng) 變 片導(dǎo) 體 應(yīng) 變 片、薄 膜 應(yīng) 變 片按敏感柵的材料,可將應(yīng)變計分為金屬應(yīng)變計和半導(dǎo)體應(yīng)變計兩大類2.1.10 電阻應(yīng)變片靜態(tài)特性：靈敏度系數(shù)、機(jī)械滯后、蠕變、應(yīng)變極限'2.1.10.1橫向效應(yīng)：將直的金屬絲繞成敏感柵后,雖然長度相同,但應(yīng)變狀態(tài)不同,應(yīng)變片敏感柵的電阻變 化較直的金屬絲小,其 靈敏系數(shù)降低了的現(xiàn)象2.1.10.2 應(yīng)變計的零漂：粘貼在試件 上的應(yīng)變計, 在溫度保持 恒定、不承受 機(jī)械應(yīng)變時, 其電阻值隨 時間而變化 的特性2.1.10.3 應(yīng)變計的蠕變：如果在一定 溫度

4、下,使其 承受恒定的 機(jī)械應(yīng)變,應(yīng) 變計電阻值 隨時間而變 化的特性2.1.10.4 應(yīng)變極限：在恒溫條件下,使非線性誤 差到達(dá)10%寸的真實應(yīng)變 值2.1.11 應(yīng)變片絕緣電阻是指已粘貼的應(yīng)變片的引線與被測試件 之間的電阻值.通常要 求為50 100MD以2. 1. 12最大工作電流：不影響應(yīng)變片工作特性的最大 電流2. 1. 12. 1工作電流大,輸出信號就大,靈敏度也就 高2. 1.13應(yīng)變片的溫度效應(yīng)也稱溫度誤 差：由溫度 變化引起應(yīng) 變計輸出變 化的現(xiàn)象2. 1. 13. 1電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償：應(yīng) 變片自補(bǔ)償、 法橋路補(bǔ)償 法、熱敏電阻 補(bǔ)償法2. 1. 14電橋平衡條件.根據(jù)此條

5、件可分為以下三種情況：1對 輸出端對稱2對電 源端對稱3全等臂 電橋結(jié)構(gòu)倍,是雙臂差 動電橋的2 倍2.2電容式傳感器：將被測非電量轉(zhuǎn)換為電容變化的裝置2. 2.1電容式傳感器可以有三種根本類型,即變極距或稱變間隙型、變面積型和變介電常數(shù)型.它們的電極形狀有平板形、 球平面形三種.柱形和2. 2. L 1為了提升靈敏度,減小非線性誤差, 往往采用差動式結(jié)構(gòu).2. 2. 2溫度影響：溫度對結(jié)構(gòu)尺寸的影響、 溫度對介質(zhì)的影響2. 2. 3調(diào)頻測量電路：是把電容式傳感器作 為振蕩器諧振回路的一局部,當(dāng)輸入量導(dǎo)致電 容量發(fā)生變化時,振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變 化2.3電感式傳感器：自感式傳感器、互感傳感

6、 器、電渦流式傳感器2.3.1 自感式傳感器 工作原理與輸出特性：線圈電感L與氣隙面積 S是成正比的,而變氣 隙長度傳感器中電感 L 和氣隙長度成反比2.3.2 互感傳感器：把被測的非電量轉(zhuǎn)變?yōu)榫€圈間互感系數(shù)變化的 傳感器根據(jù)變壓器的 根本原理制成2.3.2.1 差動變壓器為了既能區(qū)分銜鐵 移動方向和大小,又能 消除零點剩余電壓,實 際測量時,常常采用差 動相敏檢波電路和差動 整流電路.2.3.3 電渦流式傳感器：金屬導(dǎo)體置于變化著的磁場中,導(dǎo)體內(nèi)就 會產(chǎn)生感應(yīng)電流電渦 流密度主要分布在外表 附近2.3.3.1 渦流傳感器主要用于位移、振動、轉(zhuǎn)速、距離、厚度等 物理參數(shù)的測量,渦 流探傷.測量

7、范圍大、 靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、 抗干擾水平強(qiáng),而且 可以實現(xiàn)非接觸測量3.物性型傳感器：壓阻式傳感器、壓電式傳 感器、光電式傳感器、 霍爾傳感器3.1.1 壓阻式傳感器有兩種類型,一種是利用 半導(dǎo)體材料的體電阻做成粘貼式的應(yīng)變片結(jié)構(gòu)型,這另一種是在半導(dǎo)體的基片上 用集成電路工藝制成擴(kuò)散型壓敏電阻,用 它作為傳感元件制成的傳感器,稱固態(tài)壓 阻式傳感器,也叫擴(kuò)散型壓阻式傳感器物 性型3.1.1.1 晶向的表示方法有兩種,一種是截距法,另一種是法線法3.1.2 壓阻式傳感器的根本類型：壓阻式壓力 傳感器、壓阻式加速度傳感器3.1.3 由于半導(dǎo)體材料對溫度比擬敏感,壓阻 式傳感器的電阻值及靈敏度系數(shù)隨

8、溫度 變化而改變,將引起零點溫度漂移和靈 敏度漂移,3.1.4 溫度補(bǔ)償方法：零點溫度補(bǔ)償、靈敏度 溫度補(bǔ)償3.1.5 正壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì),當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ?它變形時,內(nèi)部就產(chǎn)生 極化現(xiàn)象,同時在它的 兩個外表上產(chǎn)生符號相 反的電荷,當(dāng)外力去掉 后,又重新恢復(fù)不帶電 狀態(tài)的現(xiàn)象3.1.6 逆向壓電效應(yīng)：是指當(dāng)某晶體沿一定方向受到電場作用時, 相應(yīng)地在一定的晶軸方 向?qū)a(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī) 械應(yīng)力,又稱電致伸縮 效應(yīng)3.1.7 沿電軸方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電 效應(yīng)稱為“縱向壓電效 應(yīng)3.1.8 把沿機(jī)械軸方向的力作用下產(chǎn)生電荷的 壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)3.1.9 常見壓電材料：

9、壓電晶體、多晶壓電陶 瓷、新型壓電材料3.1.10 作為壓電材料的條件：轉(zhuǎn)換性能高、 機(jī)械性能高、 電性能具有高 的電阻率和大 的、溫度和濕度 穩(wěn)定性要好、時 間穩(wěn)定性3.1.11 壓電式傳感器的測量電路電壓放大器：其輸出電壓與輸入電壓壓電元件的輸出電壓成正比.電荷放大器：其輸出電壓與輸入電荷 成正比.3.1.12 電壓放大器的作用是將壓電式傳感器的高輸出阻抗經(jīng)放大器變換為低阻抗 輸出,并將微弱的電壓信號進(jìn)行適當(dāng)放 大.因此也把這種測量電路稱為阻抗變 換器.3.1.13 3影響壓電式傳感器性能的主要因素：橫向靈敏度壓電加速度傳感器的橫«向靈敏度是指當(dāng)加速度<傳感器感受到與其主軸

10、向軸向靈敏度方向垂 直的單位加速度振動時 的靈敏度,一般用它與 主軸向靈敏度的百分比 來表示環(huán)境溫度和濕度的影響安裝差異及基座應(yīng)變噪聲3.2光電式傳感器：將光信號的變化轉(zhuǎn)換為 電信號的一種傳感器件, 其工作的物理根底是光電 效應(yīng)3.2.1 光電效應(yīng)：由于吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量而產(chǎn)生的 電效應(yīng)；外光電效應(yīng)：在光的照射下,使電子: 逸出物體外表而產(chǎn)生光電子發(fā)射的現(xiàn)象內(nèi)光電效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)：在光線 作用 下,物 體的導(dǎo) 電性能 發(fā)生變 化,引 起電阻 率或電 導(dǎo)改變 的現(xiàn)象光生伏特效應(yīng)阻擋層光電效應(yīng)在 光 線 作 用 下物 體產(chǎn) 生定 方 向 的 電 動 勢 的 現(xiàn)把PN結(jié)的兩端通過

11、外導(dǎo)線短接形 成 流 過 外 電 路 的 電 流也 稱 為 光 電 池 的短 路 輸 出 電 流3.2.2 光電器件的特性：光照特性?伏安特性：是指光照一定時,這些光【電元 件 的端 電 壓U與 電流 I之 間 的 關(guān) 系光譜特性頻率特性溫度特性光電流：光敏元件兩端加上一定偏置電壓,在某種光源的特 定照度下產(chǎn)生或增加的 電流暗電流：光敏元件在無光照射下, 兩端加電壓后產(chǎn)生的電 流3.2.3光電傳感器按其接收狀態(tài)可分為模擬光電傳感器開關(guān)式光電傳感器：利用光電元件 受光照或無 光照時“有/ 無電信號輸 出的特性,將 被測量轉(zhuǎn)換 成斷續(xù)變化 的開關(guān)信號3.2.4其他光電檢測器：電荷耦合器件(CCD)

12、是典型 的固體圖象 傳感器一一 應(yīng)用：圖像傳 輸、尺寸自 動檢測、缺 陷檢測3.3霍爾效應(yīng)：在通有電流的金屬板上加 一勻強(qiáng)磁場,當(dāng)電流方向與 磁場方向垂直時,在與電流 和磁場都垂直的金屬板的 兩外表間出現(xiàn)電勢差的現(xiàn)3.3.1 產(chǎn)生霍爾效應(yīng)原因是根據(jù)電磁感應(yīng) 定律,電子在磁場 中以速度v運動 時,受到洛倫茲力 fL； fL與電子的電 荷量e、運動速度 v及磁場強(qiáng)度B成 正比；fL=evB; 隨著感應(yīng)電動勢 日的增加,fE不 斷增加,最終 f L 與fE半到達(dá)某一 平衡值,即：fL +fE =03.3.2 霍爾元件材料：錯(Ge), N型及P 型均可、硅(Si) . N 型及P型均可、碑 化錮(I

13、nAs)和錦 化錮(InSb)3.3.3 霍爾元件材料為什么必須用薄片由于 E=IB/end3.3.4 霍爾元件的主要技術(shù)指標(biāo)：最大磁感 應(yīng)強(qiáng)度&額 定鼓勵電流 I H、輸入電阻 R、輸出電阻 RL、不等位電 勢E、寄生直 流電勢V熱 阻R3.3.5 霍爾集成電路可分為線性型和開關(guān) 型兩大類：線性型集成電路是將霍 爾元件和恒流源、線性差動放大器 等做在一個芯片上,輸出電壓為伏 級,比直接使用霍爾元件方便得多； 開關(guān)型霍爾集成電路是將霍爾元 件、穩(wěn)壓電路、放大器、施密特觸 發(fā)器、OC門集電極開路輸出門 等電路做在同一個芯片上3.5.6 霍爾傳感器優(yōu)點：磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡 單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽 命長等優(yōu)點3.5.7 霍爾傳感器的應(yīng)用：可測量壓力、質(zhì) 量、液位、流速、 流量3.6 傳感器的選用原那么：靈敏度：傳感器的響應(yīng)特性是指,在所測頻率范圍內(nèi),保持不失真的測量條件響應(yīng)特性：在線性范圍內(nèi),傳感器的輸