傳感器與檢測技術(shù)第二知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、傳感器知識(shí)點(diǎn)、電阻式傳感器1）電阻式傳感器的 原理：將被測量轉(zhuǎn)化為傳感器 電阻值的變化，并加上測量電路。2）主要的種類：電位器式、應(yīng)變式、熱電阻、熱敏電阻應(yīng)變電阻式傳感器1）應(yīng)變：在外部作用力下發(fā)生形變的現(xiàn)象。2）應(yīng)變電阻式傳感器：利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電阻值的變化a. 組成：彈性元件+電阻應(yīng)變片b. 主要測量對(duì)象：力、力矩、壓力、加速度、重量。c. 原理：作用力使彈性元件形變發(fā)生應(yīng)變或位移應(yīng)變敏感元件電阻值變化通過測 量電路變成電壓等點(diǎn)的輸出。3）電阻值：R 丄（電阻率、長度、截面積）。A4）應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系：E （被測試件的應(yīng)力=被測試件的材料彈性模量 *軸向應(yīng)變）5）應(yīng)力與力和受力面

2、積的關(guān)系:（應(yīng)力）F （力）A （面積）6）應(yīng)變片的種類:種類金屬電阻應(yīng)變片（應(yīng)變?yōu)橹鳎┌雽?dǎo)體電阻應(yīng)變片（壓阻為主）靈敏度優(yōu)點(diǎn)散熱好允許通過較大電流電阻應(yīng)變的溫度補(bǔ)償：電橋補(bǔ)償應(yīng)注意的問題：a. R3=R4 ；b. R1與R2應(yīng)有相同的溫度系數(shù)、線膨脹系數(shù)、應(yīng)變靈敏度、初值;c. 補(bǔ)償片的材料一樣，個(gè)參數(shù)相同；d. 工作環(huán)境一樣；測量電路：直流電橋、交流電橋直流電橋交流電橋平衡條件R1R4=R2R3輸出電壓典型應(yīng)用種類被測量電阻式力傳感器何重或力電阻式壓力傳感器流動(dòng)介質(zhì)液體重量傳感器容器內(nèi)液體的重量加速度傳感器加速度差壓傳感器氣動(dòng)測量、電感式傳感器1）電感式傳感器的 原理：將輸入物理量的變化轉(zhuǎn)

3、化為線圈自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化。2）種類：變磁阻式、變壓器式、電渦流式。3）主要測量物理量：位移、振動(dòng)、壓力、流量、比重。 變磁阻電感式傳感器1)2)原理：銜鐵移動(dòng)導(dǎo)致氣隙變化導(dǎo)致電感量變化，從而得知位移量的大小方向。2No（磁導(dǎo)率）Ao（截面積）- =2 （氣隙厚度）3）種類：變氣隙厚度、變氣隙面積4）變磁阻電感式傳感器的靈敏度取決于工作使得當(dāng)前厚度。5）測量電路：交流電橋、變壓器式交變電橋、諧振式測量電橋。P566）應(yīng)用：變氣隙厚度電感式壓力傳感器（位移導(dǎo)致氣隙變化導(dǎo)致自感系數(shù)變化導(dǎo)致電 流變化）差動(dòng)變壓器電感式傳感器1）原理：把非電量的變化轉(zhuǎn)化為互感量的變化。2）種類：變隙式、變面

4、積式、螺線管式。3）測量電路：差動(dòng)整流電路、相敏撿波電路。 電渦流電感式傳感器1）電渦流效應(yīng)：塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，磁通變化，產(chǎn)生電動(dòng)勢，電動(dòng)勢將在導(dǎo)體表面形成閉合的電流回路。Z F（ ,，r，f,x）等效阻抗（電阻率、磁導(dǎo)率、尺寸 、勵(lì)磁電流的頻率、距 離）2）趨膚效應(yīng)：電渦流只集中在導(dǎo)體表面的現(xiàn)象。3）原理：產(chǎn)生的感應(yīng)電流產(chǎn)生新的交變磁場來反抗原磁場，式傳感器的等效阻抗變化。4）測量電路：調(diào)頻式測量電路、調(diào)幅式測量電路。5）測量對(duì)象：位移、厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、材料損傷、振幅、轉(zhuǎn)速。6）應(yīng)用：種類位移測量振幅測量轉(zhuǎn)速測量無損探傷原理距離的變化英氣

5、阻抗的變化測量幾十微米到級(jí)毫米的距離變化距離變化電渦流 大小變化，形成 周期的脈沖距離不變遇到傷 痕電導(dǎo)率、磁導(dǎo) 率變化三、電容式傳感器1）原理：將非電量的變化轉(zhuǎn)化為電容量的變化。2）特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、分辨率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、溫度穩(wěn)定性好、電容量小、負(fù)載能力差、易受外界環(huán)境的影響。3）測量對(duì)象：位移、振動(dòng)、角度、加速度、壓力，差壓，液面、成分含量。 結(jié)構(gòu)分類：平板和圓筒電容式傳感器1)2)公式：C0 rAd平板式電容器可分為三類:變極板覆蓋面積的 變面積型，變介質(zhì)介電常數(shù)的 變介質(zhì)型、變極板間距離的 變極距型3）測量電路：調(diào)頻電路、運(yùn)算放大器、變壓器是交流電橋、二極管雙T型交流電路、脈沖寬

6、度調(diào)制電路。4）典型應(yīng)用種類/傳感器壓力位移加速度厚度原理作用力膜片位移振動(dòng)導(dǎo)致位移， 極板距變化，電 容量變化。運(yùn)動(dòng)時(shí)，定極板 與動(dòng)極板的距離C at2 變化一一Cdo帶材厚度的變化 導(dǎo)致上下極板的 距離變化導(dǎo)致電 容量的變化， 并聯(lián) C=C1+C2四、壓電式傳感器（有源）1）正壓電效應(yīng)：對(duì)某些電介質(zhì)沿一定方向加外力使之形變，其內(nèi)部產(chǎn)生極化而在表面產(chǎn)生電荷聚集的現(xiàn)象。機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能2）逆壓電效應(yīng)：在片狀壓電材料的兩段加交電，壓電片發(fā)生機(jī)械振動(dòng)。說明壓電效應(yīng)可逆。3）特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、工作頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、工作可靠、 測量范圍廣。4）測量物理量：加速度、位移、壓力、溫

7、度。5）壓電材料：石英晶體、壓電陶瓷、壓電高分子材料。6）壓電陶瓷具有壓電效應(yīng)，需要有 外界電場和壓力 的共同作用。7）壓電高分子材料屬于有機(jī)分子半結(jié)晶和結(jié)晶聚合物。8）壓電式傳感器可以輸出電壓信號(hào)和電荷信號(hào)，因此前置放大器有兩種：電荷 /電壓 放大器。9）壓電參數(shù)：壓電系數(shù)，彈性系數(shù)，介電系數(shù)，機(jī)電耦合系數(shù)，電阻，居里點(diǎn)10）壓電元件的連接串聯(lián)并聯(lián)電壓相加相等電荷相等相加電容減小相加11）應(yīng)用：壓電式加速度傳感器，壓電式交通檢測。五、磁敏式傳感器1）原理：對(duì)磁場參數(shù)（磁感應(yīng)強(qiáng)度b磁通血）敏感、通過磁電作用將非電量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。2）磁通作用分類：電磁感應(yīng)、霍爾效應(yīng)3）磁敏式傳感器分類：電感應(yīng)式

8、傳感器、霍爾式傳感器。電感應(yīng)式傳感器（有源）1）原理：利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而在導(dǎo)體兩端輸出感應(yīng)電動(dòng)勢。2）特點(diǎn)：電路簡單、性能穩(wěn)定、輸出阻抗小、具有一定的響應(yīng)頻率（101k）3）測量物理量：轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、位移、扭矩4）公式：ENBLv 和 ENBS式中B、L、S、N為確定量。5）電感應(yīng)式傳感器種類：恒磁通式.動(dòng)圈式、變磁通式.變磁阻式J動(dòng)鐵式1變氣隙式（典型應(yīng)用轉(zhuǎn)速計(jì)）測量齒輪的凸凹導(dǎo)致氣隙大小發(fā)生變化導(dǎo)致磁阻的變化，每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒磁阻變化一次， 變化頻率=被測轉(zhuǎn)速*齒數(shù)。（不宜測高速） 齒凸相對(duì)氣隙最小，磁通最大。6）磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用振動(dòng)速度扭矩電磁流量計(jì)種類恒磁通變磁通哼磁通原理磁

9、路氣隙中的線圈切 割磁感線產(chǎn)生正比于 振動(dòng)速度的感應(yīng)電動(dòng) 勢測量一定導(dǎo)電率的流 體物質(zhì)的流量（不能 測量有機(jī)溶劑，有大 氣泡的液體，石油）霍爾傳感器1）霍爾效應(yīng)：載流導(dǎo)體垂直處于電流磁場中在其兩端產(chǎn)生電位差2）測量物理量：微位移、轉(zhuǎn)速、加速度、振動(dòng)、壓力、流量、液位a|3）ab激勵(lì)電流，cd霍爾電極。c4）霍爾元件的基本特性：線性特性（模擬量）、開關(guān)特性（開關(guān)量）。5）霍爾元件的誤差：零位誤差 _ 不等位電動(dòng)勢：加電阻（對(duì)稱、不對(duì)稱）L寄生直流電動(dòng)勢：盡量歐姆接觸溫度誤差6） 霍爾傳感器的應(yīng)用:微位移的測量轉(zhuǎn)速的測量壓力的測量原理Z方向移動(dòng)B！ =0,霍爾電勢變化每個(gè)永磁體通過探頭 時(shí)，產(chǎn)生相

10、應(yīng)的脈沖7） 可用作無損探傷六、熱電式傳感器1）熱電偶是將溫度變化轉(zhuǎn)化為電動(dòng)勢的變化；熱電阻和熱敏電阻是將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化。熱電偶（有源）1）1001300攝氏度，不同導(dǎo)體的自由電子的擴(kuò)散速度不同。2）熱電勢來源于：一、接觸電動(dòng)勢；二、單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢熱電勢的表達(dá)：EAB（t,t。）3）接觸電動(dòng)勢的表達(dá)：EAB（t）溫差電動(dòng)勢的表達(dá)：EA（t,t0）4）熱電偶的基本定律：定律中間導(dǎo)體定律中間溫度定律均質(zhì)導(dǎo)體定律標(biāo)準(zhǔn)電極定律描述在熱電偶測溫回 路內(nèi)接入第三導(dǎo) 體，只要其兩端溫 度相同，總電勢不Eabc（T,T0） 變。EAB （T,T 0）如果熱電偶的兩 個(gè)熱點(diǎn)極材料相 同，那么無

11、論溫度 是否相同，電勢為05）熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償:方法補(bǔ)償導(dǎo)線法冷端恒溫法冷端溫度校正法自動(dòng)補(bǔ)償法描述中間溫度定律， 補(bǔ)償導(dǎo)線熱電性電熱恒溫器和冷 點(diǎn)槽電橋補(bǔ)償質(zhì)一致6）測量電路：測量兩點(diǎn)溫差：應(yīng)確保冷端溫度相同。ET EAB（tl,t。） EAB（t2,t。）（反極性串聯(lián)）測量多點(diǎn)：同極性串聯(lián)（一個(gè)斷開就會(huì)停止）或并聯(lián)（一個(gè)燒壞很難看出，不會(huì)停止）熱電阻1）Ro =10 和Ro =100零溫度下的電阻值：Ptio和Ptioo2）熱電阻的測量電路：兩線制、三線制、四線制兩線制三線制四線制在熱電阻兩端各一根導(dǎo)線一根電源，另外兩根分別與電 橋的相鄰兩臂串聯(lián)分別接在電流回路，電壓回路熱敏電阻1）利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化。2）不要使用大電流。3）應(yīng)用：溫度控制，管道流量測量。七、光電式傳感器1）原理：利用光電器將光電號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。2）測量物理量：溫度、壓力、位移、速度、加速度3）種類：a. 光電效應(yīng)傳感器光照射到物體表面上使物體發(fā)射電子或電導(dǎo)率發(fā)生變化或產(chǎn)生電動(dòng)勢。b. 紅外熱釋電探測器對(duì)光譜中長波敏感的器件c. 固體圖像傳感器4）外光電效應(yīng)：電子溢出物體表面的現(xiàn)象。光電管、光電倍增管5）內(nèi)光電效應(yīng)：光電子