第三章常用傳感器與敏感元件

1、DATE: 2022-3-20PAGE: 1 第二章第二章 測試裝置的基本特性測試裝置的基本特性 小結(jié)小結(jié)4基本特性：基本特性： 靜態(tài)特性、動態(tài)特性、負載特性、抗干擾特性；靜態(tài)特性、動態(tài)特性、負載特性、抗干擾特性；4特性是統(tǒng)一的，各種特性之間是相互關(guān)聯(lián)的；特性是統(tǒng)一的，各種特性之間是相互關(guān)聯(lián)的；4要求掌握：要求掌握： 1）基本特性的評價方法；）基本特性的評價方法； 2）不失真測試的條件；）不失真測試的條件； 3）一階、二階系統(tǒng)動態(tài)特性及其測定方法。）一階、二階系統(tǒng)動態(tài)特性及其測定方法。DATE: 2022-3-20PAGE: 2 第三章第三章 常用的傳感器與敏感元件常用的傳感器與敏感元件 傳感

2、器定義傳感器定義 3-1 3-1 傳感器的分類傳感器的分類 3-2 3-2 機械式傳感器機械式傳感器 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器 金屬電阻應(yīng)變片金屬電阻應(yīng)變片 半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片 3-3 3-3 電電容容式傳感器式傳感器 本次課內(nèi)容本次課內(nèi)容DATE: 2022-3-20PAGE: 3 第三章第三章 常用的傳感器與敏感元件常用的傳感器與敏感元件4 第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的分類傳感器的分類4 第二節(jié)第二節(jié) 機械式傳感器及儀器機械式傳感器及儀器4 第三節(jié)第三節(jié) 電阻、電容與電感式傳感器電阻、電容與電感式傳感器4 第四節(jié)第四節(jié) 磁電、壓電與熱電式傳感器磁電、壓電與熱電式傳感器4 第

3、五節(jié)第五節(jié) 光電傳感器光電傳感器4 第六節(jié)第六節(jié) 光纖傳感器光纖傳感器4 第七節(jié)第七節(jié) 半導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體傳感器4 第八節(jié)第八節(jié) 紅外測試系統(tǒng)紅外測試系統(tǒng)4 第九節(jié)第九節(jié) 激光測試系統(tǒng)激光測試系統(tǒng)4 第十節(jié)第十節(jié) 傳感器的選用原則傳感器的選用原則DATE: 2022-3-20PAGE: 4 第三章第三章 常用的傳感器與敏感元件常用的傳感器與敏感元件 傳感器定義傳感器定義 傳感器是借助敏感元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)傳感器是借助敏感元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。換成另一種信息的裝置。 物理量物理量電量電量 目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號大多為電信號。目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號大多為電信號。因而從

4、狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電量因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電量轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。感受感受+轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換DATE: 2022-3-20PAGE: 5 第三章第三章 常用的傳感器與敏感元件常用的傳感器與敏感元件 傳感器的構(gòu)成傳感器的構(gòu)成 傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用是感受被測物理量，并對信號進行轉(zhuǎn)換輸出。的作用是感受被測物理量，并對信號進行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號進行放大、輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號進行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。 dV輔助器

5、件輔助器件敏感器件敏感器件DATE: 2022-3-20PAGE: 6 第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的分類傳感器的分類 4按被測物理量分類：按被測物理量分類：n 位移傳感器；位移傳感器；n 力傳感器；力傳感器；n 溫度傳感器。溫度傳感器。4按工作原理分類：按工作原理分類：n 機械式；機械式；n 電氣式；電氣式；n 光電式；光電式；n 流體式。流體式。4按輸出信號分類：按輸出信號分類：n 模擬式；模擬式；n 數(shù)字式。數(shù)字式。DATE: 2022-3-20PAGE: 7 第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的分類傳感器的分類 4按信號變換特征分類：按信號變換特征分類：物性型物性型: :依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來

6、實現(xiàn)信依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信 號變換。如號變換。如: :水銀溫度計，壓電測力計。水銀溫度計，壓電測力計。結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型: :依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變。依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變。 如如: :電容式和電感式傳感器。電容式和電感式傳感器。DATE: 2022-3-20PAGE: 8 第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的分類傳感器的分類 4按敏感元件與被測對象間能量關(guān)系：按敏感元件與被測對象間能量關(guān)系：能量轉(zhuǎn)換型能量轉(zhuǎn)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，壓電式加速度計。熱電偶溫度計，壓電式加速度計。能量控制

7、型能量控制型: :從外部供給能量并由被測量控制外部從外部供給能量并由被測量控制外部 供給能量的變化。例如供給能量的變化。例如: :電阻應(yīng)變片。電阻應(yīng)變片。轉(zhuǎn)換型為無源傳感器，控制型為有源傳感器。轉(zhuǎn)換型為無源傳感器，控制型為有源傳感器。DATE: 2022-3-20PAGE: 9 第二節(jié)第二節(jié) 機械式傳感器及儀器機械式傳感器及儀器4 u以彈性體作為傳感器的敏感元件，又稱為彈性敏感元件；以彈性體作為傳感器的敏感元件，又稱為彈性敏感元件；u輸入量：力、壓力、溫度等；輸入量：力、壓力、溫度等；u輸出：彈性元件本身的變形輸出：彈性元件本身的變形 轉(zhuǎn)變?yōu)閮x表指針的偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)變?yōu)閮x表指針的偏轉(zhuǎn)。u例如：測力計

8、、彈簧秤；波紋膜片；雙金屬片例如：測力計、彈簧秤；波紋膜片；雙金屬片u特點：結(jié)構(gòu)簡單、可靠、使用方便、價格低廉、讀數(shù)直觀。特點：結(jié)構(gòu)簡單、可靠、使用方便、價格低廉、讀數(shù)直觀。u缺點：放大和指示環(huán)節(jié)存在間隙，慣性大，固有頻率低。缺點：放大和指示環(huán)節(jié)存在間隙，慣性大，固有頻率低。將被測機械量轉(zhuǎn)化為彈性變形輸出的傳感器將被測機械量轉(zhuǎn)化為彈性變形輸出的傳感器彈性敏感元件輸入 輸出 力、壓力、溫度力、壓力、溫度彈性變形（應(yīng)變）彈性變形（應(yīng)變） DATE: 2022-3-20PAGE: 10 第二節(jié)第二節(jié) 機械式傳感器及儀器機械式傳感器及儀器4 DATE: 2022-3-20PAGE: 11 第二節(jié)第二節(jié)

9、 機械式傳感器及儀器機械式傳感器及儀器探測物體有無、位置、尺寸、運動狀態(tài)等探測物體有無、位置、尺寸、運動狀態(tài)等DATE: 2022-3-20PAGE: 12 第二節(jié)第二節(jié) 機械式傳感器及儀器機械式傳感器及儀器 因此，在非電量電測傳感器中，常將被測量轉(zhuǎn)化為彈性變形，然后再將位移轉(zhuǎn)化為電量輸出。注意： 彈性元件有蠕變、彈性滯后效應(yīng)，影響輸入、輸出的線性關(guān)系！ 從結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇、工藝方法等方面加以克服。例如：動態(tài)測力環(huán)FDATE: 2022-3-20PAGE: 13 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器 將被測量變化轉(zhuǎn)化為電阻變化將被測量變化轉(zhuǎn)化為電阻變化分類：分類：變阻器式變阻器式大電阻式

10、大電阻式 ，測量線位移、角位移，測量線位移、角位移 電阻應(yīng)變式電阻應(yīng)變式應(yīng)變、力、位移、加速度、扭矩應(yīng)變、力、位移、加速度、扭矩一、變阻器式傳感器（電位計式）一、變阻器式傳感器（電位計式） ALR電阻率，L電阻絲長度，A電阻絲截面積 電阻絲直徑和材質(zhì)一定時，電阻值隨導(dǎo)線的長度而變化。 通過改變電位器觸頭位置，實現(xiàn)將位移轉(zhuǎn)化為電阻的變化。 DATE: 2022-3-20PAGE: 14 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器f(x)=kf(x)=kx x3 3拋物線骨架拋物線骨架f(x)=kf(x)=kx x2 2直角三角形骨架直角三角形骨架DATE: 2022-3-20PAGE: 15 3-

11、3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器CAeRkx單位長度的電阻（常數(shù)） 輸入量：觸點C移動量位移C點與A點之間電阻輸出量 傳感器靈敏度 ekxRdxdRS圖a:圖b:dRSkd2R kx圖c:DATE: 2022-3-20PAGE: 16 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器 u0 直流激勵電壓uy傳感器輸出電壓xp變阻器總長度Rp變阻器總電阻RL測量電路輸入電阻變阻器式傳感器的后接電路，一般采用如下電阻分壓電路：變阻器式傳感器的后接電路，一般采用如下電阻分壓電路： DATE: 2022-3-20PAGE: 17 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器 在u0作用下，傳感器輸入量x與輸出

12、量 uy之間的關(guān)系： 當(dāng)：RL時，則： 優(yōu)缺點：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，使用方便；缺點：分辨率低（很難低于20m），電噪聲大（uyx曲線為階梯形狀）；應(yīng)用于：線位移、角位移測量，測量儀中電子電位差計等。DATE: 2022-3-20PAGE: 18 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器4 主要產(chǎn)品主要產(chǎn)品超精密度導(dǎo)電塑料基片以及鉑金電刷組裝而成的直線位超精密度導(dǎo)電塑料基片以及鉑金電刷組裝而成的直線位移傳感器（俗稱電子尺，電阻尺），量程移傳感器（俗稱電子尺，電阻尺），量程75-1000mm,75-1000mm,線線性度達到性度達到0.05% 0.05% ，重復(fù)精度，重復(fù)精度0.013mm0

13、.013mm。壽命一億次。壽命一億次。DATE: 2022-3-20PAGE: 19 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器 案例：案例：重量的自動檢測重量的自動檢測-配料設(shè)備配料設(shè)備 比較比較重量設(shè)定原材料原材料原理：彈簧原理：彈簧-力力-位移位移 -電位器電位器-電阻電阻DATE: 2022-3-20PAGE: 20 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器 案例：案例：煤氣包儲量檢測煤氣包儲量檢測煤氣包煤氣包鋼絲鋼絲原理：鋼絲原理：鋼絲-收線圈數(shù)收線圈數(shù) -電位器電位器 -電阻電阻DATE: 2022-3-20PAGE: 21 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器 案例：案例：機器

14、人機器人原理：電機原理：電機-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 -電位器電位器 -電阻電阻DATE: 2022-3-20PAGE: 22 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器 二、電阻應(yīng)變式傳感器二、電阻應(yīng)變式傳感器1 金屬電阻應(yīng)變片 金屬絲電阻應(yīng)變片（電阻絲式應(yīng)變片）、金屬箔式應(yīng)變片兩種。 工作原理：基于應(yīng)變片發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化。測量應(yīng)變、力、位移、加速度、扭矩等參數(shù)；具有體積小、動響快、精度高、使用簡便等優(yōu)點；分為金屬電阻應(yīng)變片式與半導(dǎo)體應(yīng)變片式兩類。DATE: 2022-3-20PAGE: 23 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器 高電阻率的金屬絲繞成柵形高電阻率的金屬絲繞成柵形DATE

15、: 2022-3-20PAGE: 24 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器4 柵狀金屬箔片用光刻成型，線柵狀金屬箔片用光刻成型，線條均勻，尺寸準確，阻值一致條均勻，尺寸準確，阻值一致性好，散熱好，粘接好。性好，散熱好，粘接好。DATE: 2022-3-20PAGE: 25 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器 DATE: 2022-3-20PAGE: 26 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器4把應(yīng)變片用特制膠水粘固在彈性元件或需要測量把應(yīng)變片用特制膠水粘固在彈性元件或需要測量變形的物體表面上。在外力作用下，電阻絲隨同變形的物體表面上。在外力作用下，電阻絲隨同物體一起變形，其電阻

16、值發(fā)生相應(yīng)變化，由此將物體一起變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，由此將被測量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮枳兓?。被測量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮枳兓?。由drdrldlRdrldrrdlrdRdAARdllRdR22232得到：DATE: 2022-3-20PAGE: 27 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器 電阻的相對變化：2d Rd ld rdRlr電阻絲軸向相對變形，縱向應(yīng)變電阻絲徑向相對變形，橫向應(yīng)變/d 電阻絲電阻率的相對變化DATE: 2022-3-20PAGE: 28 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器 )21()21(22EEdrdrldlRdR.d rd lrl 電阻絲材料泊松比Ed彈性模量壓阻

17、系數(shù)常數(shù)21ldlRdRSg應(yīng)變系數(shù)或靈敏度 電阻絲沿軸向伸長時，必沿徑向縮小，兩者關(guān)系：電阻相對變化率與應(yīng)變成正比軸向正應(yīng)力DATE: 2022-3-20PAGE: 29 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器 2 2 半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片應(yīng)用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。應(yīng)用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。壓阻效應(yīng)：壓阻效應(yīng)：單晶半導(dǎo)體材料在沿某一軸向受到外力作用時，能使其電阻率發(fā)生很大變化的現(xiàn)象。半導(dǎo)體在壓力、溫度及輻射作用下，能使其電阻率發(fā)生很大變化。22(12)d Rd ld rdRlrEEE ERdRSgE遠大于1+2v一般比金屬絲電阻應(yīng)變片大5070倍DATE: 2022-3-20PAGE:

18、 30 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器 優(yōu)點：優(yōu)點：靈敏度高，機械滯后小、橫向效應(yīng)小、體積小。缺點：缺點：溫度穩(wěn)定性能差，靈敏度分散大，在較大應(yīng)變作用下，非線性誤差大。電阻絲式應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片電阻絲式應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片主要區(qū)別：主要區(qū)別：電阻絲：外力作用，導(dǎo)體變形引起電阻變化，基于應(yīng)變效應(yīng)溫度穩(wěn)定性好，靈敏度差，S一致性好，成本低，應(yīng)用廣半導(dǎo)體：外力作用，電阻率變化引起電阻變化，基于壓阻效 應(yīng)S大，滯后小，可集成，溫度穩(wěn)定性差，靈敏度(S)分散大DATE: 2022-3-20PAGE: 31 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器 3 3 應(yīng)用實例應(yīng)用實例 兩種應(yīng)用方式1）直

19、接用來測定結(jié)構(gòu)的應(yīng)變或應(yīng)力DATE: 2022-3-20PAGE: 32 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器 2）將應(yīng)變片貼于彈性元件上，作為測量力、位移、壓力、加速度的傳感器DATE: 2022-3-20PAGE: 33 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器4 案例：案例：電子稱電子稱原理將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。DATE: 2022-3-20PAGE: 34 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器4 案例：沖床生產(chǎn)記數(shù)案例：沖床生產(chǎn)記數(shù) 和生產(chǎn)過程監(jiān)測和生產(chǎn)過程監(jiān)測DATE: 2022-3-20PAGE: 35 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻

20、式傳感器4 案例：案例：振動式地音入侵探測器振動式地音入侵探測器 適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、打適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、打洞、爆破等破壞行為均可及時發(fā)現(xiàn)。洞、爆破等破壞行為均可及時發(fā)現(xiàn)。DATE: 2022-3-20PAGE: 36 3-3 3-3 電阻式傳感器電阻式傳感器4 注意的問題：應(yīng)變片測出的是應(yīng)變，必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換應(yīng)變片測出的是應(yīng)變，必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換粘貼工藝很重要粘貼工藝很重要用于動態(tài)測量時，應(yīng)考慮應(yīng)變片本身的動態(tài)特性（激勵電用于動態(tài)測量時，應(yīng)考慮應(yīng)變片本身的動態(tài)特性（激勵電源頻率、基片的長度）源頻率、基片的長度）1溫度變化引起阻值變化，需考慮溫度補償溫度變化引起阻值

21、變化，需考慮溫度補償DATE: 2022-3-20PAGE: 37 本次課內(nèi)容本次課內(nèi)容3-3 電容式傳感器電容式傳感器工作原理工作原理 ：將被測量轉(zhuǎn)化為電容量變化：將被測量轉(zhuǎn)化為電容量變化 。1.極距變化型（變）；2.面積變化型（變A）；3.介質(zhì)變化型（變）。測量電路測量電路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差動變壓器式差動變壓器式3-3 電感式傳感器電感式傳感器DATE: 2022-3-20PAGE: 38 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 一、工作原理一、工作原理 平行極板電容器平行極板電容器 AC0極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù)，在空氣中

22、=1；0真空中介電常數(shù)， 0=8.8510-12F/m；極板間距離； A極板面積 。 當(dāng)、A、變化，都會引起電容的變化，對應(yīng)極距變化型、面積變化型和介質(zhì)變化型。 + A 將被測量轉(zhuǎn)化為電容量變化。將被測量轉(zhuǎn)化為電容量變化。DATE: 2022-3-20PAGE: 39 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 極距變化型，C 與之間關(guān)系呈非線性。021dCSAd 靈敏度與極距平方成反比，極距越小，靈敏度越高。為了減少非線性誤差，工作范圍/0 10%，S近似為常數(shù)，在此范圍內(nèi)，近似為線性。量程范圍：0.01m數(shù)百m。可采用差動形式，S一倍。 1.1.極距變化型（變極距變化型（變）：）：DATE:

23、 2022-3-20PAGE: 40 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 DATE: 2022-3-20PAGE: 41 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 例如：DWY2電容式振動位移測量儀（變）o1.32mm, 可測位移量：0.05100m頻率范圍： 10kHZ測頭面積： 14.2mmDATE: 2022-3-20PAGE: 42 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 極距極距變化型變化型+AC0+DATE: 2022-3-20PAGE: 43 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 4 駐極體電容傳聲器駐極體電容傳聲器 它采用聚四氟乙烯材料作為振動膜片。這種材料經(jīng)特它采

24、用聚四氟乙烯材料作為振動膜片。這種材料經(jīng)特殊電處理后，表面永久地駐有極化電荷，取代了電容傳聲殊電處理后，表面永久地駐有極化電荷，取代了電容傳聲器極板，故名為駐極體電容傳聲器。特點是體積小、性能器極板，故名為駐極體電容傳聲器。特點是體積小、性能優(yōu)越、使用方便。優(yōu)越、使用方便。 DATE: 2022-3-20PAGE: 44 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 4 2.2.面積變化型（變面積變化型（變A A）：）：DATE: 2022-3-20PAGE: 45 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 4 2.2.面積變化型（變面積變化型（變A A）：）：+DATE: 2022-3-20PA

25、GE: 46 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 4 22rA220rC 常數(shù)220rddCSbxC0常數(shù)bdxdCS002ln(/ )xCD d 常數(shù))/ln(20dDdxdCS常數(shù)0dAdCS線性度好，但靈敏度低，適合大位移的測量DATE: 2022-3-20PAGE: 47 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 4 DATE: 2022-3-20PAGE: 48 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 4 產(chǎn)品產(chǎn)品. .陶瓷電容壓力傳感器陶瓷電容壓力傳感器 液體壓力液體壓力作用在陶作用在陶瓷膜片的瓷膜片的表面，使表面，使膜片產(chǎn)生膜片產(chǎn)生 位移。位移。DATE: 2022-3-

26、20PAGE: 49 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 4 常數(shù)AddCS03.介質(zhì)變化型（變介質(zhì)變化型（變）：）： 用于測量電介質(zhì)液位，某些材料厚度、溫度、濕度等。0AC DATE: 2022-3-20PAGE: 50 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 4 DATE: 2022-3-20PAGE: 51 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 4 DATE: 2022-3-20PAGE: 52 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 4 電容式液位傳感器（液位計電容式液位傳感器（液位計/ /料位計）料位計）DATE: 2022-3-20PAGE: 53 DATE: 202

27、2-3-20PAGE: 54 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 4 電容式接近開關(guān)電容式接近開關(guān)振蕩電路振蕩電路被測物體被測物體 感應(yīng)電極感應(yīng)電極被測電容被測電容 測量頭構(gòu)成電容器的一個極測量頭構(gòu)成電容器的一個極板，另一個極板是物體本身，當(dāng)板，另一個極板是物體本身，當(dāng)物體（金屬或非金屬）移向接近物體（金屬或非金屬）移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使浮動電極產(chǎn)生常數(shù)發(fā)生變化，使浮動電極產(chǎn)生的電場變化，高頻振蕩器產(chǎn)生振的電場變化，高頻振蕩器產(chǎn)生振蕩，振蕩器的振蕩和停振這兩個蕩，振蕩器的振蕩和停振這兩個信號，由整形放大器轉(zhuǎn)換成二進信號，由整形放大

28、器轉(zhuǎn)換成二進制的開關(guān)信號，從而起到制的開關(guān)信號，從而起到“開開”，“關(guān)關(guān)”的控制作用。接近開關(guān)的的控制作用。接近開關(guān)的檢測物體，并不限于金屬導(dǎo)體，檢測物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。也可以是絕緣的液體或粉狀物體。DATE: 2022-3-20PAGE: 55 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 (1)電橋型電路電橋型電路二、測量電路二、測量電路 有電感、電容組成的橋路，電橋的輸出為一調(diào)有電感、電容組成的橋路，電橋的輸出為一調(diào)幅波，經(jīng)放大、相敏解調(diào)、濾波后獲得輸出，再驅(qū)幅波，經(jīng)放大、相敏解調(diào)、濾波后獲得輸出，再驅(qū)動顯示儀表。動顯示儀表。電容變化電容變化-電橋電壓輸出電

29、橋電壓輸出DATE: 2022-3-20PAGE: 56 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 (2)直流極化電路直流極化電路 靜壓電容傳感器靜壓電容傳感器電路，多用于電容傳電路，多用于電容傳聲器或壓力傳感器。聲器或壓力傳感器。 輸出電壓與膜片位移速輸出電壓與膜片位移速度成正比，可以測量氣流或度成正比，可以測量氣流或液流的振動速度，進而得壓液流的振動速度，進而得壓力。力。DATE: 2022-3-20PAGE: 57 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 (3)諧振電路諧振電路 電容傳感器的電容電容傳感器的電容Cx作為諧振電路作為諧振電路調(diào)諧電容的一部分。調(diào)諧電容的一部分。 當(dāng)當(dāng)Cx變

30、化時，諧變化時，諧振回路的阻抗發(fā)生相振回路的阻抗發(fā)生相應(yīng)變化并被轉(zhuǎn)化成電應(yīng)變化并被轉(zhuǎn)化成電壓或電流輸出，經(jīng)放壓或電流輸出，經(jīng)放大、檢波，即可得到大、檢波，即可得到輸出。輸出。 工作點應(yīng)選擇在工作點應(yīng)選擇在諧振曲線一邊的線性諧振曲線一邊的線性區(qū)域內(nèi)。這種電路比區(qū)域內(nèi)。這種電路比較靈敏，但工作點不較靈敏，但工作點不易選好、變化范圍窄，易選好、變化范圍窄，連接電纜分布電容影連接電纜分布電容影響大。響大。DATE: 2022-3-20PAGE: 58 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 (4)調(diào)頻電路調(diào)頻電路 傳感器電容Cx是振蕩器諧振回路的一部分，當(dāng)Cx變化時，振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化，頻率的

31、變化經(jīng)過鑒頻器變?yōu)殡妷鹤兓俳?jīng)過放大后由記錄器或顯示儀表指示。 抗干擾性強、靈敏度高等優(yōu)點，可測0.01um變化。電纜部分電容的影響大。DATE: 2022-3-20PAGE: 59 3-3 3-3 電容式傳感器電容式傳感器 (5)運算放大器電路運算放大器電路00gxCuuC 000000gCuuACuA 輸出電壓與電容極距變化成線性關(guān)系輸出電壓與電容極距變化成線性關(guān)系DATE: 2022-3-20PAGE: 60 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器 電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，把被測電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，把被測量轉(zhuǎn)化為電感量變化的一種裝置。量轉(zhuǎn)化為電感量變化的一種裝置。

32、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差動變壓器式差動變壓器式DATE: 2022-3-20PAGE: 61 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器 一、可變磁阻式傳感器一、可變磁阻式傳感器 DATE: 2022-3-20PAGE: 62 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器 工作原理工作原理 ： 線圈自感量線圈自感量L為為 2mNLRN線圈匝數(shù) Rm 磁路總磁阻H-1 如果空氣隙較小，而且不考慮磁路的鐵損時，總磁阻 002AAlRm l鐵心導(dǎo)磁長度；鐵心導(dǎo)磁率；A鐵心導(dǎo)磁截面積； 氣隙長度；0空氣導(dǎo)磁率，0=410-7 H/m；A

33、0空氣隙導(dǎo)磁橫截面積（m2 ）。DATE: 2022-3-20PAGE: 63 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器鐵心磁阻與空氣隙的磁阻相比很小，可忽略。鐵心磁阻與空氣隙的磁阻相比很小，可忽略。則總磁阻：則總磁阻：可構(gòu)成、 o、 A0 及N變化型傳感器2002NAL2mNLR000022mlRAAA則電感量則電感量：氣隙長度；0空氣導(dǎo)磁率；A0空氣隙導(dǎo)磁橫截面積；N線圈匝數(shù)。DATE: 2022-3-20PAGE: 64 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器 間隙變化型（間隙變化型（氣隙長度）氣隙長度） L L與與是呈非線性關(guān)系是呈非線性關(guān)系 電感量電感量20022NAd LLSd

34、靈敏度靈敏度 S S 與與2 2成反比，成反比，愈小，愈小，S S越大。越大。S S不是常數(shù)，會出不是常數(shù)，會出現(xiàn)線性誤差。當(dāng)現(xiàn)線性誤差。當(dāng)/0 010%10%，（變化范圍很小時），變化范圍很小時），S S近似為常數(shù)。近似為常數(shù)。 一般規(guī)定在較小間隙范圍內(nèi)工作，工作范圍一般規(guī)定在較小間隙范圍內(nèi)工作，工作范圍0 00 0+，一般取這種傳感器使用于小位移的測量，一般一般取這種傳感器使用于小位移的測量，一般為為0.0010.0011 1mmmm。 特點：靈敏度高。特點：靈敏度高。DATE: 2022-3-20PAGE: 65 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器 2. 面積變化型（面積變化型（A

35、o空氣隙導(dǎo)磁橫截面積）空氣隙導(dǎo)磁橫截面積）202NS靈敏度靈敏度3. 介質(zhì)變化型（介質(zhì)變化型（o-空氣導(dǎo)磁率）空氣導(dǎo)磁率）可變導(dǎo)磁面積型可變導(dǎo)磁面積型差動型差動型2002NALDATE: 2022-3-20PAGE: 66 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器4 DATE: 2022-3-20PAGE: 67 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器4 電感測微計上，構(gòu)成兩個橋臂電感測微計上，構(gòu)成兩個橋臂常用測量范圍常用測量范圍0-300um0-300um，分辨力，分辨力0.5um0.5umDATE: 2022-3-20PAGE: 68 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器 電感式接近

36、傳感器（金屬）電感式接近傳感器（金屬）DATE: 2022-3-20PAGE: 69 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器 二、電渦流式電感傳感器二、電渦流式電感傳感器 工作原理：工作原理：電渦流現(xiàn)象 金屬板置于一只線圈附近，相互距離為。當(dāng)線圈中有一高頻交變電流i通過時，便產(chǎn)生磁通。此交變磁通通過鄰近的金屬板，金屬板上便產(chǎn)生感應(yīng)電流i1。這種渦電流也將產(chǎn)生交變磁通1。根據(jù)楞次定律，渦電流的交變磁場與線圈的磁場變化方向相反，1總是抵抗的變化。 由于渦流磁場的作用使原線圈的等效阻抗Z發(fā)生變化，變化程度與距離有關(guān)。 DATE: 2022-3-20PAGE: 70 3-3 3-3 電感式傳感器電感

37、式傳感器4 原理原理: :渦流效應(yīng)渦流效應(yīng)DATE: 2022-3-20PAGE: 71 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器4 DATE: 2022-3-20PAGE: 72 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器 Z Z（線圈與金屬板距離（線圈與金屬板距離 金屬板電阻率金屬板電阻率 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 線圈激磁頻率線圈激磁頻率）應(yīng)用：變化應(yīng)用：變化, , 測位移、振動測位移、振動 變化變化或或 ，材質(zhì)鑒別或探傷，材質(zhì)鑒別或探傷原線圈的等效阻抗原線圈的等效阻抗Z Z變化：變化：),(ZZ 渦流測振儀一般采用如下分壓調(diào)幅電路：渦流測振儀一般采用如下分壓調(diào)幅電路：DATE: 2022-3-20P

38、AGE: 73 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器4 振蕩器提供穩(wěn)定的高頻信號振蕩器提供穩(wěn)定的高頻信號電源。當(dāng)諧振頻率與電源頻率電源。當(dāng)諧振頻率與電源頻率相同時，輸出電壓相同時，輸出電壓u u0 0最大。最大。 變化，變化，LC回路失諧，回路失諧，輸出信號的頻率仍為振輸出信號的頻率仍為振蕩器的工作頻率蕩器的工作頻率f，但，但幅值隨幅值隨而變化，它相而變化，它相當(dāng)于被當(dāng)于被調(diào)制的調(diào)幅波。調(diào)制的調(diào)幅波。-放大放大檢波檢波濾波濾波 得到得到變化信息變化信息DATE: 2022-3-20PAGE: 74 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器 把傳感器線圈接入把傳感器線圈接入LCLC振蕩回路，

39、取回路的諧振振蕩回路，取回路的諧振頻率作為輸出量。當(dāng)頻率作為輸出量。當(dāng)變化時引起線圈電感變化，變化時引起線圈電感變化，從而使振蕩器的振蕩頻率從而使振蕩器的振蕩頻率f發(fā)生變化，發(fā)生變化，再再通過鑒頻通過鑒頻器進行頻率器進行頻率電壓的轉(zhuǎn)化電壓的轉(zhuǎn)化，即可得到與即可得到與成比例成比例的輸出電壓。的輸出電壓。DATE: 2022-3-20PAGE: 75 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器4 應(yīng)用實例應(yīng)用實例徑向振擺測量徑向振擺測量軸心軌跡測量軸心軌跡測量轉(zhuǎn)速測量轉(zhuǎn)速測量表面裂紋測量表面裂紋測量零件計數(shù)器零件計數(shù)器穿透式測厚穿透式測厚DATE: 2022-3-20PAGE: 76 3-3 3-3

40、 電感式傳感器電感式傳感器4 DATE: 2022-3-20PAGE: 77 4 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器案例：無損探傷案例：無損探傷火車輪檢測火車輪檢測油管檢測油管檢測原理裂紋檢測，缺陷造成渦流變化。DATE: 2022-3-20PAGE: 78 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器 當(dāng)線圈W1輸入交流電流時，線圈W2產(chǎn)生感應(yīng)電勢e12，其大小與電流i1的變化率成正比：M比例系數(shù)，稱為互感（H），其大小與兩線圈相對位置及周圍介質(zhì)的導(dǎo)磁能力等因素有關(guān)，它表明兩線圈之間的耦合程度。 三、差動變壓器式電感傳感器（互感）三、差動變壓器式電感傳感器（互感）工作原理：工作原理： 利用

41、電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象（與變壓器的原理相同） dtdiMe112DATE: 2022-3-20PAGE: 79 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器4 鐵心一次側(cè)線圈二次側(cè)線圈1.中間位置2.向上運動3.向下運動DATE: 2022-3-20PAGE: 80 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器 螺旋管式差動變壓器式傳感器螺旋管式差動變壓器式傳感器 DATE: 2022-3-20PAGE: 81 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器 DATE: 2022-3-20PAGE: 82 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器 變壓器由初級線圈變壓器由初級線圈W和兩個參數(shù)完全相同的次級線圈

42、和兩個參數(shù)完全相同的次級線圈W1、W2組成。線圈中心插入圓柱形鐵心組成。線圈中心插入圓柱形鐵心P，次級線圈次級線圈W1及及W2 反反極性串聯(lián)。極性串聯(lián)。當(dāng)初級線圈當(dāng)初級線圈W加上交流電壓時，次級線圈加上交流電壓時，次級線圈W1及及W2分別產(chǎn)分別產(chǎn)生感應(yīng)電勢生感應(yīng)電勢e1和和e2，其大小與鐵心位置有關(guān)。其大小與鐵心位置有關(guān)。當(dāng)鐵心當(dāng)鐵心P在中間位置時，在中間位置時，e1=e2，輸出電壓輸出電壓e0=0，鐵心鐵心P向上運動時，向上運動時，e1e2鐵心鐵心P向下運動時，向下運動時，e1e2。隨著鐵心偏離中心位置，隨著鐵心偏離中心位置，e0逐漸增大，其輸出特性如圖所示逐漸增大，其輸出特性如圖所示 DA

43、TE: 2022-3-20PAGE: 83 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器4 輸出電壓是交流量，其幅值與鐵心位移成正比；輸出電壓是交流量，其幅值與鐵心位移成正比；輸出電壓若用交流電表指示只能反映鐵心位移的大小，不能反映方向；輸出電壓若用交流電表指示只能反映鐵心位移的大小，不能反映方向；交流電壓輸出存在零點殘余電壓。交流電壓輸出存在零點殘余電壓。 主要有兩個二次側(cè)線圈結(jié)構(gòu)不對稱，主要有兩個二次側(cè)線圈結(jié)構(gòu)不對稱，以及一次側(cè)線圈銅損電阻、鐵磁質(zhì)材料不均勻、線圈間分布電容等原因。以及一次側(cè)線圈銅損電阻、鐵磁質(zhì)材料不均勻、線圈間分布電容等原因。DATE: 2022-3-20PAGE: 84 3

44、-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器4 在沒有輸入信號時，鐵心處于中間位置，調(diào)節(jié)電阻在沒有輸入信號時，鐵心處于中間位置，調(diào)節(jié)電阻R R使零點殘余電使零點殘余電壓減??；當(dāng)有輸入信號時，鐵心上下移動，其輸出電壓經(jīng)交流放大、壓減??；當(dāng)有輸入信號時，鐵心上下移動，其輸出電壓經(jīng)交流放大、相敏檢波、濾波后得到直流輸出。表頭指示位移大小和方向。相敏檢波、濾波后得到直流輸出。表頭指示位移大小和方向。DATE: 2022-3-20PAGE: 85 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器4 差動變壓器式電感式傳感器特點：線性測量范圍大，可達100mm精度高，分辨率可達0.1m，穩(wěn)定性好,使用方便，頻率響應(yīng)：0

45、200Hz（頻率響應(yīng)低） 由eo的絕對值大小可知x的值（位置）由eo的極性可知x相對中間位置的方向（方向）應(yīng)用：電感式位移傳感器 測力（借助彈性元件將壓力、重量位移）DATE: 2022-3-20PAGE: 86 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器4 案例：案例：板的厚度測量板的厚度測量 DATE: 2022-3-20PAGE: 87 3-3 3-3 電感式傳感器電感式傳感器4 案例：案例：張力測量張力測量DATE: 2022-3-20PAGE: 88 3-4 3-4 磁電式傳感器磁電式傳感器 一、變換原理一、變換原理 磁電式傳感器是把被測物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電磁電式傳感器是把被測物理量轉(zhuǎn)換

46、為感應(yīng)電動勢的一種轉(zhuǎn)換器。（電磁感應(yīng)式或電動力式）動勢的一種轉(zhuǎn)換器。（電磁感應(yīng)式或電動力式）ddteN 感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動勢為感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動勢為磁通變化率與磁場強度、磁阻、線圈運動速度有磁通變化率與磁場強度、磁阻、線圈運動速度有關(guān)，改變其中一個因素，都會改變感應(yīng)電動勢。關(guān)，改變其中一個因素，都會改變感應(yīng)電動勢。 ),(mdtdRBe e取決于匝數(shù)和穿過線圈的磁通變化率取決于匝數(shù)和穿過線圈的磁通變化率DATE: 2022-3-20PAGE: 89 3-4 3-4 磁電式傳感器磁電式傳感器 二、分類二、分類 磁磁電電式式動圈式動圈式磁阻式磁阻式線速度型線速度型角速度型角速度型DATE: 202

47、2-3-20PAGE: 90 3-4 3-4 磁電式傳感器磁電式傳感器 sineNBlv三、動圈式三、動圈式（線圈以（線圈以v 或或運動，產(chǎn)生運動，產(chǎn)生e）ekNBAB磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度L單匝線圈的有效長度單匝線圈的有效長度v線圈與磁場的相對運動速度線圈與磁場的相對運動速度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A單匝線圈的截面積單匝線圈的截面積K與結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)與結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)90DATE: 2022-3-20PAGE: 91 3-4 3-4 磁電式傳感器磁電式傳感器 4 e- e-發(fā)電線圈的感應(yīng)電勢；發(fā)電線圈的感應(yīng)電勢；Z0Z0是線圈阻抗；是線圈阻抗；R RL L是是負載

48、電阻；負載電阻；CcCc是電纜導(dǎo)線的分布電容；是電纜導(dǎo)線的分布電容；RcRc是電纜導(dǎo)是電纜導(dǎo)線的電阻；線的電阻；CcCc、RcRc可忽略。高輸入阻抗時可忽略。高輸入阻抗時U UL L=e=e。DATE: 2022-3-20PAGE: 92 3-4 3-4 磁電式傳感器磁電式傳感器 4. .磁電式傳感器的工作原理是磁電式傳感器的工作原理是可逆的可逆的。n作為測振傳感器，它工作于發(fā)電狀態(tài)。作為測振傳感器，它工作于發(fā)電狀態(tài)。n若線圈上加上交變激勵電壓，線圈在磁場中振動，成若線圈上加上交變激勵電壓，線圈在磁場中振動，成為一個激振器（電動機狀態(tài)）。為一個激振器（電動機狀態(tài)）。 注意：注意： 1. .當(dāng)當(dāng)

49、N N、B B、L L均為常數(shù)時，感應(yīng)電動勢大小與線圈運動均為常數(shù)時，感應(yīng)電動勢大小與線圈運動的線速度成正比的線速度成正比慣性式速度計的工作原理。慣性式速度計的工作原理。 2. .速度是指線圈與磁場的相對速度；而不是殼體的絕對速度是指線圈與磁場的相對速度；而不是殼體的絕對速度。速度。 3. .如果經(jīng)過微分或積分網(wǎng)絡(luò)，可以得到加速度或位移。如果經(jīng)過微分或積分網(wǎng)絡(luò)，可以得到加速度或位移。DATE: 2022-3-20PAGE: 93 3-4 3-4 磁電式傳感器磁電式傳感器 4 動圈式傳感器動圈式傳感器 線速度型線速度型 DATE: 2022-3-20PAGE: 94 3-4 3-4 磁電式傳感器

50、磁電式傳感器 4 角速度型角速度型測速電機測速電機DATE: 2022-3-20PAGE: 95 3-4 3-4 磁電式傳感器磁電式傳感器 四、磁阻式四、磁阻式（線圈、磁鐵不動，運動物體改變磁阻）（線圈、磁鐵不動，運動物體改變磁阻）DATE: 2022-3-20PAGE: 96 3-4 3-4 磁電式傳感器磁電式傳感器 磁電式車速傳感器磁電式車速傳感器DATE: 2022-3-20PAGE: 97 3-4 3-4 壓電式傳感器壓電式傳感器 一、壓電效應(yīng)與壓電材料一、壓電效應(yīng)與壓電材料壓電效應(yīng)壓電效應(yīng) 正壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)：某些晶體在其表面施加力，不僅幾何尺寸：某些晶體在其表面施加力，不僅幾何尺

51、寸發(fā)生變化，而且內(nèi)部極化，在其表面出現(xiàn)電荷，形成電場；發(fā)生變化，而且內(nèi)部極化，在其表面出現(xiàn)電荷，形成電場；當(dāng)外力撤去后，晶體又恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；當(dāng)外力作用當(dāng)外力撤去后，晶體又恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；當(dāng)外力作用方向改變時，電荷的極性也隨之改變；晶體受力所產(chǎn)生的方向改變時，電荷的極性也隨之改變；晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力大小成正比，此現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。電荷量與外力大小成正比，此現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)：將這些晶體置于電場中，其幾何尺寸也發(fā)：將這些晶體置于電場中，其幾何尺寸也發(fā)生變化，這種由于外電場作用導(dǎo)致物質(zhì)的機械變形的現(xiàn)象，生變化，這種由于外電場作用導(dǎo)致物質(zhì)的機械變形的現(xiàn)象，稱

52、為逆壓電效應(yīng)，或稱為稱為逆壓電效應(yīng)，或稱為電致伸縮效應(yīng)電致伸縮效應(yīng)。壓電式傳感器是一種壓電式傳感器是一種可逆型換能器可逆型換能器，既可以將機械能轉(zhuǎn)換，既可以將機械能轉(zhuǎn)換為電能，又可以將電能轉(zhuǎn)換為機械能。為電能，又可以將電能轉(zhuǎn)換為機械能。 DATE: 2022-3-20PAGE: 98 3-4 3-4 壓電式傳感器壓電式傳感器 壓電材料 晶體具有壓電性，壓電晶體壓電單晶石英、鈮酸鋰，穩(wěn)定性好，靈敏度低壓電多晶壓電陶瓷、鋯鈦酸鉛，穩(wěn)定性差，靈敏度高壓電半導(dǎo)體有壓電、半導(dǎo)體兩特性有機壓電薄膜聚丙二氟乙烯（PVdF），靈敏度低，用于微壓、擬人觸覺，大批量生產(chǎn)，面積大，柔軟，不易碎。DATE: 2022

53、-3-20PAGE: 99 3-4 3-4 壓電式傳感器壓電式傳感器 二、石英晶體的正壓電效應(yīng)二、石英晶體的正壓電效應(yīng) 石英晶體成份石英晶體成份SiOSiO2 2，其基本結(jié)構(gòu)為六棱其基本結(jié)構(gòu)為六棱柱體，石英晶體的柱體，石英晶體的直角坐標：直角坐標：X-XX-X壓電軸壓電軸, ,Y-YY-Y機械軸機械軸, ,Z-ZZ-Z光軸光軸DATE: 2022-3-20PAGE: 100 3-4 3-4 壓電式傳感器壓電式傳感器 4 在石英晶體中切出一個平行六面體，其對表面分別在石英晶體中切出一個平行六面體，其對表面分別垂直于垂直于X X、Y Y、Z Z軸。軸。 a)縱向效應(yīng)b)橫向效應(yīng)c)切向效應(yīng)DATE

54、: 2022-3-20PAGE: 101 3-4 3-4 壓電式傳感器壓電式傳感器 縱向壓電效應(yīng)沿X方向施加Fx力，將在垂直于X軸表面出現(xiàn)電荷qx qx=d11Fx d11=2.3110-12C/N 橫向壓電效應(yīng)沿Y方向施加Fy力，將在垂直于X軸表面出現(xiàn)電荷qx qx=-d11Fy 切向壓電效應(yīng)施加切向力Fy切，則在垂直于XX軸的表面產(chǎn)生電荷qx qx=d14Fy切 d14=0.7310-12C/N 縱向壓電常數(shù)縱向壓電常數(shù)DATE: 2022-3-20PAGE: 102 3-4 3-4 壓電式傳感器壓電式傳感器 4 ！沿Z軸表面施加Fz作用力，其表面不產(chǎn)生電荷。 三、石英晶體壓電效應(yīng)的物理解

55、釋三、石英晶體壓電效應(yīng)的物理解釋 組成石英晶體的硅離子和氧離子，在垂直于Z軸平面上的投影可以等效為正六邊形的頂點排列。 當(dāng)不受力時，硅、氧離子的正、負電荷的等效作用中心重合，對外不顯電性。 縱向壓電效應(yīng) 在F力的作用下，石英晶體變形，硅、氧離子的正、負電荷的等效作用中心沿X軸方向分離，因此在垂直于X軸的晶體表面將吸附電荷（形成偶極子電場，與外力電場平衡）。DATE: 2022-3-20PAGE: 103 3-4 3-4 壓電式傳感器壓電式傳感器 4 DATE: 2022-3-20PAGE: 104 3-4 3-4 壓電式傳感器壓電式傳感器 四、壓電傳感器及等效電路四、壓電傳感器及等效電路 單向

56、石英壓電測力傳感器，單向石英壓電測力傳感器，具有一定具有一定電容的電荷源。電容的電荷源。aaCquAC00,電荷發(fā)生器 電容器DATE: 2022-3-20PAGE: 105 3-4 3-4 壓電式傳感器壓電式傳感器 五、測量電路五、測量電路 前置放大器用途：前置放大器用途：一是將傳感器的高阻抗輸出變一是將傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出，二是放大輸出的微弱電信號；換為低阻抗輸出，二是放大輸出的微弱電信號；前置放大器有前置放大器有電壓放大器電壓放大器（輸出電壓與輸入電壓（輸出電壓與輸入電壓成正比）、成正比）、電荷放大器電荷放大器（輸出電壓與輸入電荷成（輸出電壓與輸入電荷成正比，與分布電容無關(guān)

57、）兩種。正比，與分布電容無關(guān)）兩種。 由于壓電式傳感器的輸出信號是由于壓電式傳感器的輸出信號是很微弱的電荷，而且傳感器本身有很很微弱的電荷，而且傳感器本身有很大內(nèi)阻，故輸出能量甚弱，這給后接大內(nèi)阻，故輸出能量甚弱，這給后接電路帶來一定困難，為此通常把傳感電路帶來一定困難，為此通常把傳感器信號先輸?shù)礁咦杩沟那爸梅糯笃?，器信號先輸?shù)礁咦杩沟那爸梅糯笃鳎?jīng)阻抗變換后再輸出。經(jīng)阻抗變換后再輸出。DATE: 2022-3-20PAGE: 106 3-4 3-4 壓電式傳感器壓電式傳感器 六、應(yīng)用六、應(yīng)用 正壓電效應(yīng)測力（加速度、扭矩）正壓電效應(yīng)測力（加速度、扭矩）逆壓電效應(yīng)（振動送料器、執(zhí)行器）逆壓電效

58、應(yīng)（振動送料器、執(zhí)行器）產(chǎn)品產(chǎn)品壓力變送器壓力變送器加速度計加速度計力傳感器力傳感器 壓電式力傳感器壓電式力傳感器DATE: 2022-3-20PAGE: 107 DATE: 2022-3-20PAGE: 108 壓電式力傳感器壓電式力傳感器4 YDS-78YDS-78型石英壓電傳感器型石英壓電傳感器測力范圍：測力范圍：50005000N N分辨率：分辨率：0.010.01N N線性誤差：線性誤差： 5510101313固有頻率：固有頻率：5050KHzKHz工作溫度：工作溫度：-60-60+140+140重量：重量：1010克克尺寸：尺寸：18mm18mm7mm7mm壓電式加速度計壓電式加速

59、度計DATE: 2022-3-20PAGE: 109 靈敏度（205）20 pC/g測量范圍（峰值）2000 g最大橫向靈敏度5 頻率響應(yīng)（5%）1 12,000 Hz安裝諧振頻率40,000 Hz工作溫度范圍-20+120 溫度響應(yīng)見溫度曲線瞬態(tài)溫度0.5 g/(0.3Hz)磁靈敏度2 g/T基座應(yīng)變0.6 g/基座隔離109 電容700 pF安裝M5敏感材料壓電陶瓷結(jié)構(gòu)設(shè)計中心壓縮殼體材料不銹鋼重量14 g輸出方式側(cè)端L5配套件傳感器合格證標定參數(shù)、頻響曲線M5、M5/M8螺栓、保護帽各一只雙頭L5 STYV-1（2米）一根主要技術(shù)指標：主要技術(shù)指標：DATE: 2022-3-20PAGE

60、: 110 3-4 3-4 壓電式傳感器壓電式傳感器 4 DATE: 2022-3-20PAGE: 111 3-4 3-4 壓電式傳感器壓電式傳感器 4 DATE: 2022-3-20PAGE: 112 3-4 3-4 壓電式傳感器壓電式傳感器 4 DATE: 2022-3-20PAGE: 113 3-4 3-4 壓電式傳感器壓電式傳感器 4 DATE: 2022-3-20PAGE: 114 3-4 3-4 壓電式傳感器壓電式傳感器 4 DATE: 2022-3-20PAGE: 115 3-4 3-4 壓電式傳感器壓電式傳感器 4 DATE: 2022-3-20PAGE: 116 3-4 3-