土木工程測試課件--2-傳感器

1、概念：概念：把被測量轉(zhuǎn)化為電阻變化的一種傳感器。把被測量轉(zhuǎn)化為電阻變化的一種傳感器。 按工作原理分類：按工作原理分類： 電阻應變式電阻應變式（核心為：核心為：電阻應變片電阻應變片） 電位計式電位計式 壓阻式壓阻式2-2 2-2 電阻式傳感器電阻式傳感器 X X L L A A R R基本原理基本原理2-2 2-2 電阻式傳感器電阻式傳感器1 1 電阻應變式傳感器：電阻應變式傳感器：應變片彈性元件附件應變片彈性元件附件工作原理：基于電阻應變效應工作原理：基于電阻應變效應2 2 電位計：電位計：精度精度0.050.050.025mm0.025mm電位計的使用變阻器與分壓器RxxUABUUxxUAB

2、xSxLRRRxxSxLUUUc2-2 2-2 電阻式傳感器電阻式傳感器3 3、壓阻式傳感器、壓阻式傳感器 F F R R壓阻效應：單晶半導體材料在沿某一軸向受外力作用壓阻效應：單晶半導體材料在沿某一軸向受外力作用時，其電阻率發(fā)生很大變化的現(xiàn)象時，其電阻率發(fā)生很大變化的現(xiàn)象2-2 2-2 電阻式傳感器電阻式傳感器 電感式傳感器是基于電磁感應原理，它是把被電感式傳感器是基于電磁感應原理，它是把被測量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。測量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。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2-3 2-3 電感式傳感器電感式傳感器1 1 自感型

3、自感型-可變磁阻式可變磁阻式可變導磁面積型可變導磁面積型原理原理: :電磁感應電磁感應2-3 2-3 電感式傳感器電感式傳感器1 1 自感型：自感型：（2 2）渦流式）渦流式金屬板置于變化磁場中或在磁場中運動時，在金屬板種產(chǎn)生感應電流金屬板置于變化磁場中或在磁場中運動時，在金屬板種產(chǎn)生感應電流高頻反射式渦流傳感器高頻反射式渦流傳感器低頻透射式渦流傳感器低頻透射式渦流傳感器2-3 2-3 電感式傳感器電感式傳感器2 2 互感型互感型-差動變壓器差動變壓器WW1W2Esx-x工作原理工作原理: :互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象.EwEout2-3 2-3 電感式傳感器電感式傳感器1 1 工作原理工作原理傳感器可

4、等效成一個兩端固定繃緊的均勻弦。傳感器可等效成一個兩端固定繃緊的均勻弦。鋼弦內(nèi)應力的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殇撓艺駝宇l率的變化。鋼弦內(nèi)應力的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殇撓艺駝宇l率的變化。Lf21KPff2022-42-4 鋼弦式傳感器鋼弦式傳感器基本原理基本原理發(fā)出脈沖信號輸入壓力盒的電發(fā)出脈沖信號輸入壓力盒的電磁線路，激勵鋼弦產(chǎn)生振動，磁線路，激勵鋼弦產(chǎn)生振動，鋼弦的振動在電磁線路內(nèi)產(chǎn)生鋼弦的振動在電磁線路內(nèi)產(chǎn)生交變電動勢，輸入頻率儀放大交變電動勢，輸入頻率儀放大器后，示波，得到頻率。器后，示波，得到頻率。2-52-5 電容式、壓電式、壓磁式傳感器電容式、壓電式、壓磁式傳感器1 1 電容式傳感器：電容式傳感器：將被測量（

5、尺寸、壓力等）的變將被測量（尺寸、壓力等）的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的傳感器?；D(zhuǎn)換成電容量變化的傳感器。工作原理工作原理+ A 、A A或或發(fā)生變發(fā)生變化時，都會引起化時，都會引起電容的變化。電容的變化。2 2 壓電式傳感器壓電式傳感器基本原理：基本原理：壓電效應（外力作用下激起晶體表面荷電的現(xiàn)象，逆壓電效應）壓電效應（外力作用下激起晶體表面荷電的現(xiàn)象，逆壓電效應）壓電材料：壓電單晶體（石英）、多晶體壓電陶瓷（鈦酸鋇）壓電材料：壓電單晶體（石英）、多晶體壓電陶瓷（鈦酸鋇）常用結(jié)構(gòu)形式常用結(jié)構(gòu)形式串聯(lián)串聯(lián)并聯(lián)并聯(lián)F+q=DF2-52-5 電容式、壓電式、壓磁式傳感器電容式、壓電式、壓磁式傳感器并聯(lián)

6、時間常數(shù)大，適宜用在測量慢變信號；串聯(lián)適于電路輸入阻抗很高的時候。2 2 壓電式傳感器壓電式傳感器（1 1）加速度傳感器）加速度傳感器（2 2）測力傳感器）測力傳感器2-52-5 電容式、壓電式、壓磁式傳感器電容式、壓電式、壓磁式傳感器3 3 壓磁式傳感器壓磁式傳感器基本原理：基本原理：壓磁效應（鐵磁材料受機械力作用，內(nèi)部產(chǎn)生機械效應力，從而壓磁效應（鐵磁材料受機械力作用，內(nèi)部產(chǎn)生機械效應力，從而引起導磁系數(shù)發(fā)生變化）引起導磁系數(shù)發(fā)生變化）2-52-5 電容式、壓電式、壓磁式傳感器電容式、壓電式、壓磁式傳感器3 3 壓磁式傳感器壓磁式傳感器基本元件：基本元件：應用舉例應用舉例2-52-5 電容

7、式、壓電式、壓磁式傳感器電容式、壓電式、壓磁式傳感器2-7 2-7 其它傳感器其它傳感器1 1 磁電式傳感器磁電式傳感器基本原理：電磁感應，產(chǎn)生感應電動勢基本原理：電磁感應，產(chǎn)生感應電動勢2-6 2-6 其它傳感器其它傳感器1 1 磁電式傳感器磁電式傳感器（2 2）霍爾傳感器）霍爾傳感器基本原理：霍爾元件基于霍爾效應，產(chǎn)生感應電動勢基本原理：霍爾元件基于霍爾效應，產(chǎn)生感應電動勢 金屬或半導體材料置于磁場中，通過電流時，金屬或半導體材料置于磁場中，通過電流時， 垂直于電流和磁場方向，產(chǎn)生感應電動勢垂直于電流和磁場方向，產(chǎn)生感應電動勢2-6 2-6 其它傳感器其它傳感器1 1 磁電式傳感器磁電式傳

8、感器（2 2）霍爾傳感器）霍爾傳感器應用舉例應用舉例位移傳感器位移傳感器霍爾乘法器霍爾乘法器2-6 2-6 其它傳感器其它傳感器1 1 磁電式傳感器磁電式傳感器（3 3）磁阻效應傳感器）磁阻效應傳感器基本原理：磁阻效應基本原理：磁阻效應 沿電流方向電阻的變化沿電流方向電阻的變化2-6 2-6 其它傳感器其它傳感器2 2 光電式傳感器光電式傳感器（1 1）外光電效應）外光電效應（在光線作用下，物質(zhì)內(nèi)的電子逸出物體表（在光線作用下，物質(zhì)內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象）面向外發(fā)射的現(xiàn)象）（2 2）內(nèi)光電效應）內(nèi)光電效應（受光照物體電導率發(fā)生變（受光照物體電導率發(fā)生變化或產(chǎn)生光電動勢的效應）化或產(chǎn)

9、生光電動勢的效應）2-7 2-7 其它傳感器其它傳感器2 2 光電式傳感器光電式傳感器 主要形式主要形式2-7 2-7 其它傳感器其它傳感器3 3 氣敏傳感器氣敏傳感器基本原理基本原理半導體氣敏元件同氣體半導體氣敏元件同氣體接觸后，造成半導體性接觸后，造成半導體性質(zhì)發(fā)生變化，質(zhì)發(fā)生變化，測量特定氣體的成分或者測量特定氣體的成分或者濃度濃度將成分和濃度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦艑⒊煞趾蜐舛绒D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，進行監(jiān)測和報警。號，進行監(jiān)測和報警。例：二氧化錫氣敏元件測酒精含量2-7 2-7 其它傳感器其它傳感器4 4 濕度傳感器濕度傳感器基本原理基本原理利用濕敏元件進行濕度利用濕敏元件進行濕度測量和控制。測量和控制。濕

10、敏元件濕敏元件利用濕敏材料吸收空氣利用濕敏材料吸收空氣中的水分而導致本身電中的水分而導致本身電阻值發(fā)生變化。阻值發(fā)生變化。2-7 2-7 其它傳感器其它傳感器5 5 水分傳感器水分傳感器基本原理基本原理將水分含量轉(zhuǎn)換成電信號進將水分含量轉(zhuǎn)換成電信號進行測定和表示行測定和表示高分子物質(zhì)的電阻與含水率有關高分子物質(zhì)的電阻與含水率有關2-7 2-7 其它傳感器其它傳感器6 6 光纖傳感器光纖傳感器基本原理基本原理外界因素（溫度、壓力、電場、磁場等）變化時，傳光特性（相位外界因素（溫度、壓力、電場、磁場等）變化時，傳光特性（相位和光強）會發(fā)生變化。和光強）會發(fā)生變化。2-8 2-8 傳感器的選擇和標定

11、傳感器的選擇和標定1 1 傳感器的選擇傳感器的選擇l輸入輸出線性好，靈敏度高輸入輸出線性好，靈敏度高l滯后、偏移誤差小滯后、偏移誤差小l動態(tài)特性好動態(tài)特性好l功耗小功耗小l對測試對象影響小對測試對象影響小l抗干擾能力強抗干擾能力強l重復性好，有互換性重復性好，有互換性l抗腐蝕性好，能長期使用抗腐蝕性好，能長期使用l易維修和校準易維修和校準2-7 2-7 傳感器的選擇和標定傳感器的選擇和標定2 2 壓力盒的選擇和埋設要求壓力盒的選擇和埋設要求靜力匹配靜力匹配n彈性模量彈性模量n泊松比泊松比n密度密度2-7 2-7 傳感器的選擇和標定傳感器的選擇和標定2 2 壓力盒的選擇和埋設要求壓力盒的選擇和埋

12、設要求結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇教材教材P43埋設要求埋設要求教材教材P44P442-7 2-7 傳感器的選擇和標定傳感器的選擇和標定3 3 傳感器的標定傳感器的標定定義：通過試驗建立傳感器輸入量和輸出量之間的關系，求出傳感器輸定義：通過試驗建立傳感器輸入量和輸出量之間的關系，求出傳感器輸出特性曲線（標定曲線）出特性曲線（標定曲線）標定方法標定方法標準輸出設備標準輸出設備非電量標準值非電量標準值標準測試系統(tǒng)標準測試系統(tǒng)未知的非電量未知的非電量要求要求(1)(1)傳感器的標定應該在其使用條件相似的狀態(tài)下進行；傳感器的標定應該在其使用條件相似的狀態(tài)下進行；(2)(2)被測對象的被測對象的f f30Hz30Hz時，可只作靜標定。時，可只作靜標定。 (3) (3) 重復標定的次數(shù)和提高測試精度，減小偶然誤差。重復標定的次數(shù)和提高測試精度，減小偶然誤差。2-7 2-7 傳感器的選擇和標定傳感器的選擇和標定4 4 壓力壓力傳感器的標定傳感器的標定l確定壓力傳感器或壓力測量系統(tǒng)的靈敏度及誤差，確定壓力傳感器或壓力測量