測(cè)試技術(shù)第五章

1、第第5 5章章 常用傳感器常用傳感器21. 傳感器傳感器(Sensor)定義定義 傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常由可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常由敏感元件敏感元件和和轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件組成組成(GB766-87)(GB766-87)。 狹義上，狹義上，非電信號(hào)非電信號(hào) 電信號(hào)電信號(hào)。在非電量電測(cè)系統(tǒng)中的作用在非電量電測(cè)系統(tǒng)中的作用F 敏感作用：感受并拾取被測(cè)對(duì)象的信號(hào)F變換作用： 被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于檢測(cè)和處理 的電信號(hào)3將物理量變換成電信號(hào)的變化（水位、壓力等）。將物理量變換成電信號(hào)的變化（水位、

2、壓力等）。獲得傳感器信號(hào)的兩種方法獲得傳感器信號(hào)的兩種方法直接獲得電信號(hào)的變化（開關(guān)傳感器）；直接獲得電信號(hào)的變化（開關(guān)傳感器）；42. 傳感器的構(gòu)成傳感器的構(gòu)成 傳感器由傳感器由敏感器件敏感器件與與輔助器件輔助器件組成。組成。 敏感器件敏感器件的作用是的作用是感受被測(cè)物理量感受被測(cè)物理量，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。輸出。 輔助器件輔助器件則是對(duì)敏感器件輸出的電信號(hào)則是對(duì)敏感器件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大、阻抗進(jìn)行放大、阻抗匹配匹配，以便于后續(xù)儀表接入。，以便于后續(xù)儀表接入。 dV53.3.傳感器的分類傳感器的分類1)1)按被測(cè)物理量分類按被測(cè)物理量分類常見的被測(cè)物理量常見的被測(cè)物理量

3、機(jī)械量機(jī)械量: :長(zhǎng)度長(zhǎng)度, ,厚度厚度, ,位移位移, ,速度速度, ,加速度加速度, , 旋轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)角, ,轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)數(shù), ,質(zhì)量質(zhì)量, ,重量重量, ,力力, , 壓力壓力, ,真空度真空度, ,力矩力矩, ,風(fēng)速風(fēng)速, ,流速流速, , 流量流量; ;聲聲: : 聲壓聲壓, ,噪聲噪聲. .磁磁: : 磁通磁通, ,磁場(chǎng)磁場(chǎng). .溫度溫度: : 溫度溫度, ,熱量熱量, ,比熱比熱. .光：光： 亮度，色彩亮度，色彩6機(jī)械式機(jī)械式, ,電氣式電氣式, ,光學(xué)式光學(xué)式, ,流體式等。流體式等。2)2)按工作的物理基礎(chǔ)分類按工作的物理基礎(chǔ)分類: :7能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型

4、. .3)3)按能量轉(zhuǎn)換情況按能量轉(zhuǎn)換情況: :能量轉(zhuǎn)換型能量轉(zhuǎn)換型: :直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作. . 例如例如: :熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì), ,壓電式加速度計(jì)壓電式加速度計(jì). .能量控制型能量控制型: :從外部供給能量并由被測(cè)量控制外部從外部供給能量并由被測(cè)量控制外部 供給能量的變化供給能量的變化. .例如例如: :電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片. .84)4)按構(gòu)成原理按構(gòu)成原理: :物性型物性型: :依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來實(shí)現(xiàn)信依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來實(shí)現(xiàn)信 號(hào)變換號(hào)變換. .如如: :水銀溫度計(jì)水銀溫度計(jì). .結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型: :依

5、靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)變依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)變. . 例如例如: :電容式和電感式傳感器電容式和電感式傳感器. .9雙向傳感器雙向傳感器單向傳感器單向傳感器4)4)按輸出量形式按輸出量形式: :5)5)按轉(zhuǎn)換過程是否可逆按轉(zhuǎn)換過程是否可逆: :模擬式傳感器模擬式傳感器數(shù)字式傳感器數(shù)字式傳感器104. 4. 傳感器的性能要求傳感器的性能要求 工作范圍或量程應(yīng)足夠大，具有一定的過載能力工作范圍或量程應(yīng)足夠大，具有一定的過載能力 與檢測(cè)系統(tǒng)匹配性好，轉(zhuǎn)換靈敏度高與檢測(cè)系統(tǒng)匹配性好，轉(zhuǎn)換靈敏度高 精度適當(dāng)，穩(wěn)定性高精度適當(dāng)，穩(wěn)定性高 反應(yīng)速度快，工作可靠性高反應(yīng)速度快，工作可靠

6、性高 適應(yīng)性和適用性強(qiáng)適應(yīng)性和適用性強(qiáng)115 5 傳感器選用原則傳感器選用原則 選擇傳感器主要考慮靈敏度、線性范圍、響應(yīng)特性、穩(wěn)定性、精確度、測(cè)量方式等六個(gè)方面的問題。 1. 靈敏度靈敏度 一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但在確定靈敏一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但在確定靈敏度時(shí)，要考慮以下幾個(gè)問題。度時(shí)，要考慮以下幾個(gè)問題。 a)a)靈敏度過高引起的干擾問題；靈敏度過高引起的干擾問題； b)b)量程范圍。量程范圍。 123 響應(yīng)特性響應(yīng)特性 傳感器的響應(yīng)特性是指在所測(cè)頻率范圍內(nèi)，保持不失真的測(cè)量條件。 實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總不可避免地有一定延遲，但總希望延遲的時(shí)間越短越好。 2 線性范圍線性

7、范圍 任何傳感器都有一定的線性工作范圍。在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系，線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測(cè)量精度的基本條件。 134 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是表示傳感器經(jīng)過長(zhǎng)期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間與環(huán)境。5 精確度精確度 傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被測(cè)量的對(duì)應(yīng)程度。 6 測(cè)量方式測(cè)量方式 傳感器工作方式，也是選擇傳感器時(shí)應(yīng)考慮的重要因素。例如，接觸與非接觸測(cè)量、破壞與非破壞性測(cè)量、在線與非在線測(cè)量等。14電阻式傳感器電阻式傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻變化電阻變化的一種傳感器。的一種傳感器

8、。按工作的原理可分為按工作的原理可分為: :F熱敏式熱敏式F電阻應(yīng)變式電阻應(yīng)變式F變阻器式變阻器式F光敏式光敏式F濕敏式濕敏式AlR151.可調(diào)電位器可調(diào)電位器等效電路分析等效電路分析: :L- -變阻器總長(zhǎng)變阻器總長(zhǎng); ;x- -電刷移動(dòng)量電刷移動(dòng)量. .R- -總電阻總電阻; ; Rx電刷電阻電刷電阻; ;xLxKxLRRLx常數(shù)LKdxdRS16輸出電阻(或電壓)與電刷位移(包括線位移或角位移)之間具有非線性函數(shù)關(guān)系的一種電位器 17182.應(yīng)變式電阻傳感器應(yīng)變式電阻傳感器絲式應(yīng)變片絲式應(yīng)變片 箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片 AlR19(1).(1).應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)AlR導(dǎo)體或半導(dǎo)體在外力作用下

9、產(chǎn)生機(jī)械變形而引起導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值發(fā)生變化的物理現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。 傳感元件：電阻應(yīng)變片，它是一種把被測(cè)試件的應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電阻變化量的傳感元件。 應(yīng)變片受力應(yīng)變片受力 應(yīng)變應(yīng)變 比例關(guān)系比例關(guān)系 比例關(guān)系比例關(guān)系 應(yīng)變片電阻的變化應(yīng)變片電阻的變化 20(2).(2).工作原理工作原理AlR式中，式中，導(dǎo)線的電阻率，又稱為電阻系數(shù)導(dǎo)線的電阻率，又稱為電阻系數(shù) 金屬導(dǎo)線的金屬導(dǎo)線的應(yīng)變電阻效應(yīng)應(yīng)變電阻效應(yīng)： 當(dāng)金屬絲由于受到軸向力當(dāng)金屬絲由于受到軸向力P P而伸長(zhǎng)時(shí)，長(zhǎng)度增長(zhǎng)，截面積減而伸長(zhǎng)時(shí)，長(zhǎng)度增長(zhǎng)，截面積減小，其電阻值就增大；反之，如細(xì)絲因受壓力而縮短，即小，其電阻值就增大；反之，如細(xì)絲

10、因受壓力而縮短，即長(zhǎng)度變短，截面積變粗時(shí)，則電阻就減小。長(zhǎng)度變短，截面積變粗時(shí)，則電阻就減小。 21SERdR)21 (S S由兩部分組成：由兩部分組成： 前一部分前一部分(1+2)(1+2)是由金屬導(dǎo)線的是由金屬導(dǎo)線的幾何變形幾何變形引起的；引起的； 后一部分后一部分EE除與金屬導(dǎo)線幾何尺寸有關(guān)外，還與金屬除與金屬導(dǎo)線幾何尺寸有關(guān)外，還與金屬本身的特性有關(guān)。本身的特性有關(guān)。 ：泊松系數(shù)，泊松系數(shù)，E:E:彈性模量，彈性模量，: :縱向應(yīng)變，縱向應(yīng)變，:壓阻系數(shù)壓阻系數(shù) 推導(dǎo)推導(dǎo)AlR22 金屬應(yīng)變片（金屬應(yīng)變片（ 不變）不變）金屬應(yīng)變計(jì)金屬應(yīng)變計(jì) 半導(dǎo)體應(yīng)變片（半導(dǎo)體應(yīng)變片（ 變化）變化）半

11、導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)(12 )1.7 4.6dRRS 7060SERdRSERdR)21 (23(3). (3). 應(yīng)變片的主要參數(shù)應(yīng)變片的主要參數(shù) 1) 幾何參數(shù)：表距幾何參數(shù)：表距L和絲柵寬度和絲柵寬度b，制造廠常用，制造廠常用 bL 表示。表示。 2) 電阻值：應(yīng)變計(jì)的原始電阻值。電阻值：應(yīng)變計(jì)的原始電阻值。 3) 靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計(jì)變換性能的重要參數(shù)。靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計(jì)變換性能的重要參數(shù)。 4) 其它表示應(yīng)變計(jì)性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、其它表示應(yīng)變計(jì)性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、 蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。 24(4).(4)

12、.金屬應(yīng)變計(jì)金屬應(yīng)變計(jì) 金屬應(yīng)變計(jì)有金屬應(yīng)變計(jì)有: : 1 1、絲式絲式 2 2、箔式箔式 3 3、薄膜式薄膜式 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :精度高，測(cè)量范圍廣；精度高，測(cè)量范圍廣；使用壽命長(zhǎng)穩(wěn)定性和溫度使用壽命長(zhǎng)穩(wěn)定性和溫度特性好；體積小，重量輕，特性好；體積小，重量輕，價(jià)格便宜；頻率響應(yīng)好，價(jià)格便宜；頻率響應(yīng)好，可用于動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測(cè)試?？捎糜趧?dòng)態(tài)和靜態(tài)測(cè)試。 缺點(diǎn)缺點(diǎn): :靈靈敏度系數(shù)小敏度系數(shù)小.應(yīng)變計(jì)25(5).(5).半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)應(yīng)變計(jì)體型體型薄膜型薄膜型擴(kuò)散型擴(kuò)散型受到應(yīng)力作用時(shí)，電阻率發(fā)生變化優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)變靈敏度高，分辨率高，頻率響應(yīng)高;體積小;能制成具有一定應(yīng)變電阻的元件.缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)

13、定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。26立柱應(yīng)力立柱應(yīng)力 橋梁應(yīng)力橋梁應(yīng)力 (7).(7).應(yīng)變式電阻傳感器的應(yīng)用應(yīng)變式電阻傳感器的應(yīng)用 德國(guó)德國(guó)HBMHBM電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 2728質(zhì)量傳感器質(zhì)量傳感器 位移傳感器位移傳感器 加速度計(jì)加速度計(jì) F柱式測(cè)力傳感器柱式測(cè)力傳感器29沖床生產(chǎn)記數(shù)沖床生產(chǎn)記數(shù)F柱式測(cè)力傳感器柱式測(cè)力傳感器應(yīng)變片受應(yīng)變片受力變形力變形30機(jī)器人握力測(cè)量機(jī)器人握力測(cè)量31 3.其他電阻傳感器其他電阻傳感器 (1).(1).熱電阻傳感器熱電阻傳感器 利用導(dǎo)電物體電阻率隨本身溫度變化而變化的溫度電阻效應(yīng)制成的利用導(dǎo)電物體電阻率隨本身溫度變化而變化的溫度電阻效應(yīng)制成

14、的傳感器。傳感器。 溫度(熱量)的變化電阻的變化 32(3).(3).光敏電阻傳感器光敏電阻傳感器 (4).(4).濕敏電阻傳感器濕敏電阻傳感器 (5).(5).氣敏電阻傳感器氣敏電阻傳感器 334.電阻圖片電阻圖片345.電阻應(yīng)用的典型電路電阻應(yīng)用的典型電路69放大器電阻調(diào)零電路放大器電阻調(diào)零電路金屬膜多圈電位器金屬膜多圈電位器3569交流放大器中各電阻作用交流放大器中各電阻作用3678光控調(diào)光臺(tái)燈光控調(diào)光臺(tái)燈3783暗激發(fā)開關(guān)控制暗激發(fā)開關(guān)控制3882結(jié)露報(bào)警控制電路結(jié)露報(bào)警控制電路濕敏電阻濕敏電阻391. 變換原理變換原理 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕巧、靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，能在高低溫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕巧、

15、靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，能在高低溫和強(qiáng)輻射環(huán)境中工作。和強(qiáng)輻射環(huán)境中工作。兩平行極板組成的電容器兩平行極板組成的電容器, ,它的電容量為它的電容量為: :+A 當(dāng)被測(cè)量當(dāng)被測(cè)量、A或或發(fā)生發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起電容的變化。如果變化時(shí)，都會(huì)引起電容的變化。如果保持其中的兩個(gè)參數(shù)不變，而僅改變另一個(gè)參數(shù)，就可把該參數(shù)的保持其中的兩個(gè)參數(shù)不變，而僅改變另一個(gè)參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化變換為變化變換為單一電容量的變化。單一電容量的變化。AC0 介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，空氣介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，空氣 1。 0 真空的介電常數(shù)，真空的介電常數(shù)， 0=8.85 10-12F/m。 極板間距。極板間距。A 極板面積。極板

16、面積。將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化40+2. 分類分類 AC0a) a) 極距變化型極距變化型41b)b)面積變化型面積變化型: :平面線位移型平面線位移型, ,角位移型角位移型, , 柱面線位移型柱面線位移型42AC0平面線位移型平面線位移型43柱面線位移型柱面線位移型. .AC044c) c) 介質(zhì)變化型介質(zhì)變化型AC0453. 靈敏度靈敏度 a) a) 極距變化型極距變化型0AC 02AdCd 傳感器的靈敏度近似為：傳感器的靈敏度近似為：02dCACSd 變極距電容傳感器變極距電容傳感器 平板電容器平板電容器 46傳感器靈敏度傳感器靈敏度b)b)面積變化型面積變化型a)a)直線位移

17、型直線位移型 0bxC 0bdCSdx 常數(shù)直線位移型直線位移型b)b)角位移型角位移型 202rC 傳感器傳感器靈敏度靈敏度 202rdCSd 常數(shù)角位移型角位移型47c)c)介質(zhì)變化型介質(zhì)變化型介質(zhì)常數(shù)變化型電容式傳感器介質(zhì)常數(shù)變化型電容式傳感器大多用于測(cè)量電介質(zhì)的厚度大多用于測(cè)量電介質(zhì)的厚度( (圖圖a)a)、位移、位移( (圖圖b)b)、液位、液位( (圖圖c) c) 根據(jù)極板介質(zhì)的介電常數(shù)隨根據(jù)極板介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度、濕度、容量改變而改變溫度、濕度、容量改變而改變來測(cè)量溫度、濕度、容量來測(cè)量溫度、濕度、容量( (圖圖d)d)等等 。48 可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量；可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量； 4.特

18、點(diǎn)與應(yīng)用特點(diǎn)與應(yīng)用 輸入能量小（極板間靜電引力?。?，靈敏度、高輸入能量?。O板間靜電引力?。?，靈敏度、高動(dòng)態(tài)特性好（可動(dòng)質(zhì)量小，固有頻率高）；動(dòng)態(tài)特性好（可動(dòng)質(zhì)量小，固有頻率高）；（1）特點(diǎn)）特點(diǎn) 非線性大；非線性大； 電纜分布電容影響大。電纜分布電容影響大。 49振動(dòng)測(cè)量振動(dòng)測(cè)量 旋轉(zhuǎn)軸的偏心量的測(cè)量旋轉(zhuǎn)軸的偏心量的測(cè)量 （2）應(yīng)用）應(yīng)用50電容式氫液高度傳感器電容式氫液高度傳感器 軋輥軋輥工作極板工作極板被測(cè)帶材被測(cè)帶材電容式測(cè)厚電容式測(cè)厚51zfn60電容式轉(zhuǎn)速傳感器電容式轉(zhuǎn)速傳感器當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電容量發(fā)生周期性變化，通過測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，則頻率計(jì)顯示的頻率代表轉(zhuǎn)速大小。設(shè)齒數(shù)為z

19、,頻率為f,則轉(zhuǎn)速為:52535.電容應(yīng)用的典型電路電容應(yīng)用的典型電路173濾波電路濾波電路54180退耦電路退耦電路55194儲(chǔ)能放電電路儲(chǔ)能放電電路56210電容復(fù)位電路電容復(fù)位電路57 電感式傳感器是基于電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)原理，它是把原理，它是把被測(cè)量被測(cè)量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為化為電感量電感量的一種裝置。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581. 1. 可變磁阻式可變磁阻式( (自感型自感型) )001112AALmR原理原理: :電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)W:W:線圈匝數(shù)；線圈匝數(shù)；L L1 1: :鐵芯長(zhǎng)度；鐵芯長(zhǎng)度；1

20、1：鐵芯磁導(dǎo)率；鐵芯磁導(dǎo)率；0 0：空氣磁導(dǎo)率：空氣磁導(dǎo)率A A1 1：鐵芯導(dǎo)磁截面：鐵芯導(dǎo)磁截面A A0 0：空氣導(dǎo)磁截面：空氣導(dǎo)磁截面可變磁阻式傳感器基本原理可變磁阻式傳感器基本原理 1 1線圈線圈 2. 2. 鐵芯鐵芯 3. 3. 銜鐵銜鐵 mRWL22002WAL592002AWL (1).(1).間隙變化型間隙變化型20022WAdLLSd 間隙變化型可變磁阻式傳感器結(jié)構(gòu) 當(dāng)當(dāng)0 、A0固定不變，改變固定不變，改變時(shí)，時(shí)，L與與呈非線形（雙曲線）關(guān)系呈非線形（雙曲線）關(guān)系 L L與與的雙曲線關(guān)系的雙曲線關(guān)系 傳感器靈敏度：傳感器靈敏度： L602002AWL (2).(2).面積變化

21、型面積變化型面積變化型可變磁阻式傳感器結(jié)構(gòu) 當(dāng)當(dāng)0 、 固定不變，改變固定不變，改變A0時(shí)，時(shí)，L與與A0呈線形關(guān)系呈線形關(guān)系 傳感器靈敏度傳感器靈敏度 2002WdLSdAL與A0的線形關(guān)系=常數(shù)常數(shù)61(3).(3).螺線管型螺線管型 當(dāng)其它參數(shù)不變，僅改變當(dāng)其它參數(shù)不變，僅改變l l，使，使R Rm m變化，從而產(chǎn)變化，從而產(chǎn)生電感的變化。生電感的變化。 1 1002lmAARmRWL262(4).(4).雙螺旋管差動(dòng)型雙螺旋管差動(dòng)型傳感器靈敏度傳感器靈敏度 LddLS2632. 2. 渦流式電感傳感器渦流式電感傳感器 當(dāng)金屬板置于變化磁場(chǎng)中或者在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，在金屬板當(dāng)金屬板置于變化磁

22、場(chǎng)中或者在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，在金屬板中產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在金屬體內(nèi)是閉合的，稱為中產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在金屬體內(nèi)是閉合的，稱為渦流渦流。 渦流的大小與金屬板的電阻率渦流的大小與金屬板的電阻率、磁導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、厚度、厚度t，以及金，以及金屬板與線圈距離、激勵(lì)電流、角頻率等參數(shù)有關(guān)。屬板與線圈距離、激勵(lì)電流、角頻率等參數(shù)有關(guān)。 渦流式電感傳感器可分為渦流式電感傳感器可分為 1）高頻反射式高頻反射式 2）低頻透射式低頻透射式 64原線圈的等效阻抗原線圈的等效阻抗Z Z變化：變化：),(ZZ (1).(1).高頻反射式（集膚效應(yīng)）高頻反射式（集膚效應(yīng)）( )Zf x高頻反射式渦流傳感器高頻反射式渦流

23、傳感器 65(2).(2).低頻透射式（互感原理）低頻透射式（互感原理）低頻透射式渦流傳感器低頻透射式渦流傳感器 e e2 2隨材料厚度增加變化的規(guī)律隨材料厚度增加變化的規(guī)律 664.4.渦流式傳感器的應(yīng)用渦流式傳感器的應(yīng)用案例：位移、振幅、軸心軌跡的測(cè)量案例：位移、振幅、軸心軌跡的測(cè)量徑向振動(dòng)的測(cè)量徑向振動(dòng)的測(cè)量 構(gòu)件振幅的測(cè)量構(gòu)件振幅的測(cè)量 構(gòu)件振型的測(cè)量構(gòu)件振型的測(cè)量 軸心軌跡的測(cè)量軸心軌跡的測(cè)量 6760fnz其中，其中，n為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速；為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速；f為脈沖頻率；為脈沖頻率；z為轉(zhuǎn)軸上的槽數(shù)或?yàn)檗D(zhuǎn)軸上的槽數(shù)或齒數(shù)。齒數(shù)。案例案例: :轉(zhuǎn)速的測(cè)量轉(zhuǎn)速的測(cè)量68案例：案例： 測(cè)厚測(cè)厚案例

24、：案例： 零件計(jì)數(shù)零件計(jì)數(shù)693. 3. 變壓器式變壓器式- -差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器工作原理工作原理:互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象.70應(yīng)用: 厚度,角度,表面粗糙度;拉伸,壓縮,垂直度;壓力,流量, 液位;張力,重力,負(fù)荷量;扭矩, 應(yīng)力,動(dòng)力;氣壓,溫度; 振動(dòng),速度,加速度;案例：案例：板的厚度測(cè)量板的厚度測(cè)量 案例：案例：張力測(cè)量張力測(cè)量7172低通濾波低通濾波46473公路傳感器公路傳感器47574電感位移傳感器電感位移傳感器47675電源串、共模抵制濾波電路電源串、共模抵制濾波電路484761. 1. 變換原理變換原理 磁電式傳感器是把被測(cè)量的磁電式傳感器是把被測(cè)量的物理量物理量轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為感

25、應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的的一種轉(zhuǎn)換器。一種轉(zhuǎn)換器。),(,cos,mdtddtdRBSBNU感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e e為為 磁通變化率與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁阻、線圈運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，改變其中一個(gè)因素，都會(huì)改變線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 ddeNt 772. 2. 分類分類 磁感應(yīng)電式恒定磁通式變磁通式線速度型角速度型N783. 3. 動(dòng)圈式傳感器動(dòng)圈式傳感器 kNBAeNBlvesinl:l:每匝線圈的平均長(zhǎng)度；每匝線圈的平均長(zhǎng)度；B:B:線圈所在磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；線圈所在磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；A:A:每匝線圈的截面積；每匝線圈的截面積； :線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角；線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角；

26、k:k:傳感器的結(jié)構(gòu)系數(shù)。傳感器的結(jié)構(gòu)系數(shù)。 794. 4. 磁阻式傳感器磁阻式傳感器 805. 5. 磁電傳感器的應(yīng)用磁電傳感器的應(yīng)用 測(cè)速電機(jī)測(cè)速電機(jī)磁電式測(cè)速傳感器磁電式測(cè)速傳感器81測(cè)頻數(shù)測(cè)頻數(shù) 測(cè)轉(zhuǎn)速測(cè)轉(zhuǎn)速 振動(dòng)測(cè)量振動(dòng)測(cè)量 821. 1. 變換原理變換原理 某些物質(zhì)，如石英，當(dāng)某些物質(zhì)，如石英，當(dāng)受到外力作用時(shí)，不僅幾何受到外力作用時(shí)，不僅幾何尺寸會(huì)發(fā)生變化，而且內(nèi)部尺寸會(huì)發(fā)生變化，而且內(nèi)部被極化，表面會(huì)產(chǎn)生電荷；被極化，表面會(huì)產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回到當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回到原來的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為原來的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)。83壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)式中，式中，

27、q為電荷為電荷量量；D為為壓電常數(shù)，與材質(zhì)及切片壓電常數(shù)，與材質(zhì)及切片方向有關(guān)；方向有關(guān)；F為作用力。為作用力。 q=DF84aaqeCea：開路電壓；開路電壓；q:壓電晶片表面上的電荷；壓電晶片表面上的電荷；Ca 為壓電晶片的電容。為壓電晶片的電容。2. 2. 測(cè)量電路測(cè)量電路 等效電荷源等效電荷源 Cc:分布電容；分布電容；Ri:輸入電阻；輸入電阻；Ra:漏電阻；漏電阻；Ci:輸入電容輸入電容85壓電式傳感器輸出電荷壓電式傳感器輸出電荷q很少，內(nèi)阻很少，內(nèi)阻Ra很大，輸出信號(hào)很很大，輸出信號(hào)很 弱小，因此要進(jìn)行處理：弱小，因此要進(jìn)行處理： (1) 放大放大微弱的壓電信號(hào)微弱的壓電信號(hào) (2

28、) 進(jìn)行進(jìn)行阻抗匹配阻抗匹配 電壓放大器電壓放大器 電荷放大器電荷放大器 (1).(1).主要作用主要作用86放大器的輸入電壓：放大器的輸入電壓： icaiCCCqe系統(tǒng)的輸出電壓為：系統(tǒng)的輸出電壓為： 系統(tǒng)的靈敏度為：系統(tǒng)的靈敏度為： icaCCCASicaiyCCCqAeAe當(dāng)電纜長(zhǎng)度變化時(shí)，當(dāng)電纜長(zhǎng)度變化時(shí)，Cc變化，變化， ei變化，變化，系統(tǒng)的靈敏度發(fā)生系統(tǒng)的靈敏度發(fā)生變化，此時(shí)測(cè)試比變化，此時(shí)測(cè)試比較困難較困難 (2).(2).電壓放大器電壓放大器87fCS1qqt+qf= ei(Ca+Cc+Ci)+(ei-ey)Cf= eiC+ (ei-ey)Cf ffyKCCCKqe)(fyf

29、fCqethenCCKCIf )( ei=(q+eyCf)/(C+Cf)推導(dǎo)推導(dǎo)(3).(3).電荷放大器電荷放大器883. 壓電傳感器的應(yīng)用壓電傳感器的應(yīng)用壓力變送器壓力變送器加速度計(jì)，力傳感器加速度計(jì)，力傳感器 89壓電式壓力傳感壓電式壓力傳感 壓電式壓力傳感器特性壓電式壓力傳感器特性 90傳感器選用原則傳感器選用原則 選擇傳感器主要考慮靈敏度、線性范圍、響應(yīng)特性、穩(wěn)定性、精確度、測(cè)量方式等六個(gè)方面的問題。 1. 靈敏度靈敏度 一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但在確定靈敏度時(shí)，要考慮以下幾個(gè)問題。 a)靈敏度過高引起的干擾問題； b)量程范圍。 913 響應(yīng)特性響應(yīng)特性 傳感器的響應(yīng)特性是

30、指在所測(cè)頻率范圍內(nèi)，保持不失真的測(cè)量條件。 實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總不可避免地有一定延遲，但總希望延遲的時(shí)間越短越好。 2 線性范圍線性范圍 任何傳感器都有一定的線性工作范圍。在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系，線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測(cè)量精度的基本條件。924 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是表示傳感器經(jīng)過長(zhǎng)期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間與環(huán)境。5 精確度精確度 傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被測(cè)量的對(duì)應(yīng)程度。 6 測(cè)量方式測(cè)量方式 傳感器工作方式，也是選擇傳感器時(shí)應(yīng)考慮的重要因素。例如，接觸與非接觸測(cè)量、破壞與非破壞性測(cè)量、在線與非在線測(cè)量等。93 應(yīng)變片受力后，電阻的變化dR dAARdRdLLRdRALR則則dAALdALdLAdR2兩邊同除以R，同時(shí)R=L/A，則AdAdLdLRdRdL/L=金屬導(dǎo)線長(zhǎng)度的相對(duì)變化，稱金屬導(dǎo)線長(zhǎng)度的相對(duì)變化，稱縱向應(yīng)變?？v向應(yīng)變。d/導(dǎo)線電阻率的相對(duì)變化。導(dǎo)線電阻率的相對(duì)變化。 dA/A導(dǎo)線截面積的相對(duì)變化，稱為稱導(dǎo)線截面積的相對(duì)變化，稱為稱橫向應(yīng)變。橫向應(yīng)變。 (2).(2).工作原理工作原理94 對(duì)于圓形截面積的導(dǎo)線，若其半徑為對(duì)于圓形截面積的導(dǎo)線，若其半徑為r，則，則 rdrrddA2)(2)(222rdrr