課題三傳感與檢測

1、課題三課題三 學習傳感與檢測技術學習傳感與檢測技術 學習任務一學習任務一 認識傳感與檢測技術認識傳感與檢測技術 學習任務二學習任務二 學習常用傳感器及其應用學習常用傳感器及其應用課題三課題三 學習傳感與檢測技術學習傳感與檢測技術 案例導案例導入入1.汽車上的傳感器汽車上的傳感器如圖如圖3-1所示所示豐田豐田2JZ-GE型轎車發(fā)動機上傳感器排布，可見汽車上應型轎車發(fā)動機上傳感器排布，可見汽車上應用各式各樣的傳感器。汽車傳感器是汽車電子控制系統(tǒng)的關鍵部件，用各式各樣的傳感器。汽車傳感器是汽車電子控制系統(tǒng)的關鍵部件，是汽車電子控制系統(tǒng)信息的主要來源。是汽車電子控制系統(tǒng)信息的主要來源。汽車電子控制系統(tǒng)

2、上應用了多種傳感器，如空氣流量計、壓力傳感器汽車電子控制系統(tǒng)上應用了多種傳感器，如空氣流量計、壓力傳感器、位置傳感器、速度傳感器、氣體濃度傳感器等。其主要功能是利用、位置傳感器、速度傳感器、氣體濃度傳感器等。其主要功能是利用安裝在汽車各部位的信號轉(zhuǎn)換裝置，測量或檢測汽車在各種運行狀態(tài)安裝在汽車各部位的信號轉(zhuǎn)換裝置，測量或檢測汽車在各種運行狀態(tài)下相關機件的工作參數(shù)以及駕駛操縱、車輛控制、運行環(huán)境、異常狀下相關機件的工作參數(shù)以及駕駛操縱、車輛控制、運行環(huán)境、異常狀態(tài)監(jiān)測等所需信息。態(tài)監(jiān)測等所需信息。下一頁返回課題三課題三 學習傳感與檢測技術學習傳感與檢測技術并將它們轉(zhuǎn)換成計算機能接受的電信號后送給

3、并將它們轉(zhuǎn)換成計算機能接受的電信號后送給ECU, ECU根據(jù)這些信根據(jù)這些信息進行運算處理，進而發(fā)出指令對執(zhí)行元件進行適時傳感器控制。息進行運算處理，進而發(fā)出指令對執(zhí)行元件進行適時傳感器控制。 2.起重機械上的傳感檢測起重機械上的傳感檢測隨著工業(yè)的發(fā)展，交通、建筑等行業(yè)也日新月異，各類機型的類型眾隨著工業(yè)的發(fā)展，交通、建筑等行業(yè)也日新月異，各類機型的類型眾多，各自發(fā)揮著重要作用。多，各自發(fā)揮著重要作用。如圖如圖3 -2所示所示汽車起重機汽車起重機(適用于流動性大適用于流動性大的不固定場所作業(yè)的不固定場所作業(yè))及及圖圖3 -3所示所示履帶起重機履帶起重機(常用于各種建筑工地常用于各種建筑工地)，

4、但起重機械工作時的起重重量控制以及工作中的安全因素，如起重量但起重機械工作時的起重重量控制以及工作中的安全因素，如起重量、起升高度及幅度等，必須通過傳感器得到嚴密的實時監(jiān)控。、起升高度及幅度等，必須通過傳感器得到嚴密的實時監(jiān)控。上一頁 下一頁返回課題三課題三 學習傳感與檢測技術學習傳感與檢測技術 3.電子秤電子秤日常生活中常見的各種電子秤及用于運輸車輛測重的地秤日常生活中常見的各種電子秤及用于運輸車輛測重的地秤(如圖如圖3 -4所所示示)等稱重設備應用等稱重設備應用廣廣泛都離不開傳感器技術。泛都離不開傳感器技術。4.安檢門安檢門電渦流式通道安全的出電渦流式通道安全的出入入口檢測系統(tǒng)應用較廣，可

5、有效地探測出槍支口檢測系統(tǒng)應用較廣，可有效地探測出槍支、匕首等金屬武器及其他大件金屬物品。它廣泛應用于機場、海關、匕首等金屬武器及其他大件金屬物品。它廣泛應用于機場、海關、錢幣廠、監(jiān)獄等重要場所。利用電渦流式傳感器如何進行通道安全門錢幣廠、監(jiān)獄等重要場所。利用電渦流式傳感器如何進行通道安全門的檢查，防止危險物品的進的檢查，防止危險物品的進入。入。如圖如圖3-5所示所示。上一頁返回學習任務一學習任務一 認識傳感與檢測技術認識傳感與檢測技術 1.什么是傳感與檢測技術什么是傳感與檢測技術(1)什么是檢測技術什么是檢測技術檢測是利用各種物理、化學效應，選擇合適的方法與裝置，將生產(chǎn)、檢測是利用各種物理、

6、化學效應，選擇合適的方法與裝置，將生產(chǎn)、科研生活等各方面的有關信息通過檢查與測量的方法賦予定性或定量科研生活等各方面的有關信息通過檢查與測量的方法賦予定性或定量結果的過程。能夠自動地完成整個檢測處理過程的技術稱為自動檢測結果的過程。能夠自動地完成整個檢測處理過程的技術稱為自動檢測與轉(zhuǎn)換技術。檢測技術是自動化技術的支柱之一。與轉(zhuǎn)換技術。檢測技術是自動化技術的支柱之一。自動檢測系統(tǒng)是幫助完成整個檢測處理過程的系統(tǒng)。自動檢測系統(tǒng)是幫助完成整個檢測處理過程的系統(tǒng)。目目前，非電量的前，非電量的檢測常常采用電測法，即先將采集到的各種非電量轉(zhuǎn)換為電量，然后檢測常常采用電測法，即先將采集到的各種非電量轉(zhuǎn)換為電

7、量，然后再進行處理。最后顯示或記錄非電量值，系統(tǒng)的組成框圖再進行處理。最后顯示或記錄非電量值，系統(tǒng)的組成框圖如圖如圖3-6所所示。示。下一頁返回學習任務一學習任務一 認識傳感與檢測技術認識傳感與檢測技術(2)什么是傳感器什么是傳感器如圖如圖3 -7所示所示，人通過感官感覺外界對象的刺激，通過大腦對感受的，人通過感官感覺外界對象的刺激，通過大腦對感受的信息進行判斷、處理，肢體作出相應的反映。傳感器相當于人的感官信息進行判斷、處理，肢體作出相應的反映。傳感器相當于人的感官，稱，稱“電五官電五官”，外界信息由它提取，并轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)易于處理的電信，外界信息由它提取，并轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)易于處理的電信號，微機對電

8、信號進行處理，發(fā)出控制信號給執(zhí)行器，執(zhí)行器對外界號，微機對電信號進行處理，發(fā)出控制信號給執(zhí)行器，執(zhí)行器對外界對象進行控制。對象進行控制。傳感器作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，已成為自動化傳感器作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，已成為自動化系統(tǒng)和機器人技術中的關鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個結構組成，其重系統(tǒng)和機器人技術中的關鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個結構組成，其重要性變得越來越明顯。要性變得越來越明顯。上一頁 下一頁返回學習任務一學習任務一 認識傳感與檢測技術認識傳感與檢測技術從廣義上講，傳感器就是能夠感覺外界信息，并能按一定規(guī)律將這些從廣義上講，傳感器就是能夠感覺外界信息，并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用的

9、輸出信號的器件或裝置。這一概念包含了下面三方信息轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號的器件或裝置。這一概念包含了下面三方面的含義。面的含義。傳感器是一種能夠完成提取外界信息任務的裝置。傳感器是一種能夠完成提取外界信息任務的裝置。傳感器的輸入量通常指非電量傳感器的輸入量通常指非電量;而輸出量是便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理而輸出量是便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等的物理量，主要是電量信號。、顯示等的物理量，主要是電量信號。傳感器的輸出量與輸入量之間精確地保持一定規(guī)律。傳感器的輸出量與輸入量之間精確地保持一定規(guī)律。 2.傳感器組成傳感器組成傳感器一般由敏感元件、傳感元件和測量轉(zhuǎn)換電路三部分組成，傳感器一般由敏感元件、傳感元件和

10、測量轉(zhuǎn)換電路三部分組成，如圖如圖3-8所示所示，但并不是所有的傳感器都有敏感元件和傳感元件之分，有，但并不是所有的傳感器都有敏感元件和傳感元件之分，有些傳感器是將二者合二為一的。些傳感器是將二者合二為一的。上一頁 下一頁返回學習任務一學習任務一 認識傳感與檢測技術認識傳感與檢測技術 (1)敏感元件敏感元件 敏感元件是傳感器中能直接感受被測量的部分，即直接感受被測量敏感元件是傳感器中能直接感受被測量的部分，即直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的某一物理量。，并輸出與被測量成確定關系的某一物理量。 (2)傳感元件傳感元件傳感元件是傳感器中將敏感元件輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電信傳感元件是傳

11、感器中將敏感元件輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電信號部分。號部分。(3)測量轉(zhuǎn)換電路測量轉(zhuǎn)換電路測量轉(zhuǎn)換電路將電量參數(shù)轉(zhuǎn)換成便于測量的電壓、電流、頻率等電量測量轉(zhuǎn)換電路將電量參數(shù)轉(zhuǎn)換成便于測量的電壓、電流、頻率等電量信號。信號。上一頁 下一頁返回學習任務一學習任務一 認識傳感與檢測技術認識傳感與檢測技術 3.傳感器的分類傳感器的分類傳感器種類繁多，分類方法也不盡相同，常用的分類方法有以下幾種傳感器種類繁多，分類方法也不盡相同，常用的分類方法有以下幾種。(1)按被測物理量分類按被測物理量分類按被測物理量，可分為溫度、壓力、流量、物位、位移、加速度、磁按被測物理量，可分為溫度、壓力、流量、物位、位移

12、、加速度、磁場、光場、光通量等傳感器。這種分類方法明確表明了傳感器的用途，便于使用者通量等傳感器。這種分類方法明確表明了傳感器的用途，便于使用者選用，如壓力傳感器用于測量壓力信號。選用，如壓力傳感器用于測量壓力信號。(2)按傳感器工作原理分類按傳感器工作原理分類上一頁 下一頁返回學習任務一學習任務一 認識傳感與檢測技術認識傳感與檢測技術按工作原理，可分為電阻傳感器、熱敏傳感器、光敏傳感器、電容傳按工作原理，可分為電阻傳感器、熱敏傳感器、光敏傳感器、電容傳感器、自感傳感器、磁電傳感器等，這種方法表明了傳感器的工作原感器、自感傳感器、磁電傳感器等，這種方法表明了傳感器的工作原理，有利于傳感器的設計

13、和應用。例如，電容傳感器就是將被測量轉(zhuǎn)理，有利于傳感器的設計和應用。例如，電容傳感器就是將被測量轉(zhuǎn)換成電容值的變化。換成電容值的變化。表表3-1列出了這種分類方法中各類型傳感器的名列出了這種分類方法中各類型傳感器的名稱及典型應用。稱及典型應用。(3)按傳感器轉(zhuǎn)換能量供給形式分類按傳感器轉(zhuǎn)換能量供給形式分類按轉(zhuǎn)換能量供給形式，分為能量變換型按轉(zhuǎn)換能量供給形式，分為能量變換型(發(fā)電型發(fā)電型)和能量控制型和能量控制型(參量型參量型)兩種。能量變換型傳感器在進行信號轉(zhuǎn)換時不需另外提供能量，就可兩種。能量變換型傳感器在進行信號轉(zhuǎn)換時不需另外提供能量，就可將輸將輸入入信號能量變換為另一種形式能量輸出，如熱

14、電偶傳感器、壓電信號能量變換為另一種形式能量輸出，如熱電偶傳感器、壓電式傳感器等式傳感器等;能量控制型傳感器工作時必須有外加電源，如電阻、電能量控制型傳感器工作時必須有外加電源，如電阻、電感、電容、霍爾式傳感器等。感、電容、霍爾式傳感器等。上一頁 下一頁返回學習任務一學習任務一 認識傳感與檢測技術認識傳感與檢測技術 (4)按傳感器工作機理分類按傳感器工作機理分類按工作機理，可分為結構型傳感器和物性型傳感器。結構型傳感器是按工作機理，可分為結構型傳感器和物性型傳感器。結構型傳感器是指被測量變化時引起了傳感器結構發(fā)生改變，從而引起輸出電量變化指被測量變化時引起了傳感器結構發(fā)生改變，從而引起輸出電量

15、變化。物性型傳感器是利用物質(zhì)的物理或化學特性隨被測參數(shù)變化的原理構物性型傳感器是利用物質(zhì)的物理或化學特性隨被測參數(shù)變化的原理構成，一般沒有可動結構部分，易小型化，如各種半導體傳感器。成，一般沒有可動結構部分，易小型化，如各種半導體傳感器。習慣上常把工作原理和用途結合起來命名傳感器，如電容式壓力傳感習慣上常把工作原理和用途結合起來命名傳感器，如電容式壓力傳感器、電感式位移傳感器等。器、電感式位移傳感器等。上一頁返回學習任務二學習任務二 學習常用傳感器及其應用學習常用傳感器及其應用 1.電阻應變片式傳感器電阻應變片式傳感器電阻傳感器中的電阻應變式傳感器應用十分電阻傳感器中的電阻應變式傳感器應用十分

16、廣廣泛，主要應用可分兩大泛，主要應用可分兩大類，其一是將應變片直接粘貼在被測試件上，測量應力或應變類，其一是將應變片直接粘貼在被測試件上，測量應力或應變;其二其二是與彈性元件連用，測量力、壓力、位移、速度、加速度等物理量。是與彈性元件連用，測量力、壓力、位移、速度、加速度等物理量。應用如案例中列舉的電子秤和應用如案例中列舉的電子秤和圖圖3 -9所示所示的沖床計數(shù)等。的沖床計數(shù)等。(1)電阻應變式傳感器概述電阻應變式傳感器概述電阻應變式傳感器是利用導體或半導體材料的應變效應制成的一種測電阻應變式傳感器是利用導體或半導體材料的應變效應制成的一種測量器件。用于測量微小的機械變化量，在結構強度實驗中，

17、它是測量量器件。用于測量微小的機械變化量，在結構強度實驗中，它是測量應變的最主要手段，也是應變的最主要手段，也是目目前測量應力、應變、力矩、壓力、加速度前測量應力、應變、力矩、壓力、加速度等物理量應用最等物理量應用最廣廣泛的傳感器之一。泛的傳感器之一。下一頁返回學習任務二學習任務二 學習常用傳感器及其應用學習常用傳感器及其應用電阻應變式傳感器主要由電阻應變片及測量轉(zhuǎn)換電路等組成。用應變電阻應變式傳感器主要由電阻應變片及測量轉(zhuǎn)換電路等組成。用應變片測量應變時，將應變片粘貼在試件表面。當試件受力變形后，應變片測量應變時，將應變片粘貼在試件表面。當試件受力變形后，應變片上的電阻也隨之變形，從而使應變

18、片電阻值發(fā)生變化，通過測量轉(zhuǎn)片上的電阻也隨之變形，從而使應變片電阻值發(fā)生變化，通過測量轉(zhuǎn)換電路最終轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化。換電路最終轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化。 (2)應變片應變片應變式傳感器是利用電阻應變效應做成的傳感器，是常用的傳感器之應變式傳感器是利用電阻應變效應做成的傳感器，是常用的傳感器之一。應變式傳感器的核心元件是電阻應變計一。應變式傳感器的核心元件是電阻應變計(應變片應變片)。如圖如圖3-11所示，金屬絲電阻應變片由敏感柵、基底、覆蓋層和引線組所示，金屬絲電阻應變片由敏感柵、基底、覆蓋層和引線組成。成。敏感柵敏感柵:感受應變，并將其轉(zhuǎn)換為電阻的變化。感受應變，并將其轉(zhuǎn)換為電阻的變化。

19、上一頁 下一頁返回學習任務二學習任務二 學習常用傳感器及其應用學習常用傳感器及其應用基底和覆蓋層基底和覆蓋層:固定和保護敏感柵，使敏感柵與試件絕緣，并傳遞試固定和保護敏感柵，使敏感柵與試件絕緣，并傳遞試件變形給敏感柵。件變形給敏感柵。引出線引出線:將敏感柵的電阻變化引出到測量電路中。將敏感柵的電阻變化引出到測量電路中。常用的應變片有兩大類常用的應變片有兩大類:一類是金屬電阻應變片，另一類是半導體應一類是金屬電阻應變片，另一類是半導體應變片。變片。金屬電阻應變片有絲式應變片和箔式應變片等。箔式應變片的優(yōu)點是金屬電阻應變片有絲式應變片和箔式應變片等。箔式應變片的優(yōu)點是表面積和截面積之比大，散熱條件

20、好，故允許通過較大的電流，并可表面積和截面積之比大，散熱條件好，故允許通過較大的電流，并可做成任意形狀，便于大量生產(chǎn)。由于上述一系列優(yōu)點，所以使用范圍做成任意形狀，便于大量生產(chǎn)。由于上述一系列優(yōu)點，所以使用范圍日益日益廣廣泛，有逐漸取代絲式應變片的趨勢泛，有逐漸取代絲式應變片的趨勢。如圖如圖3-12所示所示。上一頁 下一頁返回學習任務二學習任務二 學習常用傳感器及其應用學習常用傳感器及其應用半導體應變片的結構半導體應變片的結構如圖如圖3-13所示。所示。它的使用方法與電阻絲式相同，它的使用方法與電阻絲式相同，即粘貼在被測物上，隨被測物的應變，其電阻發(fā)生相應變化。即粘貼在被測物上，隨被測物的應變

21、，其電阻發(fā)生相應變化。半導體應變片的工作原理是基于半導體材料的壓阻效應。半導體應變半導體應變片的工作原理是基于半導體材料的壓阻效應。半導體應變片的主要優(yōu)點是靈敏度高片的主要優(yōu)點是靈敏度高(靈敏度比金屬絲式、箔式大幾十倍靈敏度比金屬絲式、箔式大幾十倍)，主要，主要缺點是靈敏度的一致性差、溫漂大，電阻與應變間非線性嚴重。在使缺點是靈敏度的一致性差、溫漂大，電阻與應變間非線性嚴重。在使用時，需采用溫度補償及非線性補償措施。用時，需采用溫度補償及非線性補償措施。應變片的粘貼是應變測量的關鍵之一，它涉及被測表面的變形能否正應變片的粘貼是應變測量的關鍵之一，它涉及被測表面的變形能否正確地傳遞給應變片。粘貼

22、所用的鉆合劑必須與應變片材料和試件材料確地傳遞給應變片。粘貼所用的鉆合劑必須與應變片材料和試件材料相適應，并要遵循正確的粘貼工相適應，并要遵循正確的粘貼工藝。藝。現(xiàn)將粘貼工現(xiàn)將粘貼工藝藝簡簡述述如下如下:試件的表面處理。試件的表面處理。上一頁 下一頁返回學習任務二學習任務二 學習常用傳感器及其應用學習常用傳感器及其應用確定貼片位置。確定貼片位置。粘貼。粘貼。固化。固化。粘貼質(zhì)量檢查。粘貼質(zhì)量檢查。引線的焊接與防護。引線的焊接與防護。(3)測量轉(zhuǎn)換電路測量轉(zhuǎn)換電路根據(jù)不同的要求，應變電橋有不同的工作方式，根據(jù)不同的要求，應變電橋有不同的工作方式，如圖如圖3-14所示所示。單臂半橋工作方式單臂半橋

23、工作方式雙臂半橋工作方式雙臂半橋工作方式上一頁 下一頁返回學習任務二學習任務二 學習常用傳感器及其應用學習常用傳感器及其應用全橋工作方式全橋工作方式上述三種工作方式中，全橋四臂工作方式的靈敏度最高，單臂半橋工上述三種工作方式中，全橋四臂工作方式的靈敏度最高，單臂半橋工作方式的靈敏度最低。作方式的靈敏度最低。在實際應用時，應盡量采用雙臂半橋或全橋的工作方式，這不僅是因在實際應用時，應盡量采用雙臂半橋或全橋的工作方式，這不僅是因為這兩種工作方式的靈敏度較高，還因為它們都具有實現(xiàn)溫度自補償為這兩種工作方式的靈敏度較高，還因為它們都具有實現(xiàn)溫度自補償?shù)墓δ堋．敪h(huán)境溫度升高時，橋臂上的應變片溫度同時升高

24、，溫度引的功能。當環(huán)境溫度升高時，橋臂上的應變片溫度同時升高，溫度引起的電阻值漂移大小一致，從而減小因橋路的溫漂而帶來的測量誤差起的電阻值漂移大小一致，從而減小因橋路的溫漂而帶來的測量誤差。(4)電阻應變式傳感器的種類及應用電阻應變式傳感器的種類及應用測力傳感器。測力傳感器。上一頁 下一頁返回學習任務二學習任務二 學習常用傳感器及其應用學習常用傳感器及其應用應變片式傳感器的最大用武之地還是稱重和測力領域，應變片式傳感器的最大用武之地還是稱重和測力領域，如圖如圖3-15所示所示。這種測力傳感器的結構由應變計、彈性元件和一些附件所組成。視。這種測力傳感器的結構由應變計、彈性元件和一些附件所組成。視

25、彈性元件結構型式和受載性質(zhì)的不同，它們有許多種類。彈性元件結構型式和受載性質(zhì)的不同，它們有許多種類。 例如例如:電子秤，電子秤，如圖如圖3-16所示，將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)化結構變形所示，將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)化結構變形再通過應變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。再通過應變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。壓力傳感器壓力傳感器主要用來測量流體的壓力。視其彈性體的結壓力傳感器壓力傳感器主要用來測量流體的壓力。視其彈性體的結構形式構形式有單一式和組合式之分。有單一式和組合式之分。單一式壓力傳感器是指應變計直接粘貼在受壓彈性膜片或筒上。單一式壓力傳感器是指應變計直接粘貼在受壓彈性膜片或筒上。上一頁 下一頁返回學習任務二學習任務二

26、學習常用傳感器及其應用學習常用傳感器及其應用組合式壓力傳感器則由受壓彈性元件組合式壓力傳感器則由受壓彈性元件(膜片、膜盒或波紋管膜片、膜盒或波紋管)和應變彈和應變彈性元件性元件(如各種梁如各種梁)組合而成。前者承受壓力，后者粘貼應變計。兩者組合而成。前者承受壓力，后者粘貼應變計。兩者之間通過傳力件傳遞壓力作用。這種結構的優(yōu)點是受壓彈性元件能對之間通過傳力件傳遞壓力作用。這種結構的優(yōu)點是受壓彈性元件能對流體高溫、腐蝕等影響起到隔離作用，使應變計具有良好的工作環(huán)境流體高溫、腐蝕等影響起到隔離作用，使應變計具有良好的工作環(huán)境。位移傳感器。位移傳感器。應變式位移傳感器是把被測位移量轉(zhuǎn)變成彈性元件的變形

27、和應變，然應變式位移傳感器是把被測位移量轉(zhuǎn)變成彈性元件的變形和應變，然后通過應變計和應變電橋，輸出正比于被測位移的電量。它可用來近后通過應變計和應變電橋，輸出正比于被測位移的電量。它可用來近測或遠測靜態(tài)與動態(tài)的位移量。因此，既要求彈性元件剛度小，對被測或遠測靜態(tài)與動態(tài)的位移量。因此，既要求彈性元件剛度小，對被測對象的影響反力小，又要求系統(tǒng)的固有頻率高，動態(tài)頻響特性好。測對象的影響反力小，又要求系統(tǒng)的固有頻率高，動態(tài)頻響特性好。如圖如圖3-17所示。所示。上一頁 下一頁返回學習任務二學習任務二 學習常用傳感器及其應用學習常用傳感器及其應用其他應變式傳感器。其他應變式傳感器。利用應變片除可構成上述

28、主要應用傳感器外，還可構成其他應變式傳利用應變片除可構成上述主要應用傳感器外，還可構成其他應變式傳感器，如通過質(zhì)量塊與彈性元件的作用，可將被測加速度轉(zhuǎn)換成彈性感器，如通過質(zhì)量塊與彈性元件的作用，可將被測加速度轉(zhuǎn)換成彈性應變，從而構成應變式加速度傳感器，應變，從而構成應變式加速度傳感器，如圖如圖3-18所示所示。 2.電渦流傳感器電渦流傳感器在電工學中，我們學過有關電渦流的知識。當導體處于交變的磁場中在電工學中，我們學過有關電渦流的知識。當導體處于交變的磁場中時，鐵芯會因為電磁感應而在內(nèi)部產(chǎn)生自行封閉的電渦流而發(fā)熱。變時，鐵芯會因為電磁感應而在內(nèi)部產(chǎn)生自行封閉的電渦流而發(fā)熱。變壓器和交流電動機的

29、鐵芯都是用硅鋼片疊制而成，就是為了減小電渦壓器和交流電動機的鐵芯都是用硅鋼片疊制而成，就是為了減小電渦流，避免發(fā)熱。流，避免發(fā)熱。上一頁 下一頁返回學習任務二學習任務二 學習常用傳感器及其應用學習常用傳感器及其應用(1)電渦流傳感器定義及分類電渦流傳感器定義及分類基于法拉第感應現(xiàn)象，金屬導體在置于交變的磁場中時，導體表面會基于法拉第感應現(xiàn)象，金屬導體在置于交變的磁場中時，導體表面會有感應電流的產(chǎn)生。電流的流線在金屬體內(nèi)自行閉合，這種由電磁感有感應電流的產(chǎn)生。電流的流線在金屬體內(nèi)自行閉合，這種由電磁感應原理產(chǎn)生的旋渦狀感應電流稱為電渦流，這種現(xiàn)象稱為電渦流效應應原理產(chǎn)生的旋渦狀感應電流稱為電渦流

30、，這種現(xiàn)象稱為電渦流效應。因此，要形成渦流必須具備兩個條件。因此，要形成渦流必須具備兩個條件:存在交變磁場存在交變磁場;導電體處于交導電體處于交變磁場中。變磁場中。電渦流傳感器的傳感元件是一個線圈，俗稱為電渦流探頭。電渦流探電渦流傳感器的傳感元件是一個線圈，俗稱為電渦流探頭。電渦流探頭結構如圖頭結構如圖3-19所示，實物如圖所示，實物如圖3 - 20所示。隨著電子技術的發(fā)展，所示。隨著電子技術的發(fā)展，現(xiàn)在已能將測量轉(zhuǎn)換電路安裝到探頭的外殼體中，它具有輸出信號大現(xiàn)在已能將測量轉(zhuǎn)換電路安裝到探頭的外殼體中，它具有輸出信號大，不受輸出電纜分布電容影響等優(yōu)點。，不受輸出電纜分布電容影響等優(yōu)點。上一頁

31、下一頁返回學習任務二學習任務二 學習常用傳感器及其應用學習常用傳感器及其應用根據(jù)電渦流效應制成的傳感器稱為電渦流傳感器。根據(jù)電渦流效應制成的傳感器稱為電渦流傳感器。(2)電渦流傳感器應用電渦流傳感器應用電渦流傳感器由于它具有結構簡單、靈敏度高、線性范圍大、頻率響電渦流傳感器由于它具有結構簡單、靈敏度高、線性范圍大、頻率響應范圍寬、抗干擾能力強等優(yōu)點，并能進行非接觸測量，在科學領域應范圍寬、抗干擾能力強等優(yōu)點，并能進行非接觸測量，在科學領域和工業(yè)生產(chǎn)中得到和工業(yè)生產(chǎn)中得到廣廣泛使用。在檢測領域，電渦流的用途就更多了。泛使用。在檢測領域，電渦流的用途就更多了?？梢杂脕硖綔y金屬可以用來探測金屬(如圖

32、如圖3 -21、圖、圖3 - 22所示的安全檢測、探雷等所示的安全檢測、探雷等)、非接觸地測量微小位移和振動以及測量工件尺寸、轉(zhuǎn)速、表面溫度等非接觸地測量微小位移和振動以及測量工件尺寸、轉(zhuǎn)速、表面溫度等諸多與電渦流有關的參量，還可以作為接近開關和進行無損探傷。它諸多與電渦流有關的參量，還可以作為接近開關和進行無損探傷。它的最大特點是非接觸測量，它是檢測技術中用途十分的最大特點是非接觸測量，它是檢測技術中用途十分廣廣泛的一種傳感泛的一種傳感器。器。上一頁 下一頁返回學習任務二學習任務二 學習常用傳感器及其應用學習常用傳感器及其應用下面介紹電渦流傳感器的幾種典型應用。位移測量、振動測量、轉(zhuǎn)速下面介

33、紹電渦流傳感器的幾種典型應用。位移測量、振動測量、轉(zhuǎn)速測量、電渦流表面探傷。測量、電渦流表面探傷。位移和振動測量。位移和振動測量。在測量振動方面，它是測量汽輪機、空氣壓縮機轉(zhuǎn)軸的徑向振動和汽在測量振動方面，它是測量汽輪機、空氣壓縮機轉(zhuǎn)軸的徑向振動和汽輪機葉片振幅的理想器件。還可以用多個傳感器并排安置在軸側，并輪機葉片振幅的理想器件。還可以用多個傳感器并排安置在軸側，并通過多通道指示儀表輸出至記錄儀，以測量軸的振動形狀并繪出振型通過多通道指示儀表輸出至記錄儀，以測量軸的振動形狀并繪出振型圖。圖。如圖如圖3 23圖圖3 - 26是各種測量應用。是各種測量應用。轉(zhuǎn)速測量。轉(zhuǎn)速測量。上一頁 下一頁返回

34、學習任務二學習任務二 學習常用傳感器及其應用學習常用傳感器及其應用在測量轉(zhuǎn)速方面，只要在旋轉(zhuǎn)體上加工或加裝一個有凹缺在測量轉(zhuǎn)速方面，只要在旋轉(zhuǎn)體上加工或加裝一個有凹缺口口的圓盤狀的圓盤狀或齒輪狀的金屬體，并配以電渦流傳感器，就能準確地測出轉(zhuǎn)速。如或齒輪狀的金屬體，并配以電渦流傳感器，就能準確地測出轉(zhuǎn)速。如圖圖3 - 27所示。所示。電渦流表面探傷測量。電渦流表面探傷測量。保持傳感器與被測導體的距離不變，還可實現(xiàn)電渦流探傷。探測時如保持傳感器與被測導體的距離不變，還可實現(xiàn)電渦流探傷。探測時如果遇到裂紋，導體電阻率和導磁率就發(fā)生變化，電渦流損耗，從而輸果遇到裂紋，導體電阻率和導磁率就發(fā)生變化，電渦

35、流損耗，從而輸出電壓也相應改變。通過對這些信號的檢驗就可確定裂紋的存在和方出電壓也相應改變。通過對這些信號的檢驗就可確定裂紋的存在和方位。如圖位。如圖3-28所示。所示。上一頁 下一頁返回學習任務二學習任務二 學習常用傳感器及其應用學習常用傳感器及其應用此外，利用導體的電阻率與溫度的關系，保持線圈與被測導體之間的此外，利用導體的電阻率與溫度的關系，保持線圈與被測導體之間的距離及其他參量不變，就可以測量金屬材料的表面溫度，還能通過接距離及其他參量不變，就可以測量金屬材料的表面溫度，還能通過接觸氣體或液體的金屬導體來測量氣體或液體的溫度。電渦流測溫是非觸氣體或液體的金屬導體來測量氣體或液體的溫度。

36、電渦流測溫是非接觸式測量，適用于測低溫到常溫的范圍，且有不受金屬表面污物影接觸式測量，適用于測低溫到常溫的范圍，且有不受金屬表面污物影響和測量快速等優(yōu)點。響和測量快速等優(yōu)點。電渦流傳感器還可用作接近傳感器和厚度傳感器以及用于金屬零件計電渦流傳感器還可用作接近傳感器和厚度傳感器以及用于金屬零件計數(shù)、尺寸檢驗、粗糙度檢測和制作非接觸連續(xù)測量式厚度計，如圖數(shù)、尺寸檢驗、粗糙度檢測和制作非接觸連續(xù)測量式厚度計，如圖3 - 29所示。所示。上一頁 下一頁返回學習任務二學習任務二 學習常用傳感器及其應用學習常用傳感器及其應用 3.光纖傳感器光纖傳感器(1)光纖傳感器概述光纖傳感器概述光纖傳感器一般是由光源

37、、接光纖傳感器一般是由光源、接口口、光導纖維、光調(diào)制機構、光電探測、光導纖維、光調(diào)制機構、光電探測器和信號處理系統(tǒng)等部分組成。光纖傳感器一般由三部分組成，除光器和信號處理系統(tǒng)等部分組成。光纖傳感器一般由三部分組成，除光纖之外，還必須有光源和光探測器兩個重要部件，如圖纖之外，還必須有光源和光探測器兩個重要部件，如圖3-30所示。所示。光纖傳感器與傳統(tǒng)的傳感器相比，具有靈敏度高，抗電磁干擾、電絕光纖傳感器與傳統(tǒng)的傳感器相比，具有靈敏度高，抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、本質(zhì)安全，測量速度快，信息容量大，適用于惡劣環(huán)境緣、耐腐蝕、本質(zhì)安全，測量速度快，信息容量大，適用于惡劣環(huán)境，質(zhì)量輕、體積小、可繞曲、

38、測量對象，質(zhì)量輕、體積小、可繞曲、測量對象廣廣泛、復用性好、成本低等特泛、復用性好、成本低等特點。點。上一頁 下一頁返回學習任務二學習任務二 學習常用傳感器及其應用學習常用傳感器及其應用光纖傳感器一般分為兩大類光纖傳感器一般分為兩大類:一類是傳光型，也稱非功能型光纖傳感一類是傳光型，也稱非功能型光纖傳感器器;另一類是傳感型或稱為功能型光纖傳感器。另一類是傳感型或稱為功能型光纖傳感器。功能型傳感器利用光纖本身具有的某種敏感功能。光纖一方面起傳輸功能型傳感器利用光纖本身具有的某種敏感功能。光纖一方面起傳輸光的作用，另一方面作為敏感元件，被測物理量的變化將影響光纖的光的作用，另一方面作為敏感元件，被

39、測物理量的變化將影響光纖的傳輸特性，從而將被測物理量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)制的光信號。也稱傳感傳輸特性，從而將被測物理量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)制的光信號。也稱傳感型光纖傳感器。型光纖傳感器。圖圖3 -31簡單示意了光纖傳感器的工作場景。簡單示意了光纖傳感器的工作場景。(2)光纖傳感器的應用光纖傳感器的應用光纖傳感器在油氣勘探中的應用。光纖傳感器在油氣勘探中的應用。上一頁 下一頁返回學習任務二學習任務二 學習常用傳感器及其應用學習常用傳感器及其應用流體分析儀如圖流體分析儀如圖3-32所示，可用于了解初期開發(fā)過程中的原油組成成所示，可用于了解初期開發(fā)過程中的原油組成成分。它由兩個傳感器合成分。它由兩個傳感器合成:

40、一個是吸收光譜分光計，另一個是熒光和一個是吸收光譜分光計，另一個是熒光和氣體探測器。氣體探測器。電路板標志檢測。電路板標志檢測。如圖如圖3 - 33所示，當光纖發(fā)出的光穿過標志孔時，若無反射，說明電所示，當光纖發(fā)出的光穿過標志孔時，若無反射，說明電路板方向放置正確。路板方向放置正確。轉(zhuǎn)速傳感器。轉(zhuǎn)速傳感器。如圖如圖3-34所示，齒盤每轉(zhuǎn)過一個齒，光電斷續(xù)器就輸出一個脈沖。通所示，齒盤每轉(zhuǎn)過一個齒，光電斷續(xù)器就輸出一個脈沖。通過脈沖頻率的測量或脈沖計數(shù)，即可獲得齒盤轉(zhuǎn)速和角位移。過脈沖頻率的測量或脈沖計數(shù)，即可獲得齒盤轉(zhuǎn)速和角位移。上一頁 下一頁返回學習任務二學習任務二 學習常用傳感器及其應用學

41、習常用傳感器及其應用 4.超聲波傳感器超聲波傳感器(1)超聲波傳感器概述超聲波傳感器概述超聲波的特點是指向性好，能量集中，穿透本領大，在遇到兩種介質(zhì)超聲波的特點是指向性好，能量集中，穿透本領大，在遇到兩種介質(zhì)的分界的分界面面(例如鋼板與空氣的交界面例如鋼板與空氣的交界面)時，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，這時，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象類似于光波。一現(xiàn)象類似于光波。超聲波的傳播波型主要可分為縱波、橫波、表面波等幾種。超聲波的傳播波型主要可分為縱波、橫波、表面波等幾種。超聲波換能器的工作原理有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種，在超聲波換能器的工作原理有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種，在

42、檢測技術中主要采用壓電式。檢測技術中主要采用壓電式。上一頁 下一頁返回學習任務二學習任務二 學習常用傳感器及其應用學習常用傳感器及其應用(2)超聲波傳感器的應用超聲波傳感器的應用如圖如圖3 - 35所示，空咖啡罐盒經(jīng)漏斗灌裝后，需達到規(guī)定的高度才所示，空咖啡罐盒經(jīng)漏斗灌裝后，需達到規(guī)定的高度才可封裝，其檢測傳感器多使用超聲波傳感器?？煞庋b，其檢測傳感器多使用超聲波傳感器。超聲波液位計。超聲波液位計。超聲波測液位是利用回聲原理進行工作的，如圖超聲波測液位是利用回聲原理進行工作的，如圖3 - 36所示。所示。超聲波的速度在各種不同的液體中是不同的。超聲波的速度在各種不同的液體中是不同的。超聲波測距

43、計。超聲波測距計。如圖如圖3 - 37所示，汽車倒車探頭裝在后保險杠上，探頭以所示，汽車倒車探頭裝在后保險杠上，探頭以450角輻射，角輻射，上下左右搜尋上下左右搜尋目目標。標。上一頁 下一頁返回學習任務二學習任務二 學習常用傳感器及其應用學習常用傳感器及其應用超聲波防盜報警器。超聲波防盜報警器。圖圖3 - 38為超聲報警電路。上圖為發(fā)射部分，下圖為接收部分的電原為超聲報警電路。上圖為發(fā)射部分，下圖為接收部分的電原理框圖。它們裝在同一塊線路板上。理框圖。它們裝在同一塊線路板上。 5.傳感器的應用及發(fā)展傳感器的應用及發(fā)展綜上所述，傳感器作為整個檢測系統(tǒng)的前哨，它提取信息的準確與否綜上所述，傳感器作為整個檢測系統(tǒng)的前哨，它提取信息的準確與否直接決定著整個檢測系統(tǒng)的精度。傳