傳感器技術(shù)重點(diǎn)

1、傳感器技術(shù)重點(diǎn)第四章 傳感器技術(shù)傳感器是測(cè)量系統(tǒng)的感受和變換的部件。一般將被測(cè)量裝換成電信號(hào)，有利于遠(yuǎn)距離的監(jiān)控，連續(xù)自動(dòng)檢測(cè)。（標(biāo)定問題）按被測(cè)量分類有： 壓力 溫度 轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速 流量 應(yīng)變按工作原理： 電阻式 電感式 電容式 熱電式 光電式 壓電式按能量轉(zhuǎn)換： 有源傳感器（能將外界機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能）磁，光，壓，熱無源傳感器（只改變電路中的電參量，需配有激勵(lì)電源）電阻式，電容式，電感式。41 傳感器基本形式和原理一壓電傳感器1. 壓電效應(yīng)有些晶體或半導(dǎo)體，當(dāng)受到外力作用而發(fā)生變形時(shí)，表面上會(huì)產(chǎn)生電荷。稱為壓效應(yīng)（順壓電效應(yīng)），用于測(cè)定壓力，振動(dòng)等。反之，在壓電材料上施加交變電場(chǎng)，材料會(huì)發(fā)生機(jī)

2、械變形，稱為逆壓電效應(yīng)。來作為超聲波發(fā)生器。例：石英經(jīng)過處理后，是六面體的棱柱體 x軸為電軸 y軸為機(jī)械軸 z軸為光軸特性：沿x軸作用力Fx，在垂直于x軸表面產(chǎn)生壓電效應(yīng)后為縱壓效應(yīng)，(+)沿y軸方向作用力Fy，在垂直于x軸的兩面產(chǎn)生大小相等，符號(hào)相反的電荷。稱橫向壓力效應(yīng)(-)電荷場(chǎng)產(chǎn)生在垂直于x軸的表面上，其電荷為 (圖2個(gè)) (K-壓電系數(shù)，與材料有關(guān)) (靈敏)反之，在交變電場(chǎng)作用下，沿Y軸方向的機(jī)械變形最明顯，稱逆壓電效應(yīng)。2壓電傳感輸出的電荷是與所施加的壓力成正比。能測(cè)量力，壓力，速度，振動(dòng)等物理量。一般內(nèi)二片以上壓電元件組成，于有極性，有串聯(lián)和并聯(lián)聯(lián)接方式串聯(lián)(圖) 特點(diǎn)：輸出V

3、大，C小，時(shí)間常數(shù)小，瞬態(tài)。并聯(lián)(圖) 特點(diǎn)：輸出Q大，C大，大，緩變信號(hào)。壓電晶片的絕緣電阻很高，置于兩級(jí)之間含連接導(dǎo)線，可能為是電容器。壓電傳感器內(nèi)阻抗非常高，輸出信號(hào)位于微弱，需經(jīng)電荷放大器放大，并可轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。設(shè)單片 組合后為Q 、V、C壓電傳感的能量以電壓或電荷兩種電量形式輸出的電壓靈敏度電荷 為提高壓電晶體的靈敏度，可選用K值大的材料，C小的導(dǎo)線作為輸出線。要求自振頻率高，質(zhì)量小，剛度大，裝配的時(shí)加預(yù)緊力消除間隙。要求好的絕緣性能，用無水酒精擦洗，在120攝氏度烘和內(nèi)烘3小時(shí)(一般用電吹風(fēng))。高溫時(shí)要求外部冷卻。3測(cè)量電路測(cè)量電路采用電荷放大器，傳感器，導(dǎo)線、電荷 放大器一同穩(wěn)

4、定標(biāo)定時(shí)：直流電壓表,往復(fù)式壓力針。二、電阻式傳感器復(fù)雜構(gòu)件用電算不能解決將零件變形參數(shù)(非電量)轉(zhuǎn)換成電壓(或電流)變化參數(shù)(電量)有變阻式(改變導(dǎo)體長(zhǎng)度)、壓阻式(改變內(nèi)部接觸電阻)、電阻應(yīng)變式(改變內(nèi)部應(yīng)力)、熱敏電阻式(由于溫度變化引起電阻變化)測(cè)量位移、轉(zhuǎn)角、力、應(yīng)力、壓力、溫度等。1 工作原理如金屬電阻絲電阻 當(dāng)電阻絲受拉伸式壓縮后，幾何尺寸變化，電阻值也變化 ，由材料力學(xué)可知： (縱向應(yīng)變)， (橫向應(yīng)變)， (泊桑比)： ，(體積變化率) 對(duì)于某一金屬電阻絲鎳鉻合金，康銅合金應(yīng)變率靈敏系數(shù)半導(dǎo)體電阻絲以上 即 2 結(jié)構(gòu) (圖) 絲式應(yīng)變片易于粘貼耐熱、耐濕性差制造簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜

5、半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏度高對(duì)環(huán)境溫度變化敏感箔式應(yīng)變片(經(jīng)光刻技術(shù)，腐蝕等工序制成厚度為0.0030.010)精度高，適應(yīng)性好，廣泛應(yīng)用3 溫度補(bǔ)償從兩個(gè)方面考慮：電阻絲本身R=f(T)電阻絲本身與試件或彈性元件的膨脹系數(shù)不同引起的若 式中K電阻絲靈敏系數(shù) 電阻絲電阻溫度系數(shù)試件、電阻絲線膨脹系數(shù)電阻溫度系數(shù)。4 測(cè)量電路直流電橋電路，將電阻信號(hào)變電壓信號(hào)。三、電容式傳感器電容式傳感器具有可變參數(shù)的傳感器，通常以空氣為介質(zhì)，二個(gè)多屬平板作電極電容量： 式中：S極板間相互覆蓋的工作面積。(4-1圖)兩極板的距離 介質(zhì)介電常數(shù)1) 變間距式：S、不變，改變呈反比為雙曲線非線性能否用傳感器？(圖)對(duì)于差動(dòng)

6、式線性度提高，工作范圍擴(kuò)大，靈敏度提高一倍。 過小，易電容擊穿，一般數(shù)量元母片(固體介質(zhì)) 由于分線中增加了一項(xiàng)常數(shù)項(xiàng)，且初始間隙比減小，使線性得到一定改善(4-2圖)2) 變面積式1 直線位移() O 為線性靈敏度=(4-3圖)2 角位移線性3) 變介電常數(shù)(P73)(5-2圖)(5-1圖)4)測(cè)量電路常用位于調(diào)制與解調(diào)電路(介電常數(shù)與環(huán)境溫度有關(guān)，需在測(cè)量電路中進(jìn)行溫度補(bǔ)償)四、電感傳感器電感傳感器是將非電量的位移、轉(zhuǎn)角、壓力、振動(dòng)等轉(zhuǎn)換為電感的變化量接入電橋電路，再變?yōu)殡妷狠敵觥?.自感式(線圈式)(5-3圖)式中人W線圈匝數(shù)；磁路的總磁阻(S)鐵芯銜鐵的磁阻空氣隙的磁阻(空氣的導(dǎo)磁系數(shù)

7、) 同理：可用差動(dòng)式測(cè)量電路：調(diào)制和解調(diào)電路電感電壓(P70圖4-6)2.互感式(變壓器式)差動(dòng)式將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為線圈的互感變化量，內(nèi)兩個(gè)鐵芯和一個(gè)公用銜鐵組成。銜鐵偏差中心位置，單個(gè)次級(jí)線圈的感應(yīng)電壓；銜鐵處于中心位置，單個(gè)次級(jí)線圈珠互感電壓；互感變化量。（P71圖4-7）測(cè)量電路：差動(dòng)整流電路。五、磁電式傳感器用于測(cè)量轉(zhuǎn)速、振幅、位移、加速度、轉(zhuǎn)矩等物理量。1 線圈運(yùn)動(dòng)式1 直線位移（P75圖4-13a）感應(yīng)電勢(shì)：式中：線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角；每匝導(dǎo)線線圈的長(zhǎng)度；氣隙處磁感應(yīng)強(qiáng)度（高斯）；匝數(shù)；線圈運(yùn)動(dòng)的線速度。2 施轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（P75圖4-13 b 用于測(cè)量轉(zhuǎn)角、測(cè)速） D線圈直徑2.鐵芯運(yùn)動(dòng)式(P76 圖4-14,用于測(cè)轉(zhuǎn)角,測(cè)速)式中：z匝數(shù)n的r/mm氣隙中最大磁通量感應(yīng)電勢(shì)的頻率正比于被測(cè)轉(zhuǎn)速如匝數(shù)為z=60 ,則軸速表=頻率計(jì)為求系數(shù)，加速度接入須分，積分電路，求出六、霍爾效應(yīng)傳感器某半導(dǎo)體元件在垂直于共薄片上穿過磁力線B1-2通以控制電流3-4輸出電壓霍爾常數(shù)元件厚度磁電感應(yīng)強(qiáng)度霍爾效應(yīng)靈敏系數(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噪聲小，頻響寬，非接解式位移、力、壓力、開關(guān)控制元件。.4-2 信號(hào)轉(zhuǎn)換與傳播傳感器輸出的是電阻、電感、電氣、信