《機(jī)械工程測試技術(shù)》概述課件

第三章、常用傳感器與敏感元件本章學(xué)習(xí)要求：1.了解傳感器的分類2.掌握常用傳感器測量原理及應(yīng)用3.了解常用傳感器測量電路第三章、常用傳感器與敏感元件本章學(xué)習(xí)要求：3.1概述傳感器定義工程測量中通常把直接作用于被測量，并能按一定方式將其轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出的器件，稱為傳感器。狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。被測量傳感器（器件、裝置）輸出量易檢測、處理多為電學(xué)量非電量3.1概述傳感器定義狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)被測非電量電量傳感器2.傳感器的構(gòu)成敏感器件的作用是感受被測物理量，并對信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。傳感元件：感受敏感元件的輸出，然后輸出電學(xué)量另一種非電量敏感元件傳感元件輔助電源R1R2R4R3EAB輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。被測非電量電量傳感器2.傳感器的構(gòu)成敏感器件的作3.傳感器的分類常見的被測物理量機(jī)械量:長度,厚度,位移,速度,加速度,旋轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)數(shù),質(zhì)量,重量,力,壓力,真空度,力矩,風(fēng)速,流速,流量;聲:

聲壓,噪聲.磁:

磁通,磁場.溫度:

溫度,熱量,比熱.光：亮度，色彩1)按被測物理量分類3.傳感器的分類常見的被測物理量1)按被測物理量分類2)按傳感器工作原理分類:可分為電阻式、電容式、電感式、壓電式、霍爾式、磁電式、光電式、熱電偶等傳感器。優(yōu)點(diǎn)：顯示傳感器的本質(zhì)，便于理解、了解2)按傳感器工作原理分類:可分為電阻式、電容式、電感式、壓電3）按傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)分類：開關(guān)型傳感器：輸出為開關(guān)量模擬型傳感器：輸出模擬量數(shù)字型傳感器：輸出為脈沖或代碼的。3）按傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)分類：開關(guān)型傳感器：輸出為開關(guān)量4)按信號(hào)變換特征:物性型和結(jié)構(gòu)型5)按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系:能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型第二節(jié)機(jī)械式傳感器及儀器4)按信號(hào)變換特征:物性型和結(jié)構(gòu)型第二節(jié)機(jī)械式傳感器及儀器（一）電阻式傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器,按工作的原理可分為:變阻器式、電阻應(yīng)變式.一、

變阻器式傳感器（一）電阻式傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器,1、等效電路分析:xp-變阻器總長;x-電刷移動(dòng)量.R-總電阻;Rx電刷電阻;xxp輸入輸出關(guān)系：Rx=k*xxxp=RxRp=UoUeUo=

(Ue/xp

)*xUeUo分壓電路（開路）1、等效電路分析:xp-變阻器總長;xxp輸入輸出關(guān)系：Rx開路時(shí)，被測位移x與輸出電壓Uo的關(guān)系：Uo=(Ue

/xp)*x0xpUeUox=S*x開路時(shí)，被測位移x與輸出電壓Uo的關(guān)系：Uo=(Ue/x負(fù)載效應(yīng)UeUoIRLRxRp-Rx1UeUo=xxpRLRp+xpx()-當(dāng)有負(fù)載接入時(shí)，由于前后裝置之間發(fā)生能量交換，使前置裝置的輸出發(fā)生變化，實(shí)際使用負(fù)載效應(yīng)UeUoIRLRxRp-Rx1UeUo=xxpRLR實(shí)際輸出電壓當(dāng)Rp/RL<0.1時(shí)，相對線性誤差<1.5%1UeUo=xxpRLRp+xpx()-[]0xUo減小負(fù)載效應(yīng)的措施，提高后置設(shè)備的輸入阻抗RL實(shí)際輸出電壓當(dāng)Rp/RL<0.1時(shí)，相對線性誤差<1.5%12、變阻器式傳感器產(chǎn)品2、變阻器式傳感器產(chǎn)品二、電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片工作原理：基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，應(yīng)變電阻變化二、電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片工作原理：應(yīng)變電阻變化1、工作原理金屬材料的電阻值：電阻的變化率：應(yīng)變電阻變化發(fā)生形變時(shí)軸向和橫向應(yīng)變：金屬材料的電阻值：1、工作原理金屬材料的電阻值：電阻的變化率：應(yīng)變電阻變化發(fā)金屬材料，忽略導(dǎo)電率變化金屬應(yīng)變片，靈敏度Sg值多在1.7～3.6之間，見表3－2對于半導(dǎo)體材料，形變引起的電導(dǎo)率變化大半導(dǎo)體壓阻材料的靈敏度比金屬應(yīng)變片大50～70倍，見表3－3金屬材料，忽略導(dǎo)電率變化金屬應(yīng)變片，靈敏度Sg值多在1.7～2、應(yīng)變片的主要參數(shù)(1）幾何參數(shù)：敏感柵尺寸、基底尺寸，制。(2）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)。

BE120-2FB型，箔式電阻，酚醛基底標(biāo)稱電阻：120歐敏感柵：2.0X2.0，基底：5.2X5.6BE120-2AA型，敏感柵：2.0X1.7，基底：5.4X3.22、應(yīng)變片的主要參數(shù)(1）幾何參數(shù)：敏感柵尺寸、基底尺寸，課堂練習(xí)3-4有一電阻應(yīng)變片，其靈敏度Sg=2，R=120，設(shè)工作時(shí)其應(yīng)變?yōu)?000(103*10-6)，問：R=?設(shè)將此應(yīng)變片接成圖中所示的電路，試求：1）無應(yīng)變時(shí)電流表示值I2）有應(yīng)變時(shí)電流表示值I+

I3）電流表示值相對變化量4）分析這個(gè)變量

I能否從表中讀出？課堂練習(xí)3-4有一電阻應(yīng)變片，其靈敏度Sg=2，R=12R/R=Sg*=0.002,R=0.002*120=0.24,

I=U/R=1.5/120=0.0125A=12.5mA,I=-I*(R/R)=-12.5*0.002

=-0.025mAR/R=Sg*=0.002,3、應(yīng)變片測量電路——電橋VER3R2R4R1由于電阻的變化率R/R非常小，需要電橋電路將這一變化輸出。3、應(yīng)變片測量電路——電橋VER3R2R4R1由于電阻的變化直流電橋的輸出電壓電橋平衡條件：R1R3=R2R4R1R2R4R3ueuoadRLbc直流電橋的輸出電壓電橋平衡條件：R1R3=R2R4R1R2R對于單臂電橋,令：R2=R，R3=R，R4=R，R1=R+dRVUeR3R2R4R1對于單臂電橋,令：R2=R，R3=R，R4=R金屬絲應(yīng)變片：Uo與應(yīng)變成線形關(guān)系，可以用電橋輸出電壓測量應(yīng)變電阻應(yīng)變片Sg電橋SuuoR/R應(yīng)變片的靈敏度Sg取決于材料電橋的靈敏度Su取決于電橋的接法金屬絲應(yīng)變片：Uo與應(yīng)變成線形關(guān)系，可以用電橋輸出電壓測量應(yīng)電橋的接法半橋單臂半橋雙臂全橋R1單臂

R1R2F半橋R1R2FR3R4全橋電橋的接法半橋單臂R1單臂R1R2F半橋R1R2FR3R4電橋的靈敏度雙臂電橋：全橋單臂電橋：電橋的靈敏度雙臂電橋：全橋單臂電橋：電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼技術(shù)

2.用數(shù)字萬用表測量應(yīng)變片電阻值大小。同一電橋中各應(yīng)變片之間阻值相差不得大于0.5歐姆.3.試件表面處理：貼片處置用細(xì)紗紙打磨干凈，用酒精棉球反復(fù)擦洗貼處，直到棉球無黑跡為止。4.應(yīng)變片粘貼:在應(yīng)變片基底上擠一小滴502膠水，輕輕涂抹均勻，立即放在應(yīng)變貼片位置。5.焊線:用電烙鐵將應(yīng)變片的引線焊接到導(dǎo)引線上。6.用兆歐表檢查應(yīng)變片與試件之間的絕緣組織，應(yīng)大于500M歐。7.應(yīng)變片保護(hù)：用704硅橡膠覆于應(yīng)變片上，防止受潮。1.目測電阻應(yīng)變片有無折痕.斷絲等缺陷，有缺陷的應(yīng)變片不能粘貼。電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼技術(shù)2.用數(shù)字萬用表測量應(yīng)變片電阻值第三章、常用傳感器與敏感元件本章學(xué)習(xí)要求：1.了解傳感器的分類2.掌握常用傳感器測量原理及應(yīng)用3.了解常用傳感器測量電路第三章、常用傳感器與敏感元件本章學(xué)習(xí)要求：3.1概述傳感器定義工程測量中通常把直接作用于被測量，并能按一定方式將其轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出的器件，稱為傳感器。狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。被測量傳感器（器件、裝置）輸出量易檢測、處理多為電學(xué)量非電量3.1概述傳感器定義狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)被測非電量電量傳感器2.傳感器的構(gòu)成敏感器件的作用是感受被測物理量，并對信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。傳感元件：感受敏感元件的輸出，然后輸出電學(xué)量另一種非電量敏感元件傳感元件輔助電源R1R2R4R3EAB輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。被測非電量電量傳感器2.傳感器的構(gòu)成敏感器件的作3.傳感器的分類常見的被測物理量機(jī)械量:長度,厚度,位移,速度,加速度,旋轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)數(shù),質(zhì)量,重量,力,壓力,真空度,力矩,風(fēng)速,流速,流量;聲:

聲壓,噪聲.磁:

磁通,磁場.溫度:

溫度,熱量,比熱.光：亮度，色彩1)按被測物理量分類3.傳感器的分類常見的被測物理量1)按被測物理量分類2)按傳感器工作原理分類:可分為電阻式、電容式、電感式、壓電式、霍爾式、磁電式、光電式、熱電偶等傳感器。優(yōu)點(diǎn)：顯示傳感器的本質(zhì)，便于理解、了解2)按傳感器工作原理分類:可分為電阻式、電容式、電感式、壓電3）按傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)分類：開關(guān)型傳感器：輸出為開關(guān)量模擬型傳感器：輸出模擬量數(shù)字型傳感器：輸出為脈沖或代碼的。3）按傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)分類：開關(guān)型傳感器：輸出為開關(guān)量4)按信號(hào)變換特征:物性型和結(jié)構(gòu)型5)按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系:能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型第二節(jié)機(jī)械式傳感器及儀器4)按信號(hào)變換特征:物性型和結(jié)構(gòu)型第二節(jié)機(jī)械式傳感器及儀器（一）電阻式傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器,按工作的原理可分為:變阻器式、電阻應(yīng)變式.一、

變阻器式傳感器（一）電阻式傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器,1、等效電路分析:xp-變阻器總長;x-電刷移動(dòng)量.R-總電阻;Rx電刷電阻;xxp輸入輸出關(guān)系：Rx=k*xxxp=RxRp=UoUeUo=

(Ue/xp

)*xUeUo分壓電路（開路）1、等效電路分析:xp-變阻器總長;xxp輸入輸出關(guān)系：Rx開路時(shí)，被測位移x與輸出電壓Uo的關(guān)系：Uo=(Ue

/xp)*x0xpUeUox=S*x開路時(shí)，被測位移x與輸出電壓Uo的關(guān)系：Uo=(Ue/x負(fù)載效應(yīng)UeUoIRLRxRp-Rx1UeUo=xxpRLRp+xpx()-當(dāng)有負(fù)載接入時(shí)，由于前后裝置之間發(fā)生能量交換，使前置裝置的輸出發(fā)生變化，實(shí)際使用負(fù)載效應(yīng)UeUoIRLRxRp-Rx1UeUo=xxpRLR實(shí)際輸出電壓當(dāng)Rp/RL<0.1時(shí)，相對線性誤差<1.5%1UeUo=xxpRLRp+xpx()-[]0xUo減小負(fù)載效應(yīng)的措施，提高后置設(shè)備的輸入阻抗RL實(shí)際輸出電壓當(dāng)Rp/RL<0.1時(shí)，相對線性誤差<1.5%12、變阻器式傳感器產(chǎn)品2、變阻器式傳感器產(chǎn)品二、電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片工作原理：基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，應(yīng)變電阻變化二、電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片工作原理：應(yīng)變電阻變化1、工作原理金屬材料的電阻值：電阻的變化率：應(yīng)變電阻變化發(fā)生形變時(shí)軸向和橫向應(yīng)變：金屬材料的電阻值：1、工作原理金屬材料的電阻值：電阻的變化率：應(yīng)變電阻變化發(fā)金屬材料，忽略導(dǎo)電率變化金屬應(yīng)變片，靈敏度Sg值多在1.7～3.6之間，見表3－2對于半導(dǎo)體材料，形變引起的電導(dǎo)率變化大半導(dǎo)體壓阻材料的靈敏度比金屬應(yīng)變片大50～70倍，見表3－3金屬材料，忽略導(dǎo)電率變化金屬應(yīng)變片，靈敏度Sg值多在1.7～2、應(yīng)變片的主要參數(shù)(1）幾何參數(shù)：敏感柵尺寸、基底尺寸，制。(2）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)。

BE120-2FB型，箔式電阻，酚醛基底標(biāo)稱電阻：120歐敏感柵：2.0X2.0，基底：5.2X5.6BE120-2AA型，敏感柵：2.0X1.7，基底：5.4X3.22、應(yīng)變片的主要參數(shù)(1）幾何參數(shù)：敏感柵尺寸、基底尺寸，課堂練習(xí)3-4有一電阻應(yīng)變片，其靈敏度Sg=2，R=120，設(shè)工作時(shí)其應(yīng)變?yōu)?000(103*10-6)，問：R=?設(shè)將此應(yīng)變片接成圖中所示的電路，試求：1）無應(yīng)變時(shí)電流表示值I2）有應(yīng)變時(shí)電流表示值I+

I3）電流表示值相對變化量4）分析這個(gè)變量

I能否從表中讀出？課堂練習(xí)3-4有一電阻應(yīng)變片，其靈敏度Sg=2，R=12R/R=Sg*=0.002,R=0.002*120=0.24,

I=U/R=1.5/120=0.0125A=12.5mA,I=-I*(R/R)=-12.5*0.002

=-0.025mAR/R=Sg*=0.002,3、應(yīng)變片測量電路——電橋VER3R2R4R1由于電阻的變化率R/R非常小，需要電橋電路將這一變化輸出。3、應(yīng)變片測量電路——電橋VER3R2R4R1由于電阻的變化直流電橋的輸出電壓電橋平衡條件：R1R3=R2R4R1R2R4R3ueuoadRLbc直流電橋的輸出電壓電橋平衡條件：R1R3=R2R4R1