傳感器的分類與原理

傳感器的分類與原理第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日1、傳感器的概念傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日機(jī)械系統(tǒng)中常見的物理量幾何量—長度、角度、表面幾何形狀機(jī)械量—振動(dòng)（速度、加速度、位移）、力、

壓力、力矩、扭矩、功率、質(zhì)量、硬度熱工量—溫度、溫度場、濕度、流量光學(xué)量—照度、光學(xué)參數(shù)（焦距、透光率）電磁量—電壓、電流、電勢、磁場強(qiáng)度第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日測試技術(shù)的方法（以測力為例）第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日2、傳感器的分類分類方法

說

明

舉

例

按輸入量分類傳感器以被測物理量分類，也即按用途分類，便于用戶選擇。

位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等

按工作原理分類（變換原理）傳感器以工作原理命名，便于生產(chǎn)廠家專業(yè)生產(chǎn)。

應(yīng)變式、電容式、電感式、壓電式、熱電式等

按物理現(xiàn)象分類（信號變換特征）

結(jié)構(gòu)型

傳感器依賴其結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換

電容式傳感器：利用電容極板間隙或面積的變化

C物性型

傳感器依賴其敏感元件物理特性的變化實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換

壓電式傳感器：壓電效應(yīng)，力電荷熱電偶：熱電效應(yīng)

按能量關(guān)系分類

能量控制型由外部供給傳感器能量，而由被測量來控制輸出的能量電容傳感器：需外部供電，使x(t)C電流或電壓

能量轉(zhuǎn)換型傳感器直接將被測量的能量轉(zhuǎn)換為輸出量的能量溫度計(jì)：吸收被測物的能量磁電式：線圈切割磁力線感應(yīng)電勢

按輸出信號分類

模擬式

輸出量為模擬量

數(shù)字式

輸出量為數(shù)字量

第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日3、傳感器的原理及組成第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日3、傳感器的原理傳感器感受被測物理量并把它變換為便于傳輸處理的電信號。它是整個(gè)測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測試和自動(dòng)控制的首要的、關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。中間電路將傳感器輸出的微弱電信號進(jìn)行再次變換、放大、衰減、濾波、調(diào)制和解調(diào)等，使它們成為便于顯示、記錄或進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的信號。顯示與記錄器將中間變換與測量電路送來的電壓或電流信號不失真地顯示和記錄出來。驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生人為驅(qū)動(dòng)信號，是被測對象處于人為的工作狀態(tài)下，把內(nèi)部特性表現(xiàn)得更明顯。標(biāo)定裝置產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)輸入以便用實(shí)驗(yàn)的方法來得到被測量與顯示記錄之間準(zhǔn)確地量的關(guān)系。第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日以測量汽車油箱中汽油液位的裝置為例第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日4、公司涉及的傳感器4.1、壓力傳感器4.2、壓差液位計(jì)4.3、雷達(dá)液位計(jì)4.4、溫度傳感器4.5、流量計(jì)4.6、音叉開關(guān)第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.1、壓力傳感器第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日壓力傳感器的金屬膜片工作壓力使膈膜密封膜片產(chǎn)生偏移，并通過填充液把壓力送到傳感器膜片上，該膜片產(chǎn)生的形變再通過填充液把壓力傳送到電橋上，與壓力相關(guān)的橋路輸出電壓的變化被測量并進(jìn)一步處理。第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日壓力傳感器測液位的原理第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日溫度對于零點(diǎn)的影響第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日雙壓力測液位的測量原理第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.2、壓差液位計(jì)第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日D=CT/2式中：D—雷達(dá)液位計(jì)到液面的距離C—光速T——電磁波運(yùn)行時(shí)間因空罐的距離E已知，則物位L為：L=E-D4.3、雷達(dá)液位計(jì)第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日任何雷達(dá)物位計(jì)的測量都要求有足夠的反射信號.以下因素將影響反射信號強(qiáng)度:1) 測量距離.距離越大,信號越弱2) 表面狀態(tài).動(dòng)蕩不穩(wěn)定的表面將降低反射雷達(dá)波的強(qiáng)度.3) 介電常數(shù).介電常數(shù)越大,反射越強(qiáng)大.4) 泡沫.

5)天線尺寸.天線尺寸越大,將得到越窄的雷達(dá)波束角和更集中的雷達(dá)波能量6) 天線上的積垢灰塵.雷達(dá)液位計(jì)精度影響因素第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.4、溫度傳感器測量原理-TR10鉑熱電阻鉑熱電阻的特點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠,所以在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。按IEC標(biāo)準(zhǔn),鉑熱電阻的使用溫度范圍為-200~+850℃。鉑熱電阻的特性方程為在-200~0℃的溫度范圍內(nèi):Rt=R0［1+At+Bt2+Ct3(t-100)］在0~850℃的溫度范圍內(nèi):Rt=R0(1+At+Bt2)第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日溫度傳感器安裝要求第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.5、流量計(jì)4.5.1、電磁流量計(jì)4.5.2、渦街流量計(jì)4.5.3、渦輪流量計(jì)4.5.4、質(zhì)量流量計(jì)第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.5.1電磁式流量計(jì)Electromagneticflowmeter測量原理當(dāng)導(dǎo)電流體流過磁極之間的絕緣管道時(shí)，相當(dāng)于長度為管道內(nèi)徑的導(dǎo)體以流速v移動(dòng)切割磁力線，則在導(dǎo)電流體中必然會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢，其大小為：其中：K——與磁場分布及軸向長度有關(guān)的系數(shù)；B——磁感應(yīng)強(qiáng)度；V——導(dǎo)電液體平均流速；D——電極間距（測量管內(nèi)直徑）；第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日

電動(dòng)勢E的方向?yàn)椋笮∨c流量成正比。在管道的電場E方向兩點(diǎn)加上電極（石墨等耐腐蝕材料），將電動(dòng)勢引出測量，就可以得到流速v，乘以管道截面積得流量（流量計(jì)上的微電腦芯片自動(dòng)計(jì)算顯示和上傳）：第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日電磁式流量計(jì)的使用優(yōu)點(diǎn)：不受其他因素影響，測量范圍寬，可測強(qiáng)腐蝕、含雜質(zhì)流體。無壓降損失。電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日安裝方式第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.5.2渦街式流量計(jì)Vortexstreetflowmeter

測量原理在流量計(jì)管道中，設(shè)一滯流件，流體流經(jīng)滯流件時(shí)，下游會(huì)產(chǎn)生兩列不對稱的旋渦，在滯流件的側(cè)后方分開，形成卡門（Karman）旋渦列——卡門渦街，旋渦產(chǎn)生的頻率f與流量計(jì)管道中流體流速υ的關(guān)系為：滯流件漩渦是低壓區(qū)，用壓電式傳感器檢測出壓力脈沖的頻率d——柱形滯流件的直徑（迎流寬度）s——無量綱常數(shù)，稱為Strouhal數(shù)，與流體流動(dòng)狀態(tài)的雷諾數(shù)Re有關(guān)。第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日

風(fēng)大電線聲尖銳。汽車后面因卡門渦街而必須關(guān)窗。用壓電等傳感器測出漩渦的振動(dòng)，上傳給頻率電壓轉(zhuǎn)換電路。直接用微電腦計(jì)數(shù)，測頻率（不轉(zhuǎn)換）更準(zhǔn)確。優(yōu)點(diǎn)：簡單、準(zhǔn)確，阻力小、壽命長。

對于一種固定的滯流件，卡門渦街得頻率與流速一一對應(yīng)，電腦用查表或解析算法就能算出流速v。第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日渦街流量計(jì)安裝注意事項(xiàng)第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日渦街流量計(jì)安裝注意事項(xiàng)補(bǔ)償測量點(diǎn)的安裝冷熱介質(zhì)的保溫第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.5.3渦輪流量計(jì)TurbineFlowmeter測量原理在流體作用下，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速與平均流速成正比，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)周期改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻。檢測線圈中磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性感應(yīng)電勢，即電脈沖信號，經(jīng)放大器放大后，送至顯示儀表顯示。TUF的實(shí)用流量方程為：qv=f/K

f－流量計(jì)輸出信號的頻率，Hz；K－流量計(jì)的儀表系數(shù)，P/m3。第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日渦輪流量計(jì)安裝注意事項(xiàng)1、對直管段的要求前5后32、介質(zhì)應(yīng)該滿管3、垂直安裝盡量水由下向上4、水流相對較穩(wěn)，無脈沖第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.5.4質(zhì)量流量計(jì)測量原理–質(zhì)量流量計(jì)中的科里奧利力第三十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日第三十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日質(zhì)量流量計(jì)的安裝方式理想安裝方式第三十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日5、傳感器的誤差與校準(zhǔn)-誤差來源人為疏忽氣流輻射噪聲塵埃儀器環(huán)境觀察溫度歸零負(fù)載水平磨耗混用干擾振動(dòng)壓力濕度記憶力