2023年第3章安全系統(tǒng)檢測常用傳感器

千里之行，始于足下讓知識帶有溫度。第第2頁/共2頁精品文檔推薦第3章安全系統(tǒng)檢測常用傳感器第三章平安檢測常用傳感器

1.傳感器的分類溫度傳感器

物理量傳感器壓力傳感器

按輸入量（被測對象）分類化學量傳感器位移傳感器

生物量傳感器

從傳感器的轉換原理來說：結構型、物性型

按轉換元件的能量轉換方式：有源型（能量轉換型）和無源型（能量控制型或參數(shù)型）

按輸出信號的形式傳感器可分為：開關式、模擬式和數(shù)字式

按輸入、輸出特性傳感器可分為：線性和非線性

2.結構型傳感器：電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、磁電式傳感器

2.1電阻應變式傳感器：利用電阻應變片將應變轉換為電阻的變化，從而實現(xiàn)電測非電量

的傳感器（原理基于電阻應變效應）

2.1.1電阻應變效應：電阻材料的電阻值隨機械變化的物理現(xiàn)象

2.1.2壓阻效應：電阻材料受到載荷作用產(chǎn)生應力時、其電阻率發(fā)生變化的物理現(xiàn)象2.1.3金屬材料的電阻率相對變化正比于體積的相對變化

2.1.4金屬材料的應變電阻效應：金屬材料的電阻相對變化與其線應變ε成正比

2.1.5應變敏捷度系數(shù)：Ks=(1+2μ)+πE

2.1.6應變片測量應變的基本原理：外力作用而引起的軸向應變，將導致電阻絲的電阻

成比例地變化，通過轉換電路可將這種電阻變化轉換為電信號輸出2.1.7電阻應變計：把應變絲制成柵狀的應變敏感元件

2.1.8電阻應變片(簡稱應變片）由敏感柵、基底、籠罩層、引線和粘合劑構成

2.1.9按加工辦法,可以將應變片分為以下四種：絲式應變片、箔式應變片、半導體應

變片、薄膜應變片

按敏感柵的材料,可將應變計分為金屬應變計和半導體應變計兩大類

2.1.10電阻應變片靜態(tài)特性：敏捷度系數(shù)、機械滯后、蠕變、應變極限

2.1.10.1橫向效應：將直的金屬絲繞成敏感柵后，雖然長度相同，但應變狀態(tài)不

同，應變片敏感柵的電阻變化較直的金屬絲小，其敏捷系數(shù)降低了

的現(xiàn)象

2.1.10.2應變計的零漂：粘貼在試件上的應變計，在溫度保持恒定、不承受機械

應變時，其電阻值隨時光而變化的特性

2.1.10.3應變計的蠕變：假如在一定溫度下，使其承受恒定的機械應變，應變計

電阻值隨時光而變化的特性

2.1.10.4應變極限：在恒溫條件下，使非線性誤差達到10%時的真切應變值

2.1.11應變片絕緣電阻是指已粘貼的應變片的引線與被測試件之間的電阻值。通常要

求為50~100MΩ以上

2.1.12最大工作電流：不影響應變片工作特性的最大電流

2.1.12.1工作電流大，輸出信號就大，敏捷度也就高

2.1.13應變片的溫度效應（也稱溫度誤差）：由溫度變化引起應變計輸出變化的現(xiàn)象2.1.1

3.1電阻應變片的溫度補償：應變片自補償、法橋路補償法、熱敏電阻補償

法

2.1.14電橋平衡條件。按照此條件可分為以下三種狀況：（1）對輸出端對稱（2）對

電源端對稱（3）全等臂電橋結構

2.1.15差動全橋的敏捷度是單臂電橋的4倍，是雙臂差動電橋的2倍

2.2電容式傳感器：將被測非電量轉換為電容變化的裝置

2.2.1電容式傳感器可以有三種基本類型，即變極距(或稱變間隙）型、變面積型和變介電常數(shù)型。它們的電極外形有平板形、圓柱形和球平面形三種。

2.2.1.1為了提高敏捷度，減小非線性誤差，往往采納差動式結構。

2.2.2溫度影響：溫度對結構尺寸的影響、溫度對介質(zhì)的影響

2.2.3調(diào)頻測量電路：是把電容式傳感器作為振蕩器諧振回路的一部分，當輸入量導致

電容量發(fā)生變化時，振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化

2.3電感式傳感器：自感式傳感器、互感傳感器、電渦流式傳感器

2.3.1自感式傳感器工作原理與輸出特性：線圈電感L與氣隙面積S是成正比的，而變

氣隙長度傳感器中電感L和藹隙長度成反比

2.3.2互感傳感器：把被測的非電量改變?yōu)榫€圈間互感系數(shù)變化的傳感器（按照變壓器

的基本原理制成）

2.3.2.1差動變壓器為了既能分辨銜鐵移動方向和大小，又能消退零點殘余電壓，

實際測量時，經(jīng)常采納差動相敏檢波電路和差動整流電路。

2.3.3電渦流式傳感器：金屬導體置于變化著的磁場中，導體內(nèi)就會產(chǎn)生感應電流（電

渦流密度主要分布在表面附近）

2.3.3.1渦流傳感器主要用于位移、振動、轉速、距離、厚度等物理參數(shù)的測量，渦流

探傷。測量范圍大、敏捷度高、結構容易、抗干擾能力強，而且

可以實現(xiàn)非接觸測量

3.物性型傳感器：壓阻式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳感器、霍爾傳感器

3.1.1壓阻式傳感器有兩種類型，一種是利用半導體材料的體電阻做成粘貼式的應變片（結

構型），這另一種是在半導體的基片上用集成電路工藝制成蔓延型壓敏電阻，用它作為傳感元件制成的傳感器，稱固態(tài)壓阻式傳感器，也叫蔓延型壓阻式傳感器（物性型）3.1.1.1晶向的表示辦法有兩種，一種是截距法，另一種是法線法

3.1.2壓阻式傳感器的基本類型：壓阻式壓力傳感器、壓阻式加速度傳感器

3.1.3因為半導體材料對溫度比較敏感，壓阻式傳感器的電阻值及敏捷度系數(shù)隨溫度變化

而轉變，將引起零點溫度漂移和敏捷度漂移，

3.1.4溫度補償辦法：零點溫度補償、敏捷度溫度補償

3.1.5（正）壓電效應：某些電介質(zhì)，當沿著一定方向對其施力而使它變形時，內(nèi)部就產(chǎn)

生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，當外力

去掉后，又重新恢復不帶電狀態(tài)的現(xiàn)象

3.1.6逆向壓電效應：是指當某晶體沿一定方向受到電場作用時，相應地在一定的晶軸

方向將產(chǎn)生機械變形或機械應力，又稱電致伸縮效應

3.1.7沿電軸方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應稱為“縱向壓電效應

3.1.8把沿機械軸方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應稱為“橫向壓電效應”

3.1.9常見壓電材料：壓電晶體、多晶壓電陶瓷、新型壓電材料

3.1.10作為壓電材料的條件：轉換性能（高）、機械性能（高）、電性能（具有高的電阻

率和大的）、溫度和濕度穩(wěn)定性要好、時光穩(wěn)定性

3.1.11壓電式傳感器的測量電路

電壓放大器：其輸出電壓與輸入電壓(壓電元件的輸出電壓)成正比。

電荷放大器：其輸出電壓與輸入電荷成正比。

3.1.12電壓放大器的作用是將壓電式傳感器的高輸出阻抗經(jīng)放大器變換為低阻抗輸出，

并將微弱的電壓信號舉行適當放大．因此也把這種測量電路稱為阻抗變換器。

3..1.13影響壓電式傳感器性能的主要因素：

橫向敏捷度（壓電加速度傳感器的橫向敏捷度是指當加速度傳感器感觸到與其主

軸向(軸向敏捷度方向)垂直的單位加速度振動時的敏捷度，普通用

它與主軸向敏捷度的百分比來表示）

環(huán)境溫度和濕度的影響

安裝差異及基座應變

噪聲

3.2光電式傳感器：將光信號的變化轉換為電信號的一種傳感器件，其工作的物理基

礎是光電效應

3.2.1光電效應：由于汲取了光能后轉換為該物體中某些電子的能量而產(chǎn)生的電效

應

外光電效應：在光的照耀下，使電子逸出物體表面而產(chǎn)生光電子放射的現(xiàn)象

內(nèi)光電效應（光電導效應）：在光芒作用下，物體的導電性能發(fā)生變化，引起電

阻率或電導轉變的現(xiàn)象

光生伏特效應（阻止層光電效應）：在光芒作用下，物體產(chǎn)生一定方向的電動勢

的現(xiàn)象

3.2.1.1把PN結的兩端通過外導線短接，形成流過外電路的電流，也稱為光電池

的短路輸出電流

3.2.2光電器件的特性：

光照特性

伏安特性：是指光照一定時，這些光電元件的端電壓U與電流I之間的關

系

光譜特性

頻率特性

溫度特性

光電流：光敏元件兩端加上一定偏置電壓，在某種光源的特定照度下產(chǎn)生或增

加的電流

暗電流：光敏元件在無光照耀下，兩端加電壓后產(chǎn)生的電流

3.2.3光電傳感器按其接收狀態(tài)可分為

模擬光電傳感器

開關式光電傳感器：利用光電元件受光照或無光照時“有/無”電信號輸出的

特性，將被測量轉換成斷續(xù)變化的開關信號

3.2.4其他光電檢測器：電荷耦合器件(CCD)是典型的固體圖象傳感器——應用：圖

像傳輸、尺寸自動檢測、缺陷檢測

3.3霍爾效應：在通有電流的金屬板上加一勻強磁場，當電流方向與磁場方向垂直時，

在與電流和磁場都垂直的金屬板的兩表面間浮現(xiàn)電勢差的現(xiàn)象

3.3.1產(chǎn)生霍爾效應緣由是按照電磁感應定律，電子在磁場中以速度v運動時，受到

洛倫茲力fL；fL與電子的電菏量e、運動速度v及磁場強度B

成正比；fL=evB；隨著感應電動勢EH的增強，fE不斷增強，

終于fL與fE半達到某一平衡值，即：fL+fE=0

3.3.2霍爾元件材料：鍺(Ge)，N型及P型均可、硅(Si)．N型及P型均可、砷化銦(InAs)

和銻化銦(InSb)

3.3.3霍爾元件材料為什么必需用薄片？由于EH=IB/end

3.3.4霍爾元件的主要技術指標：最大磁感應強度BM、額定激勵電流IH、輸入電阻Ri、

輸出電阻RL、不等位電勢E0、寄生直流電勢V0、熱阻RQ

3.3.5霍爾集成電路可分為線性型和開關型兩大類：線性型集成電路是將霍爾元件和恒

流源、線性差動放大器等做在一個芯片上，輸出電壓為伏級，比直接使用霍爾

元件便利得多；開關型霍爾集成電路是將霍爾元件、穩(wěn)壓電路、放大器、施密

特觸發(fā)器、OC門（集電極開路輸出門）等電路做在同一個芯片上

3.5.6霍爾傳感器優(yōu)點：磁場敏感、結構容易、體積小、頻率響應寬、輸出電壓變化

大和使用壽命長等優(yōu)點

3.5.7霍爾傳感器的應用：可測量壓力、質(zhì)量、液位、流速、流量

3.6傳感器的選用原則：

敏捷度：傳感器的響應特性是指，在所測頻率范圍內(nèi)，保持不失真的測量條件

響應特性：在線性范圍內(nèi)，傳感器的輸出與輸入成比例關系，線性范圍愈寬，則表

明傳感器的工作量程愈大。為了保