傳感器.800的知識

第二章、常用傳感器本章學習要求：1.了解傳感器的分類2.掌握常用傳感器測量原理3.了解傳感器測量電路4.新型傳感器測試技術(shù)基礎1第二章、常用傳感器2.1概述1.傳感器

傳感器（Transducer/Sensor）是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可輸出信號的器件或裝置。

非電物理量電信號

目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號大多為電信號。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。2現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎有三個主要方面：①信息采集——

傳感器技術(shù)②信息傳輸——

通信技術(shù)③信息處理——

計算機技術(shù)（包括軟件和硬件）2.傳感器的構(gòu)成

傳感器由敏感器件、轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路組成。敏感器件的作用是感受被測物理量，并對信號進行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號進行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。2.1概述3被測信息敏感元件轉(zhuǎn)換元件輔助電源基本轉(zhuǎn)換電路輸出信息

傳感器構(gòu)成框圖3.傳感器的分類2.1概述1)按被測物理量分類常見的被測物理量機械量: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，色彩請大聲點42.1概述位移傳感器,力傳感器,滑覺傳感器,壓力傳感器，流量傳感器，溫度傳感器等.2)按被測量分類:52.1概述能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型.3)按信號變換特征:能量轉(zhuǎn)換型:直接由被測對象輸入轉(zhuǎn)換為電能.（有源）

例如:熱電偶溫度計,壓電式加速度計.能量控制型:從外部供給能量并由被測量控制外部（無源）供給能量的變化.例如:電阻應變片.62.1概述4)按工作原理分類:電阻應變式傳感器，電容傳感器，磁電式傳感器，光電式傳感器，光纖式傳感器等73.傳感器的選用

根據(jù)靈敏度、線性度、重復性、穩(wěn)定性、精確度、動態(tài)特性、環(huán)境參數(shù)等指標選用。2.2電阻式傳感器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,是能量控制型傳感器。第二章、常用傳感器8上述任何一個參數(shù)變換均會引起電阻變化,求導數(shù)金屬絲電阻R為金屬電阻傳感器工作原理1)工作原理上述任何一個參數(shù)變換均會引起電阻變化,求導數(shù)2.2電阻式傳感器代入金屬應變片的電阻R為92.2電阻式傳感器有：金屬絲：金屬絲體積不變：102.2電阻式傳感器有：對金屬材料，導電率不變(不同于半導體材料）：金屬絲應變片：11靈敏系數(shù)：2)電阻應變式傳感器--應變片

電阻應變片工作原理是基于金屬導體的應變效應，即金屬導體在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值隨著所受機械變形(伸長或縮短)的變化而發(fā)生變化象。伸長縮短應變計2.2電阻式傳感器金屬應變計13金屬應變片按敏感柵的結(jié)構(gòu)可分為：絲繞式、短接絲式、箔式等。3)應變片的主要參數(shù)

5）其它表示應變計性能的參數(shù)如：工作溫度（書

P8論述較詳）、滯后、蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。

1）幾何參數(shù)：基長L和基寬b，制造廠常用b×L

表示。B一般在10mm以下，l通常為2～30mm。2）電阻值：應變計的原始電阻值。3）靈敏系數(shù)：表示應變計變換性能的重要參數(shù)。4）允許電流：敏感柵流過電流，使得應變片產(chǎn)生溫升，影響測量精度。一般規(guī)定25mA。(1)電阻溫度系數(shù)的影響

(2)試件材料和敏感柵材料線膨脹系數(shù)的影響因此，由溫度變化引起的總的相對電阻增量為

或

溫度補償。常用的溫度補償方法有三種：橋路補償法、應變片的自補償、熱敏電阻。4).金屬應變片的溫度誤差2.2電阻式傳感器2.2電阻式傳感器5)應變片測量電路VER1R2R4R3162.2電阻式傳感器令：金屬絲應變片：V與應變成線形關(guān)系，可以用電橋測量電壓測量應變172.2電阻式傳感器電阻應變片的選擇、粘貼技術(shù)

1.目測電阻應變片有無折痕.斷絲等缺陷，有缺陷的應變片不能粘貼。2.用數(shù)字萬用表測量應變片電阻值大小。同一電橋中各應變片之間阻值相差不得大于0.5歐姆.3.試件表面處理：貼片處置用細紗紙打磨干凈，用酒精棉球反復擦洗貼處，直到棉球無黑跡為止。4.應變片粘貼:在應變片基底上擠一小滴502膠水，輕輕涂抹均勻，立即放在應變貼片位置。182.2電阻式傳感器5.焊線:用電烙鐵將應變片的引線焊接到導引線上。6.用兆歐表檢查應變片與試件之間的絕緣組織，應大于500M歐。7.應變片保護：用704硅橡膠覆于應變片上，防止受潮。192.2電阻式傳感器壓阻式傳感器原理因電阻變化主要由電阻率變化引起，上式可簡化為：優(yōu)點：靈敏度大;體積小;缺點：溫度穩(wěn)定性和可重復性不如金屬應變片。包括：體形、薄膜型和擴散型。202.2電阻式傳感器電阻應變式傳感器的應用：測力212.2電阻式傳感器標準產(chǎn)品22帶傳感裝置骨外固定器研究案例：骨應力測量23案例：橋梁固有頻率測量2.2電阻式傳感器24案例：電子稱原理將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過應變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。2.2電阻式傳感器25案例：沖床生產(chǎn)記數(shù)和生產(chǎn)過程監(jiān)測2.2電阻式傳感器26案例：機器人握力測量2.2電阻式傳感器272.2電阻式傳感器案例：振動式地音入侵探測器

適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、打洞、爆破等破壞行為均可及時發(fā)現(xiàn)。282.2電阻式傳感器291變阻器式傳感器30等效電路分析:xL2.2電阻式傳感器L-變阻器總長;x-電刷移動量.R-總電阻;RL電刷電阻;Rx=K*xx=Rx/KEE1Lx=RRx=EE1x=L*E1/E312.2電阻式傳感器x=L*E1/E=K1*E10LEE1x322.2電阻式傳感器VRmEE1RxR-Rx1EE1=xLRmR+Lx()-測量時的負載效應332.2電阻式傳感器負載效應1EE1=xLRmR+Lx()-[]0LE34(2)變阻器式傳感器的性能參數(shù):1)線性(或曲線的一致性);4)移動或旋轉(zhuǎn)角度范圍;2)分辨率;5)電阻溫度系數(shù);3)整個電阻值的偏差;6)壽命;(3)變阻器式傳感器的分類2.2電阻式傳感器按測量類型：單圈電位器多圈電位器直線滑動式電位器352.2電阻式傳感器按制作方式：線繞電位器導電塑料電位器普通塑料基底導電材料粉36變阻器式傳感器產(chǎn)品2.2電阻式傳感器37案例：重量的自動檢測--配料設備

比較重量設定原材料2.2電阻式傳感器原理：彈簧->力->位移

->電位器->電阻38案例：煤氣包儲量檢測煤氣包鋼絲2.2電阻式傳感器原理：鋼絲->收線圈數(shù)

->電位器

->電阻39案例：玩具機器人（廣州中鳴數(shù)碼）2.2電阻式傳感器原理：電機->轉(zhuǎn)角

->電位器

->電阻40第二章、常用傳感器2.2.2電容式傳感器

變換原理:將被測量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化兩平行極板組成的電容器,它的電容量為:+++Aδ、A或ε發(fā)生變化時，都會引起電容的變化。412.2.2電容式傳感器

a)極距δ變化型++++++422.2.2電容式傳感器

43當動極板向定極板運動時，極板間的距離減小，電容的增量

當100%

靈敏度：相對誤差：2.2.2電容式傳感器

差動結(jié)構(gòu)：靈敏度：100%相對誤差估算：b)面積A變化型2.2.2電容式傳感器

45當動極板有角位移時

,電容變化量

:靈敏度：平面線位移型2.2.2電容式傳感器

46Δxb靈敏度：當動極板移動后，覆蓋面積發(fā)生變化，由此產(chǎn)生的電容變化量

柱面線位移型.2.2.2電容式傳感器

47Dd當覆蓋長度l變化時，電容的變化量

靈敏度：產(chǎn)品.陶瓷電容壓力傳感器液體壓力作用在陶瓷膜片的表面，使膜片產(chǎn)生位移。

壓力變送器2.2.2電容式傳感器

48c)介質(zhì)ε變化型2.3電容式傳感器

492.3電容式傳感器

產(chǎn)品.電容式液位傳感器（液位計/料位計）2.3電容式傳感器

512.3電容式傳感器

液壓差傳感器加速度傳感器測厚傳感器應用電容式傳感器測鋼帶厚度電容式接近開關(guān)振蕩電路被測物體感應電極被測電容測量頭構(gòu)成電容器的一個極板，另一個極板是物體本身，當物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化.接近開關(guān)的檢測物體，并不限于金屬導體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。2.3電容式傳感器

532.3電容式傳感器

543測量電路a)電橋電路2.3電容式傳感器

55b)諧振電路2.3電容式傳感器

56d)運算放大器電路

2.3電容式傳感器

57第二章、常用傳感器2.2.3電感式傳感器

電感式傳感器是基于電磁感應原理，它是把被測量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。分類:電感式傳感器自感型可變磁阻型渦流式互感型582.4電感式傳感器1自感型--可變磁阻式59自感系數(shù)忽略鐵磁阻靈敏度：1）變氣隙式自感傳感器初始間隙：0.1～0.5mm，δ0/Δδmax取5。2.4電感式傳感器2）螺管式自感傳感器差動式變氣隙自感傳感器2互感型--差動變壓器WW1W2Eox-x工作原理:互感現(xiàn)象.EwEo2.4電感式傳感器61測量電路：差動直流特點：寬、好、高、高應用：測直線和角位移、力單螺管線圈型螺管線圈差動雙螺管線圈差動型傳感器測量電路~2.4電感式傳感器62差動變壓器測量電路2.4電感式傳感器63差動變壓器位移傳感器2.4電感式傳感器64案例：板的厚度測量2.4電感式傳感器65~案例：張力測量2.4電感式傳感器66電感式接近傳感器（金屬）2.4電感式傳感器673渦流式原理:渦流效應2.4電感式傳感器68原線圈的等效阻抗Z變化：2.4電感式傳感器692.4電感式傳感器70產(chǎn)品：2.4電感式傳感器71案例：連續(xù)油管的橢圓度測量CoiledTube盤繞油管EddySensor渦流傳感器

ReferenceCircle參考圓2.4電感式傳感器72案例：無損探傷原理裂紋檢測，缺陷造成渦流變化?；疖囕啓z測2.4電感式傳感器73油管檢測2.2.3電感式傳感器壓磁式傳感器第二章、常用傳感器2.3.1壓電式傳感器