機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)教學課件

第三章常用傳感器與敏感元件1.傳感器的發(fā)展人類為了從外界獲取信息,必須借助于感覺器官。人類依靠這些器官接受來自外界的刺激,再通過大腦分析判斷,發(fā)出命令而動作。隨著科學技術(shù)的發(fā)展和人類社會的進步,人類為了進一步認識自然和改造自然,只靠這些感覺器官就顯得很不夠了。于是,一系列代替、補充、延伸人的感覺器官功能的各種手段就應(yīng)運而生,從而出現(xiàn)了各種用途的傳感器。傳感器的歷史可以追溯到遠古時代,公元前1000年左右,中國的指南針已開始使用。埃及王朝時代開始使用的天平,一直延用到現(xiàn)在。利用液體膨脹進行溫度測量在16世紀前后就已出現(xiàn)。19世紀建立了電磁學的基礎(chǔ),當時建立的物理法則直到現(xiàn)在作為各種傳感器的工作原理仍在應(yīng)用著。以電量作為輸出的傳感器,其發(fā)展歷史最短,但是隨著真空管和半導體等有源元件的可靠性的提高,這種傳感器得到飛速發(fā)展。目前只要提到傳感器,一般是指具有電輸出的裝置。由于集成電路技術(shù)和半導體應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展,研究開發(fā)了性能更好的傳感器。隨著電子設(shè)備水平不斷提高以及功能不斷加強,傳感器也越來越顯得重要。世界各國都將傳感器技術(shù)列為重點發(fā)展的高新技術(shù),傳感器技術(shù)已成為高新技術(shù)競爭的核心技術(shù)之一,并且發(fā)展十分迅速2.傳感器作用直接作用于被測量,并把它轉(zhuǎn)換成與之相應(yīng)的、容易檢測傳輸或處理的信號的裝置①傳感器是人類感官的延伸視覺與光傳感器b.聽覺與聲壓傳感器觸覺與溫度和壓力傳感器嗅覺與氣敏傳感器②是現(xiàn)代測控系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)3.傳感器的基本組成RLC被測量電量敏感元件轉(zhuǎn)換元件基本轉(zhuǎn)換電路組成:敏感元件、變換元件、輔助元件等?！っ舾性?被測非電量→其他形式信號(易于轉(zhuǎn)換成電量:形變);變換元件:非電量→電量(電阻、電感、電容等)輔助元件:信號調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換等。例:壓力傳感器:基本轉(zhuǎn)換電路電感線圈轉(zhuǎn)換元件磁芯膜盒敏感元件壓殼體輸入P第一節(jié)常用傳感器的分類結(jié)構(gòu)型:依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化而實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變的(電容,電感傳感器)物性型:依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化而實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變的(壓電,半導體傳感器)能量轉(zhuǎn)換型(無源傳感器):直接由被測對象輸入能量使其工作的(壓電,磁電,光電)能量控制型(有源傳感器):外部供給能量使傳感器工作的并且由被測量來控制外部供給能量的變化。(電阻,電容,電感)位移速度加速度力溫度第二節(jié)機械式傳感器組成典型應(yīng)用及特點力壓力、輸入量敏感元件輸出量機械放大輸出溫度(彈性體)彈性變形指示系統(tǒng)圖3-3圖3-4①測力計;②壓力計;③溫度計①結(jié)構(gòu)簡單,使用方便;價格低廉,讀數(shù)直觀。②機械式放大,指示系統(tǒng)使其慣性大,固有頻率低,故多用于靜態(tài)量或低頻變化量的測量③彈性元件的蠕變,彈性后效現(xiàn)象會影響輸入,輸出的關(guān)系。1、彈性敏感元件的基本特性1)彈性特性剛度:引起單位變形所需要的外力。dFdx靈敏度:單位外力作用下產(chǎn)生變形的大小。xS2)彈性滯后在彈性變形范圍內(nèi),加載、卸載正反行程曲線不重合的現(xiàn)象——引起傳感器回差的原因。3)彈性后效當彈性元件所加載荷改變時,不能立即