工業(yè)儀表第二章

好！同學(xué)們ChapterTwoSensors2.1概述傳感技術(shù)：將觀測信息轉(zhuǎn)換為電、光等信號的技術(shù)。傳感元件：實(shí)現(xiàn)機(jī)—電、熱—電、聲—電、機(jī)—光、熱—光、光—電等信號轉(zhuǎn)換的元件。傳感器：將傳感元件通過機(jī)械結(jié)構(gòu)支承固定，并通過機(jī)械電氣或其他方法連接起來，將所獲信號傳輸出去的裝置。在動態(tài)測試中，最常用的傳感技術(shù)是將被測物理量轉(zhuǎn)換成電輸出信號—電信號傳感器。線性度好；靈敏度高與靈敏度誤差小有較好的重復(fù)性和穩(wěn)定性滯后誤差小、漂移小；具有較高的分辨力；動態(tài)性能好；被測對象的影響小，即“負(fù)載效應(yīng)”較低。

其它技術(shù)要求：抗腐蝕、抗震、抗干擾、耐高溫、非接觸或遠(yuǎn)距離測量傳感器應(yīng)具備的技術(shù)性能：傳感器的類型(Thetypesofsensors)按輸入量分類：測力傳感器―輸入信號為力信號；位移傳感器―輸入信號為位移信號；溫度傳感器―被測量為溫度。等按輸出量分類：就是按照輸出何種參量來分類，分為主動型，如發(fā)電型傳感器；被動型，如電路參量型傳感器。便于選擇使用便于學(xué)習(xí)研究電量輸出傳感器電路參數(shù)型發(fā)電型：電阻式電容式電感式輸出電源性參量如電勢、電荷等按工作機(jī)理分類結(jié)構(gòu)型：靠結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號變換

物性型：靠傳感器內(nèi)部的物理、化學(xué)性質(zhì)變化實(shí)現(xiàn)傳感功能如變極距式電容傳感器如光電、熱電傳感器模擬式(傳統(tǒng)式)傳感器：以連續(xù)變化信號作輸出量；數(shù)字式傳感器：以數(shù)字量輸出的傳感器。智能傳感器：帶微處理器并兼有監(jiān)測和信息處理功能2.2參數(shù)型傳感器2.2.1電阻式傳感器(1)大電阻變化式在輸入量變化時(shí)，傳感器起點(diǎn)阻值可由零變至相當(dāng)于原電阻值很大百分比的數(shù)，甚至可在全部阻值范圍內(nèi)變化。

代表型式：用來測量線位移或角位移的滑線式變阻器，或稱電位器。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：電阻材料導(dǎo)線覆以絕緣涂層后排繞而成，在工作表面上磨去絕緣層。彈性導(dǎo)體制成的電刷在工作表面上滑動，隨著電刷位移的變化而引起電阻值的變化。將被測物理量轉(zhuǎn)化為電路參數(shù)：電阻、電容、電感缺點(diǎn)：分辨率較低測量直線位移的電位計(jì)測量應(yīng)變的電阻應(yīng)變片測量溫度的熱敏電阻熱線風(fēng)速計(jì)測量流體壓力的金屬絲壓敏傳感元件(2)微電阻變化式電阻值變化范圍很小，變化范圍：原始阻值的百分之幾以內(nèi)。

代表型式：電阻應(yīng)變式傳感元件(電阻應(yīng)變片)，體積小、動態(tài)響應(yīng)快、測量精度高、使用簡便。電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)：電阻絲基片覆蓋層

應(yīng)變電阻絲膠接在絕緣薄膜材料基片上。使用時(shí)，將此帶有應(yīng)變電阻絲的基片再膠接在被測應(yīng)變構(gòu)件上，使被測應(yīng)變通過基片帶動應(yīng)變電阻絲變形，使電阻發(fā)生相應(yīng)的變化，電阻的變化值與被測構(gòu)件的應(yīng)變值存在一定的函數(shù)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)變到電阻的轉(zhuǎn)換。電阻絲在長度方向變形時(shí)，其長度l，截面積F和電阻率ρ均會變化，且三者的變化均會引起電阻R的變化。電阻絲的截面是半徑為r的圓形，則導(dǎo)體的電阻率電阻絲橫截面積電阻絲長度工作原理：(2-3)所以電阻絲材料的壓阻系數(shù)泊松比電阻絲材料的彈性模量ε上述各式代入式(2-3)得＞＞對于金屬材料故被測構(gòu)件表面的打磨、清洗、膠層涂布、粘貼以及膠層固化等各工序均非常重要!2.2.2電容式傳感器(1)工作原理兩平行平面導(dǎo)體間的電容

極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù)真空中的相對介電常數(shù)兩極板間相互覆蓋面積極板間距離可做成：變極距型，變面積型、變介電常數(shù)型

定極板固定，動極板隨被測位移而移動上、下極板固定，中間極板活動。電容～極距→非線性關(guān)系為減小非線性誤差，通常該傳感器在極小測量范圍內(nèi)工作，使之獲得近似線性的特性。為提高靈敏度和線性度、克服某些外界條件(電源電壓、環(huán)境溫度)變化的影響，采用差動型式電容傳感器。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度零點(diǎn)附近的線性度

上、下兩極板固定，中間極板活動。未開始測量時(shí)將活動極板調(diào)整在中間位置，二邊電容相等。測量時(shí)，中間極板向左或右平移，就會引起電容量的左增右減或反之。兩邊電容的差值Cl—C2為二者之和2.2.3電感式傳感器將被測物理量如位移、力等參量轉(zhuǎn)化為自感L、互感M變化形式：自感式、互感式、渦流式、壓磁式等優(yōu)點(diǎn)：輸出功率大、靈敏度高、穩(wěn)定性好、使用調(diào)整方便等2.2.3.1自感式傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理纏繞在鐵芯上的線圈中通以交變電流i，產(chǎn)生磁通，形成磁通回路。磁通與電流的關(guān)系：

線圈匝數(shù)比例系數(shù)導(dǎo)磁長度導(dǎo)磁面積氣隙寬度磁路歐姆定律：磁阻磁動勢代入上式，得：磁阻的計(jì)算：自感量L是N、S、δ的函數(shù)，若僅使其中一個(gè)參量變化，即得L與該參量的單值函數(shù)關(guān)系，因而可做成各種電感式傳感器。改變氣隙厚度

改變導(dǎo)磁面積

改變有效線圈匝數(shù)

為提高自感傳感元件的精度和靈敏度，增大特性的線性段，多做成差動式，其機(jī)械部分相當(dāng)于兩個(gè)上述變氣隙厚度元件的組合。2.2.3.2互感式傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)和工作原理與變壓器相似，故也稱變壓器式傳感器。原線圈副線圈它是將被測物力量，如力、位移等轉(zhuǎn)換成互感系數(shù)的一種傳感器?；ジ邢禂?shù)是原、副線圈的匝數(shù)、長度、相互位置，以及整個(gè)磁路磁阻等因素的函數(shù)。變化其中一個(gè)參數(shù)都會改變互感大小，進(jìn)而改變感應(yīng)電勢。測量感應(yīng)電勢的改變可以測量各個(gè)參數(shù)的變化。副線圈感應(yīng)電勢原線圈交變電勢原線圈自感原線圈電阻交變電流角頻率互感系數(shù)2.3發(fā)電型傳感器2.3.1磁電式傳感器將被測機(jī)械量轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電動勢，故又稱電動力式傳感器。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，匝數(shù)為N的線圈處在變化的磁場中所感生的電勢e取決于穿過線圈的磁通的變化率，即有：磁電型、壓電型、熱電型和光電型等。又分：動圈式、動磁鐵式和變磁阻式傳感器。動圈式：測量直線速度動圈式：測量角速度動磁鐵式

：測量直線速度磁電式

：測量直線速度傳感器的線圈處于永久磁鐵所形成的閉合磁路工作氣隙中，當(dāng)此線圈相對磁場作直線運(yùn)動時(shí)，在其上所感生的電勢為

工作氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度線圈運(yùn)動方向相對于磁場方向的夾角線圈相對于磁場的運(yùn)動線速度線圈的單匝長度若θ=900，則若B、l和N已定，則e與v呈單值函數(shù)關(guān)系。故可用輸出電勢值測量線圈運(yùn)動速度―速度傳感器。對速度傳感器的輸出積分―反映位移的信號；對速度傳感器的輸出微分―反映加速度的信號。

利用此原理可制成兩種實(shí)用速度傳感器：測量較長行程的直線速度傳感器；測量振動速度的傳感器。兩層線圈，線圈1繞在薄層絕緣材料圓筒2上，與外殼4固結(jié)在一起；線圈3繞在由鐵磁材料制成的內(nèi)軸上，分兩段繞制；外殼4由鐵磁材料制成。線圈1線圈3外殼圓筒工作原理：對線圈l通以直流電流，所產(chǎn)