w4第三章传感器1

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1、传感器是将被测物理量（机械量）转化成与之相对应的，容易检测、传输、或处理的信号的装置。国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。第三章传感器第一节概述一、组成ERe声波例：电容传声器振膜平板电容直流极化电路e声波输入P大气压壳体膜盒电感线圈磁芯基本转换电路例：压力传感器：1、敏感元件------把机械量转化成电量。2、一次敏感元件----把被测机械量转化成敏感元件可接受的机械量。3、辅助元件-----多数为传力元件。4、测量电

2、路-----将电路参数的变化转化为电信号输出。注：有些传感器没有一次敏感元件。如：光电池组成的测亮度传感器热敏电阻组成的测温传感器二、分类1、按被测物理量分类压力传感器温度传感器位移传感器以测量目标为对象便于管理注意：同一类型的传感器，内部转换原理可能不同：如压电式加速度传感器、应变式加速度传感器按工作原理分类2、按敏感元件类型：3、按转换特性:4、按是否需要能源：电阻式、压电式、电感式、电容式等物性型：结构型：能量控制型：能量转换型：利用敏感材料性质的变化，如：压电式、光电式、磁阻式利用结构参数的变化，如：电感式、电容式、

3、电阻式能量由测量电路提供不需辅助能源第二节、传感器选用原则选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。1、灵敏度一般说来，传感器灵敏度越高越好，但，在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。a)灵敏度过高引起的干扰问题；b)量程范围。c)交叉灵敏度问题(向量)。2响应特性传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持不失真的测量条件。3线性范围任何传感器都有一定的线性工作范围。在线性范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的

4、基本条件。传感器选用原则4稳定性稳定性是表示传感器经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。5精确度传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的对应程度。6测量方式传感器工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等。传感器选用原则第三节、电阻式传感器将被测机械量转化成电阻的变化一、变阻式：位移（输入）电阻（输出）敏感元件环节灵敏度：A与B之间的电阻值：输出输入角位移型：输出输入非线性型：用于满足输入、输出之间的某种函数关系特点

5、：◇结构简单，性能稳定，使用方便。◇电阻不随x连续变化。◇分辨力低，噪声大。场合：用于大位移测量测量电路：测量电路电阻分压电路输入位移输出电压负载效应变阻器式传感器的性能参数线性(或曲线的一致性);分辨率;整个电阻值的偏差;移动或旋转角度范围;电阻温度系数;寿命;应用案例案例1：重量的自动检测--配料设备重量设定原材料比较原理用弹簧将力转换为位移;再用变阻器将位移转换为电阻的变化案例2：煤气包储量检测原理直接将代表煤气包储量的高度变化转换为钢丝的电阻变化煤气包钢丝特点：（1）测量量程大；（2）防爆；（3）可靠；（4）成本低。

6、应用案例案例3：玩具机器人（广州中鸣数码）原理直接将关节驱动电机的转动角度变化转换为电阻器阻值变化应用案例4.3.1电阻应变式传感器敏感元件：应变片输入输出两种形式金属应变片半导体应变片丝式箔式1、电阻应变效应：把应变片用特制胶水（502）粘固在弹性元件或需要测量变形的物体表面上，在外力的作用下，电阻丝随同该物体一起发生变形，其电阻值发生相应变化。设一根电阻丝，未受力时的原始电阻值：当受到外力F作用，其电阻R的变化：电子称原理将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。2、金属电阻应变片：①工作原理：②结构：

7、丝式箔式金属应变片：应变效应为主，压阻效应很小a．丝式：四个基本部分组成：敏感栅（电阻丝）基片覆盖层引出线丝式b．箔式：特点：①光刻技术，应变花；②横向效应小；③散热条件好；④疲劳寿命长；⑤生产率高。箔式优点:稳定性和温度特性好.缺点:灵敏度系数小.③材料：见表4--2。材料名称成分灵敏度电阻率温度系数线胀系数元素含量sg·mm2/m×10-6/°C×10-6/°C康铜CuNi57%43%1.7~2.10.49-20~2014.9镍铬合金NiCr80%20%2.1~2.50.9~1.1110~15014.0镍铬铝合金(卡

8、玛合金)NiCrAlFe73%20%3~4%余量2.4~2.61.33-10~1013.33、半导体应变片：①工作原理：“压阻效应”单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。压阻效应为主，应变效应很小②特点：（1）灵敏度高；机械滞后小，横向效应小；（2）温度稳定性差