最新常用传感器原理及应用幻灯片.ppt

《最新常用传感器原理及应用幻灯片.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、常用传感器原理及应用4.1概述一、传感器的定义传感器（transducer/senor）是将被测量按一定规律转换成便于应用的某种物理量的装置。通常将传感器看作是一个把被测非电量转换成电量的装置。测力计压力计温度计二、传感器的组成传感器通常由三部分组成：敏感元件：直接感受被测量,输出与被测量成确定关系。转换元件：敏感元件的输出就是转换元件的输入,它把输入转换成电量参量。转换电路：把转换元件输出的电量信号转换为便于处理、显示、记录或控制的有用的电信号的电路。原理公式：K0称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。通常K0=1.7～3

2、.6大量实验表明，在电阻丝拉伸比例极限范围内，电阻的相对变化与其所受的轴向应变是成正比的。应用：将应变片粘贴于弹性体表面或者直接将应变片粘贴于被测试件上。弹性体或试件的变形通过基底和粘结剂传递给敏感栅，其电阻值发生相应的变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化，即可测量应变。1）将应变片粘贴于被测构件上，直接用来测定构件的应力或应变。例如，为了研究或验证机械、桥梁、建筑等某些构件在工作状态下的受力、变形情况，可利用形状不同的应变片，粘贴在构件的预测部位，可测得构件的拉、压应力、扭矩或弯矩等。2）应变片粘贴于弹性元件上，与弹性元件一起构成应变式传感器。

3、这种传感器常用来测量力、位移、压力、加速度等物理参数。在这种情况下，弹性元件将得到与被测量成正比的应变，再通过应变片转换成电阻的变化后输出。当被测物体产生位移时，悬臂梁随之产生于位移相等的挠度，因而应变片产生相应的应变。将应变片接入桥路，输出与位移成正比的电压信号。测量时，基座固定在振动体上。振动加速度使质量块产生惯性力，悬臂梁在惯性力的作用下产生弯曲变形。梁的应变在一定的频率范围内与振动体的加速度成正比。2、半导体应变片1）压阻效应:半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化的现象。实际上，任何材料都不同程度地呈现压阻效应，但半导体材料的这种效应

4、特别强。对于半导体硅，πL=(40～80)×10-11m2/N，E=1.67×1011N/m2，则k0=πLE＝50～100。半导体电阻材料的灵敏系数比金属丝的要高50～70倍。2）压阻式传感器的特点优点:灵敏度非常高，有时传感器的输出不需放大可直接用于测量；分辨率高，例如测量压力时可测出10～20Pa的微压；测量元件的有效面积可做得很小，故频率响应高；可测量低频加速度和直线加速度。缺点：温度误差大，故需温度补偿或恒温条件下使用。4.3电感式传感器电感式传感器的工作原理是电磁感应。它是把被测量如位移等，转换为电感量变化的一种装置。按照转换方式的不同，

5、可分为自感式（包括可变磁阻式与涡流式）和互感式（差动变压器式）两种。一、自感式传感器（可变磁阻式传感器）可变磁阻式传感器自感自感L与气隙δ成反比，而与气隙导磁截面积S0成正比。μ0—空气导磁率；W—线圈匝数1、变气隙式L与δ呈非线性（双曲线）关系。传感器的灵敏度为灵敏度S与气隙长度δ的平方成反比，δ愈小，灵敏度S愈高。这种传感器适用于较小位移的测量，一般约为0.001～1mm。2、变面积式自感L与S0呈线性关系，这种传感器灵敏度较低。3、螺管式单螺管线圈型，当铁芯在线圈中运动时，将改变磁阻，使线圈自感发生变化。这种传感器结构简单、制造容易，但灵敏度低

6、，适用于较大位移(数毫米)测量。双螺管线圈差动型，较之单螺管线圈型有较高灵敏度及线性，被用于电感测微计上，其测量范围为0～300μm，最小分辨力为0.5μm。线圈电感L1、L2随铁芯位移而变化.测量精度高，量程较大。二、差动变压器式传感器（互感式）三、电涡流式传感器高频（数MHz以上）激励电流i施加于邻近金属板一侧的线圈，由线圈产生的高频电磁场作用于金属板的表面。在金属板表面薄层内产生涡流i，涡流i又产生反向的磁场，反作用于线圈上，由此引起线圈自感L或线圈阻抗z的变化。L的变化程度取决于线圈至金属板之间的距离δ、金属板的电阻率ρ、磁导率μ以及激励电流

7、i的幅值与角频率ω等。当被测位移量发生变化时，使线圈与金属板的距离发生变化，从而导致线圈阻抗z的变化，通过测量电路转化为电压输出。高频反射式涡流式传感器常用于位移测量。低频透射式涡流传感器多用于测定材料厚度。发射线圈ω1和接收线圈ω2分别放在被测材料G的上下，低频(音频范围)电压e1加到线圈ω1的两端后，在周围空间产生一交变磁场，并在被测材料G中产生涡流i，此涡流损耗了部分能量，使贯穿ω2的磁力线减少，从而使ω2产生的感应电势e2减小。e2的大小与G的厚度及材料性质有关，实验与理论证明，e2随材料厚度h增加按负指数规律减小。因而按e2的变化便可测得材

8、料的厚度。4.4电容式传感器电容式传感器是将被测量（如尺寸、压力等）的变化转换成电容量变化的一种传感器。一、