第6章传感器原理与测量电路ppt课件.ppt

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1、6.1概述机械工程中的被测量是各式各样的,它们具有不同的物理特性和量纲。例如机器在运行过程中,会产生振动、噪声,构件内部的应力应变及管道容器内的流体压力等各种各样的信号。现代机械工程测试中广泛采用的机械量电测原理和技术,就是首先使用各种转换装置——传感器将这些不同物理特性的信号转换为电信号。如果电信号随时间的变化规律与物理量随时间的变化规律相同,即波形不失真,那么,对电信号的分析处理就等同于对原工程信号的分析处理。第6章传感器原理与测量电路16.2电阻应变式传感器电阻应变式传感器是利用电阻应变片将机械应变转换为应变片电阻值变化的传感器。传感器由在弹性元件

2、上粘贴电阻应变敏感元件构成。当被测量作用在弹性元件上,弹性元件的变形引起应变值的变化,通过转换电路转换成电量输出,则电量变化的大小反映了被测量的大小。26.2.1金属应变片式传感器金属应变片式传感器的核心元件是金属电阻应变片(电阻应变计),它能将被测试件的应变变化转换成电阻应变片电阻的变化。(1)工作原理3(2)应变片的结构与材料图6.1金属丝应变片结构46.2.2压阻式传感器利用硅的压阻效应和微电子技术制成的压阻式传感器,具有灵敏度高、动态响应好、精度高、易于微型化和集成化等特点,是获得广泛应用,而且发展非常迅速的一种新的物性型传感器。早期的压阻传感器

3、是利用半导体应变片制成的粘贴型压阻传感器。20世纪70年代以后,研制出周边固支的力敏电阻与硅膜片一体化的扩散型压阻传感器。它易于批量生产,能够方便地实现微型化、集成化和智能化,因而它成为受到人们普遍重视并重点开发的具有代表性的新型传感器。5(1)压阻效应单晶硅材料在受到应力作用后,其电阻率发生明显变化,这种现象被称为压阻效应。对于一条形半导体材料,其电阻相对变化量由式(6.1)得出6(2)半导体式应变片图6.2半导体应变片76.2.3应变式力传感器的应用(1)应变式力传感器被测物理量为荷重或力的应变式传感器,统称为应变式力传感器。它主要用作各种电子秤与材

4、料试验机的测力元件、发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。1)圆柱(筒)式力传感器2)环式力传感器(2)应变式压力传感器(3)应变式容器内液体重量传感器8图6.3圆筒(柱)式力传感器9图6.4环式力传感器10图6.5膜片式压力传感器11图6.6应变片容器内液体重量传感器12(4)应变式加速度传感器13图6.7应变式加速度传感器结构图146.3电感式传感器利用电磁感应原理将被测量如位移、压力、流量、振动等转换为线圈自感系数L或互感系数M的变化,再由测量电路转换成电压或电流的变化量输出,这种将被测非电量转换为电感变化的装置称为电感式传感器。156.3.1

5、自感式传感器由一个匝数为W的线圈所载电流I产生的磁通数称为自感磁通链Ψ。自感磁通链与线圈电流之比称为自感系数,简称自感L:16(1)变气隙型自感传感器图6.8变气隙式电感传感器17(2)螺管型自感传感器图6.9单线圈螺管型传感器结构18图6.10差动螺管式电感传感器19图6.11独立磁路的差动螺管型206.3.2差动变压器式传感器差动变压器实质上是一个变压器,原边线圈Wp加电源激励,副边线圈Ws感应电势输出,输出大小由原、副边的互感M决定,和普通变压器不同的是由于原、副边间耦合磁通路径的铁心可移动,从而使M可以变化。通常有两个副边线圈Ws1、Ws2,铁心

6、移动时使Wp和Ws1及Wp和Ws2间互感M1、M2向相反方向变化,以Ws1、Ws2中感应电势之差来输出,由它来反映铁心的移动,因此常称为差动变压器。21图6.12螺线管式差动变压器结构22图6.13差动变压器等效电路23图6.14差动变压器的输出电压特性曲线246.3.3电涡流式传感器根据法拉第电磁感应原理,块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时,导体内将产生呈涡旋状的感应电流,此电流叫电涡流,以上现象称为电涡流效应。(1)工作原理(2)电涡流强度与距离的关系25图6.15电涡流式传感器原理26图6.16透射式涡流厚度传感器结构原理27

7、(3)电涡流式传感器的应用图6.17高频反射式涡流测厚仪测量系统图286.4电容式传感器电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容量变化的传感装置。它结构简单,体积小,可非接触式测量,并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作,广泛应用于压力、差压、液位、位移、加速度等多方面的测量。296.4.1工作原理与特性电容式传感器的结构极为简单,由绝缘介质分开的两个平行金属板作为极板,中间隔以绝缘介质。实际上,它就是一个可变参量的电容器。对于平板电容器,如果不考虑边缘效应,其电容量为:(1)极距变化型(2)面积变化型30图6.18极距变化型传感器31图6.19平

8、面线位移型32图6.20平面角位移型33图6.21圆柱线位移型3435(3)介电

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