第3章 常用传感器与敏感元件ppt课件.ppt

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1、常用传感器第三章被测机械量————与之相应的易于传输、识别、处理的电信号的装置转化为第一节传感器的分类位移传感器机械式按被力传感器按工作电气式测量温度传感器原理光学式流体式按信号物性型：例：压电式变换特征结构型：例：电容式能量转换型：直接由被测对象输入能量，如：热电偶温度计能量控制型：从外部供给辅助能量，如：电阻应变计中电阻接于电桥上按敏感组件与被测对象之间的能量关系按输出信号模拟式数字式第二节机械式传感器敏感组件：弹性体输入：力，压力，温度等输出：弹性组件本身的变形特点：简单、可靠、使用方便，价低，读数直观；但固有频率低弹性原件具有蠕变、弹性后效等现

2、象适宜：检测缓变或静态被测量敏感元件：直接感受被测物理量弹性后效是指载荷在停止变化之后，弹性元件在一段时间之内还会继续产生类似蠕动的位移蠕变：固体材料在保持应力不变的情况下，应变随时间缓慢增长的现象微型探测开关可探测物体有无、位置、尺寸、运动状态等第三节电阻式传感器一、变阻器式传感器位移———电阻变化被测量——--电阻变化转化为电阻传感器变阻器式电阻应变式直线位移型传感器角位移型传感器非线性型金属电阻应变片半导体应变片丝式箔式直线位移型灵敏度：输入：x(位移)输出：R(电阻)测：直线位移角位移型输入：角位移输出：阻值R测：角位移非线性型骨架按要求定若被

3、测量：要求：为使输出的阻值：骨架当触点在x处时：：任一位置微小区间内的电阻所以:骨架形状应为三角形后接电路：电阻分压电路时变阻器式传感器的优点：简单、性能稳定、使用方便缺点：分辨力低，<20微米，噪音较大应用：测线位移，角位移应用案例1：重量的自动检测--配料设备设定值原材料比较电阻式传感器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二．电阻应变式传感器应用：测应变、力、位移、加速度、扭矩等特点：体积小、动态响应快、精度高、使用方便（一）金属电阻应变片传感器工作原理：应变片发生机械变形时——引起电阻值变化应变片工作时：粘固在被测物表面上或

4、弹性体上丝式箔式丝式：康铜或镍铬合金直径0.025mm几何参数：栅长L和栅宽b，制造厂常用b×L表示。箔式：线条均匀，尺寸准确，粘结情况好，传递试件应变性能好工作原理：弹性模量纵向应变电阻丝泊松比压阻系数与材质有关灵敏度：Sg=1.7—3.6：是由电阻丝几何尺寸变化所引起的：是由电阻丝的电阻率随应变的改变而引起的对于电阻丝：金属应变片有：丝式、箔式优点：稳定性和温度特性好缺点：灵敏度系数小（二）半导体应变片工作原理：半导体材料的压阻效应压阻效应：单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生较大变化对半导体：很小，可略去灵敏度：较金属丝电阻应变

5、片大50—70倍金属丝电阻应变片与半导体应变片的主要区别：前者利用导体形变引起阻值的变化，后者利用半导体电阻率变化引起阻值的变化。半导体应变片优点：灵敏度高，机械滞后小，横向效应小，体积小缺点：温度稳定性差，灵敏度分散度大（晶向、杂质等因素影响），非线性误差大（三）电阻应变式传感器的应用直接测结构的应变或应力2.将应变片贴于弹性组件上，测力、位移、压力、加速度等弹性组件得到与被测量成正比的应变，再由转变为的变化，再由后续电路转变为电压的变化加速度惯性机构m惯性力悬臂梁电压的变化电桥应变片注意：1）应变片的粘接2）温度的影响，温度补偿3）用于动态测量时，

6、要注意应变片的上限测量频率应用案例1：桥梁固有频率测量原理：在桥中设置一三角形障碍物，利用汽车碍时的冲击对桥梁进行激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率。案例2：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。应变片有如下的优点：①.测量应变的灵敏度和精度高，性能稳定、可靠，可测1～2με，误差小于1％。②.应变片尺寸小、重量轻、结构简单、使用方便、测量速度快。测量时对被测件的工作状态和应力分布基本上无影响。既可用于静态测量，又可用于动态测量③.测量范围大。既可测量弹性变形，也可测量塑性变形。变形范围可从1％～2％。

7、④.适应性强。可在高温、超低温、高压、水下、强磁场以及核辐射等恶劣环境下使用。⑤.便于多点测量、远距离测量和遥测。⑥.价格便宜，品种多，工艺较成熟，便于选择和使用，可以测量各种物理量。第四节电感式传感器被测量电感量变化转换为、自感型(一)可变磁阻式原理：线圈自感量：电感式传感器自感型(L):可变磁阻式涡电流式互感型(M):当较小，且不考虑磁路的铁损，因：铁心磁阻空气隙的磁阻灵敏度所以存在线性误差时：故：当固定，改变变—L变位移传感器变化过程：机械量——变—L变此传感器适：测较小位移，约为0.001—1mm其它几种常用的可变磁阻式传感器：面积变化型机

8、械量S:较低2.差动型：①初始状态：x=0②当③将两线圈接于电桥的相邻桥臂，输出灵敏度提高一倍