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51wendang.com/ 本文档下载自文档下载网,内容可能不完整,您可以点击以下网址继续阅读或下载: http://www.51wendang.com/doc/aedbebf4e656d3a9208c4a6b 常用传感器 第2章1

2 3 概述 常用传感器 电阻式传感器 电感式传感器

5 电容式传感器压电式传感器 传感器的选用原则 年7月29日星期一 [此处图片未下载成功] 第2章本章重点: 常用传感器 、传感器的定义、组成和分类.

2、电阻式、电感式、电容式和压电 式传感器的工作原理.

3、常用传感器的选用原则. 年7月29日星期一 [此处图片未下载成功] 第2章 概述

一、传感器的定义传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息,并按 一定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装Z.一 般也称为变换器、换能器和探测器. 传感器获取的信息可以为各种物理量、化学量和生物 量,而转换后的信息也可以有各种形式. 目前,传感器转换后的信号大多为电信号.在机械工 程的非电量的电测法中,传感器是把被测量的的非电信号 转换成电信号的装Z. 传感器是人类感官的扩展和延伸,借助传感器,人类 可以去探测那些无法直接用感官获取的信息.例如,用超 声波探测器可以探测海水的深度,用红外遥感器可以从高 空探测地球上的植被和污染信况等等.2013年7月29日星期一 [此处图片未下载成功] 第2章 概述

二、传感器的组成传感器一般由敏感元件与辅助元件组成. 敏感器件是传感器的核心,它的作用是直接感受被测 物理量,并将信号进行必要的转换输出.辅助元件一般指安装、连接、支承敏感元件的一些辅 助的装Z,如传感器的壳体、引线等. 传感器的未来发展是与微处理器相结合,封装在一个 检测器中形成一种新型的 智能传感器 .它将具有一定 的信号调理、信号分析、误差校正、环境适应等能力,甚 至具有一定的辨认、识别和判断的功能. 年7月29日星期一 [此处图片未下载成功] 第2章 概述

三、传感器的分类

1、按被测物理量来分类(适用于使用者) 根据被测物理量的种类不同,可分为位移http://www.51wendang.com/doc/aedbebf4e656d3a9208c4a6b传感器、速 度传感器、力传感器、温度传感器等.2. 按变换原理来分类(适用于研究者) 按传感器的变换原理,可分为以下两种: 参量型:这种传感器在感受到被测量后,输出的不直 接是电信号,而是与电量有关的自身参数变化的信号,因 而称之为参量型传感器,如电阻式、电感式和电容式传感 器. 发电型:这种传感器在感受到被测量后,输出的直接 是电信号,因而称之为发电型传感器,如压电式传感器.2013年7月29日星期一 [此处图片未下载成功] 第2章 电阻式传感器

一、电阻式传感器的分类电阻式传感器的基本原理是将被测物理量的变化转换 成自身电阻值的变化,再经相应的变换电路和装Z显示或记 录被测量值的变化. 电阻式传感器按其工作原理可分为以下两种:

1、变阻器式,又称为电位器式.

2、应变片 式,又分为金属电阻应变式和半导体应变片 式两种. 年7月29日星期一 [此处图片未下载成功] 第2章 电阻式传感器

二、变阻器式传感器

1、工作原理变阻器式传感器的工作原理是将物体的位移转换为电 阻的变化,由此再进一步转换为电压等电量的变化.常用变阻器式传感器有直线位移型、角位移型和非线 性型等,如下图所示. 年7月29日星期一 [此处图片未下载成功] 第2章

2、特点 电阻式传感器

二、变阻器式传感器 变阻器式传感器的优点是:(1)结构简单、尺寸小、重 量轻、价格低廉且性能稳定;

(2)受环境因素(如温度、湿度、电磁场干扰等)影响小;

(3)可以实现输出―输入间任 意函数关系;

(4)输出信号大,一般不需要放大.变阻器式传感器的缺点是:(1)因为存在电刷与线圈或 电阻膜之间的摩擦,因此需要较大的输入能量;

(2)由于磨 损不仅影响使用寿命和降低可靠性,而且会降低测量的精 度,所以分辨力较低;

(3)动态响应较差,适合于测量变化 较缓慢的物理量. 年7月29日星期一http://www.51wendang.com/doc/aedbebf4e656d3a9208c4a6b [此处图片未下载成功] 第2章 电阻式传感器

3、应用

二、变阻器式传感器 变阻器式传感器常用于角位移和线位移的测量. 下图是测量线位移的变阻器式传感器的结构图.被测 位移使测量轴沿导轨轴移动时,带动电刷在滑线电阻上产 生相同的位移,从而改变电位器的输出电阻.精密电阻与 电位器电阻构成电桥测量电路,由此将被测位移量转换为 电桥的电压输出. 年7月29日星期一 [此处图片未下载成功] 第2章 电阻式传感器

三、应变片式传感器

1、应变片的组成(1)敏感元件:感受应变并将其转换 为自身阻值的变化.一般用康铜、镍铬 合金或半导体材料做成.它要用粘合剂 牢牢地固定在基片上. (2)基片:固定和保护敏感元件,并 将应变准确的传递给敏感元件.材料可 以是纸、胶膜、玻璃纤维布等. (3)覆盖层:保护敏感元件不受外界 环境中灰尘、湿气等的影响.(4)引线:将敏感元件的阻值变化引 入后接电路.2013年7月29日星期一 [此处图片未下载成功] 第2章 电阻式传感器

三、应变片式传感器

3、应变片的工作原理(1)金属电阻应变片应变效应:金属导体在外力作用下发生机械变形时, 其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生 变化的现象. 推导: 给定金属导体, 则有: R A 金属导体发生变形,则电阻变化量为: R R R dR dl dA d l A 2013年7月29日星期一 [此处图片未下载成功] 第2章 电阻式传感器

三、应变片式传感器

3、应变片的工作原理(2)半导体应变片 结论: R R S g R ― ―标称阻值,有、等.

60 120 S g ― ―灵敏度,又称为应变 系数. S g E,比金http://www.51wendang.com/doc/aedbebf4e656d3a9208c4a6b属电阻应变片大 ~ 70倍.

5 年7月29日星期一 [此处图片未下载成功] 第2章 电阻式传感器

4、应变片的应用

三、应变片式传感器(1)直接应用 将应变片粘贴于被测构件上,直接用来测定构件的应 变和应力.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应力、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,从而为结构设计、应力校核或构件 破坏的预测等提供可靠的实验数据. 年7月29日星期一 [此处图片未下载成功] 第2章 电阻式传感器

4、应变片的应用

三、应变片式传感器(2)间接应用 将应变片贴于弹性元件上,与弹性元件一起构成应变 式传感器.这种传感器常用来测量力、位移、加速度等物 理参数.在这种情况下,弹性元件将被测物理量转换为成 正比变化的应变,再通过应变片转换为电阻变化输出. 年7月29日星期一 [此处图片未下载成功] 第2章 电感式传感器

一、电感式传感器的分类电感式传感器的工作原理是基于电磁感应原理, 它是把被测量转化为电感量的一种装Z. 按照转换方式的不同可分为以下两大类:

1、自感型:又分为可变磁阻式和涡电流式两种.

2、互感型:常用的是差动变压器式. 年7月29日星期一 [此处图片未下载成功] 第2章

二、自感型 电感式传感器

1、可变磁阻式 可变磁阻式传感器的结构原理如图所示,它由 线圈

1、铁芯2及衔铁3组成.W2 L , Rm W:线圈匝数,Rm:磁阻. 因为

2 2 A

0 A0

0 A0 所以有: W

2 0 Ahttp://www.51wendang.com/doc/aedbebf4e656d3a9208c4a6b0 L

2 0 ― ―空气磁导率,

0 4

10 7 .2013年7月29日星期一 结论:自感量 与气隙 成反比,而与导磁截面 A0成正比. L 积 [此处图片未下载成功] 第2章

二、自感型 电感式传感器

1、可变磁阻式 (1)当固定A0,变化 时,L与 成反比, 此时传感器的灵敏度为 : W

2 0 A0 S

2 2 S不是常数,为了减小 线性误差,若 的变化 范围是( 0,

0 ), 一般取 0.1.

0 年7月29日星期一 [此处图片未下载成功] 第2章

二、自感型 电感式传感器

1、可变磁阻式 ( 2)当固定 ,变化A0时,L与A0成正比, 此时传感器的灵敏度为 : W

2 0 S

2 年7月29日星期一 [此处图片未下载成功] 第2章

二、自感型 电感式传感器

2、涡电流式 涡电流式传感器的变换原理是利用金属导体在 交流磁场中的涡电流效应. 年7月29日星期一 [此处图片未下载成功] 第2章

二、自感型 电感式传感器

2、涡电流式 线圈自感量L的大小与金属板的电阻率ρ、磁导率μ、 厚度h、金属板与线圈的距离δ、激励电流角频率ω等参数 有关.若改变其中的某两项参数,而固定其它参数不变, 就可根据涡流的变化测量该参数. f ( , , h, , )涡电流式 电感传感器主要用于位移、振动、转速、距离、厚度等参数的测量.下图是用涡流式传感器测厚和用 涡流式传感器进行零件计数的例子. 年7月29日星期一 [此处图片未下载成功] 第2章 电感式http://www.51wendang.com/doc/aedbebf4e656d3a9208c4a6b传感器

三、互感型――差动变压器式互感型电感式传感器是利用互感M 的变化来反映被测 量的变化.其实质是一个输出电压可变的变压器.当变压 器初级线圈W 输入稳定交流电压i后,次级线圈W0便会有感 应电压e0输出,该电压随被测量的变化而变化. e0 M dt ――互感量,其大小 与两线圈的相对位Z及 周围介质的导磁能力等 因素有关,它表征两线 圈之间的耦合程度.2013年7月29日星期一 [此处图片未下载成功] 第2章 电感式传感器

三、互感型――差动变压器式互感型传感器常用的是差动变压器式,其结构形式多 为螺管形,主要由线圈、铁芯和活动衔铁三部分组成.线 圈包括一个初级线圈和两个反接的次级线圈,当初级线圈 输入交流激励电压时,次级线圈将产生感应电动势e1和e2. 由于两个次级线圈极性反接,因此,传感器的输出电压为 两者之差,即e0=e1-e2 . 年7月29日星期一 [此处图片未下载成功] 第2章 电感式传感器

三、互感型――差动变压器式差动变压器式传感器使用要注意的问题: (1)差动变压器式传感器输出的电压是交流量,其输出 值只能反应铁芯位移的大小,而不能反应移动的方向;

(2)传感器输出电压存在一定的零点残余电压,即使活 动衔铁位于中间位Z时,输出也不为零,这是由于两个次 级线圈的结构不对称以及初级线圈铜损电阻、铁磁材质不 均匀、线圈间分布电容等原因所造成的. 解决方法:后接电路应采用既能反应铁芯位移方向, 又能补偿零点残余电压的差动直流输出电路. 特点:差动变压器式传感........