《气电式传感器.》.ppt

第九章 气电式传感器 根据气动测量原理， 将被测量的变化转换成 气压变化或气体流量变化信号 第一节 气动测量的原理 第二节 气动侧头 第三节 压力式气电传感器 第一节 气动测量的原理 一、气动测量原理分类 1、压力式气动测量原理 2、流量式气动测量原理 二、压力式气动测量原理 特性曲线： 第十章 其他传感器 一、振弦式传感器--- 弦乐器和乐鼓改变弦的粗细和长度，或改变鼓皮的张紧度和厚度，就可改变它们的发声频率。 （二）、振弦式传感器的应用 2、振弦式沉降仪 运用：用于测量和控制纵向运动，水坝和河堤沉降；建筑地基和储油罐的沉降和隆起；海填埋的施工控制；桥墩和桥拱座的沉降；掩埋场的监测； 二、超声波式传感器 (一)、超声波物理基础 频率高于20kHz的机械振动波称为超声波。它的指向性很好，能量集中，因此穿透本领大，能穿透几米厚的钢板，而能量损失不大。在遇到两种介质的分界面（例如钢板与空气的交界面）时，能产生明显的反射和折射现象。 1、超声波的波型分类 超声波的传播波型主要可分为纵波、横波、表面波等几种。 表面波 质点的振动介于横波与纵波之间，沿着表面传播的波。表面波随深度增加衰减很快。表面波振动轨迹是椭圆型，在固体表面传播。 2、 超声波的反射和折射 (二)、超声波发生器原理 压电晶体： 压电效应、逆压电效应 当外加交变电压频率等于晶片的固有频率时，产生共振，这时产生的超声波最强。——共振 压电效应换能器可以产生几十千赫兹到几十兆赫兹的高频超声波。 (三)、超声波接收器原理 在超声波技术中，除了需要能产生超声波的发生器以外，还需要能接收超声波的接收器。 一般的超声波接收器是利用超声波发生器的逆效应而进行工作的。 压电式超声波接收器是利用正压电效应进行工作的。它的结构和超声波发生器基本相同，有时就用同一个换能器兼做发生器和接收器两种用途。 Δ超声波探头 为了以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器，或超声波探头。 1、超声波测距原理： 超声波发射探头发出的超声波脉冲在介质中传到相介面经过反射后，再反回到接收探头。 2、超声波探头材料 常用的材料：压电晶体和压电陶瓷，这种探头统称为压电式超声波探头。 工作原理：利用压电材料的压电效应。 逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动，以产生超声波，可做为发射探头。 利用正压电效应则将接收的超声振动转换成电信号，可作为接收探头。 超声波探头中的压电陶瓷芯片 空气超声探头 (四) 应用 1、超声波流量计 测量流量原理 时间差法测量流量原理：在被测管道上下游的一定距离上，分别安装两对超声波发射和接收探头（F1，T1）、（F2，T2），其中F1，T1的超声波是顺流传播的，而F2，T2的超声波是逆流传播的。由于这两束超声波在液体中传播速度的不同，测量两接收探头上超声波传播的时间差?t，可得到流体的平均速度及流量。 同学们是否注意：当一辆汽车响着喇叭从你身边疾驶而过时，喇叭的音调会由高变低，好像汽车驶来的时候唱着音符“1”，离开的时候就唱音符“ 7”了。 交通警向行进中的车辆发射频率已知的超声波，同时测量反射波的频率，根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度。 在液罐上方安装空气传导型超声发射器和接收器，根据超声波的往返时间，就可测得液体的液面。 * * 自学 压力式气电传感器 流量式气电传感器 ② ① ③ ④ ⑤ ⑥ pg pc 1、管道 2、进气喷嘴 3、压力表 4、气室 5、测量喷嘴 6、工件 Z Pg—工作压力；Pc—测量压力； a—流量系数； d—测量喷嘴直径； d1—进气喷嘴直径； Pg Z 线性度取决于进气喷嘴直径的大小 谐振式传感器 顾名思义，传感器的敏感元件是一根张紧的金属丝，称为振弦。在电激励下，振弦按其固有频率振动。改变振弦的张力F，可以得到不同的振动频率f，即张力与谐振频率成单值函数关系。 对已定传感器： （一）、工作原理 ※ 振弦式混凝土表面应变计 运用：测量混凝土表面的应变，主要设计用于安装到混凝土结构上，如:混凝土结构、桩；梁；桥；锚筋；隧洞衬砌；吊索。在混凝土结构上以及使用区间有限的部位仅需一个小截面即可安装。 振动方向和波的传播方向一致。能在固体、液体和气体中传播。 振动方向和波的传播方向垂直。只能在固体中传播。 在两界面处，声波的传输与光传输类似，符合反射定律和折射定律。 超声波的频率越高，特性越与光波相似. 电致伸缩效应 _ y 逆压电效应 在压电材料切片上施加交变电压，使它产生电致伸缩振动，而产生超声波，如图所示。 压电材料