常用传感器与敏感元件资料.ppt

3.1 概 述 1. 传感器(Sensor)定义 传感器是能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成(GB766-87)。 狭义上，非电信号 → 电信号。 在非电量电测系统中的作用: ?敏感作用:感受并拾取被测对象的信号 ?变换作用:被测信号转换成易于检测和处理的电信号 2. 传感器的分类 (1)按被测物理量分类 位移传感器,力传感器,温度传感器等. (2)按传感器的工作原理分类 机械式,电气式,光学式,流体式等. (3)按敏感元件与被测对象之间的能量关系 能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计,压电式加速度计. 能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化. 例如:电阻应变片. 3. 传感器的性能要求 工作范围或量程应足够大，具有一定的过载能力 与检测系统匹配性好，转换灵敏度高 精度适当，稳定性高 反应速度快，工作可靠性高 适应性和适用性强 4. 常见的被测物理量 机械量: 长度，厚度，位移，速度，加速度，旋转角，转数, 质量，重量，力，压力，真空度，力矩，流速，流量； 声: 声压，噪声； 磁: 磁通，磁场； 温度: 温度，热量，比热； 光： 亮度，色彩 3.2 电阻式传感器 电阻式传感器 是把被测量转换为电阻变化的一种传感器。 按工作的原理可分为: ?变阻器式 ?电阻应变式 ?热敏式 ?光敏式 ?湿敏式 (1)应变效应 导体或半导体在外力作用下产生机械变形而引起导体或半导体的电阻值发生变化的物理现象称为应变效应。 传感元件：电阻应变片，它是一种把被测试件的应变量转换成电阻变化量的传感元件。 (2)工作原理 式中，r — 导线的电阻率，又称为电阻系数 金属导线的应变电阻效应：? 当金属丝由于受到轴向力P而伸长时，长度增长，截面积减小，其电阻值就增大；反之，如细丝因受压力而缩短，即长度变短，截面积变粗时，则电阻就减小。 m: 泊松系数，E: 弹性模量，e : 纵向应变，l: 压阻系数 S由两部分组成： 前一部分 (1+2m) 是由金属导线的几何变形引起的； 后一部分 lE 除与金属导线几何尺寸有关外，还与金属本身的特性有关。 (3)应变片的主要参数 1) 几何参数：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用b×L 表示。 2) 电阻值：应变计的原始电阻值。 3) 灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。 4) 其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。 (4)金属应变计 金属应变计有: 1、丝式 2、箔式 优点:稳定性和温度特性好. 缺点:灵敏度系数小. (5)半导体应变计 优点：应变灵敏度大;体积小;能制成具有一定应变电阻的元件. 缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。 (6).应变式电阻传感器的应用 3.其他电阻传感器 (1).热电阻传感器 利用导电物体电阻率随本身温度变化而变化的温度电阻效应制成的传感器。 (2).热敏电阻传感器 非线性元件:它的温度-电阻关系是指数关系 温度为-50℃～＋350℃ (3)光敏电阻传感器 (4)湿敏电阻传感器 3.3 电容式传感器 变换原理 将被测物理量的变化转化为电容量变化。 两平行极板组成的电容器,它的电容量为: 当被测量d、A或 e 发生变化时，都会引起电容的变化。如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另一个参数，就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化。 c)介质变化型 大多用于测量电介质的厚度(图a)、位移(图b)、液位(图c) 根据极板介质的介电常数随温度、湿度、容量改变而改变来测量温度、湿度、容量(图d)等。 4.电容式传感器的应用 3.4 电感式传感器 电感式传感器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置。 分类: 2. 涡流式电感传感器 当金属板置于变化磁场中或者在磁场中运动时，在金属板中产生感应电流，这种电流在金属体内是闭合的，称为涡流。 涡流的大小与金属板的电阻率r、磁导率m、厚度t，以及金属板与线圈距离、激励电流、角频率等参数有关。 涡流式电感传感器可分为 1）高频反射式 2）低频投射式 电感式传感器 自感型 可变磁阻型 涡流式