测试技术传感器原理技术方案.ppt

主要内容 本章学习要求 6.1 概 述 6.1 概 述 6.1 概 述 6.2 电容式传感器 6.2 电容式传感器 6.2 电容式传感器 6.2 电容式传感器 极距变化型电容传感器 极距变化型电容传感器 极距变化型电容传感器 应用举例 面积变化型电容传感器 面积变化型电容传感器 面积变化型电容传感器 介电常数变化型电容传感器 介电常数变化型电容传感器 电容式传感器的等效电路 电容式传感器的等效电路 电容式传感器的常用转换电路 电容式传感器的常用转换电路 电容式传感器的常用转换电路 课堂练习 课堂练习 课堂练习 电容式传感器的特点 本讲要点总结 1．电容传感器工作原理和类型 2. 电容传感器输出特性和测量电路 3. 电容式传感器的应用 6.3 电感式传感器 变磁阻式电感传感器 变气隙型自感传感器 变气隙型自感传感器 变面积型自感传感器 螺管型自感传感器 差动变压器式传感器 螺线管式差动变压器式传感器 测量转换电路 测量转换电路 电涡流式传感器 高频反射式涡流传感器 低频透射式涡流传感器 应用举例 应用举例 6.3 电感式传感器 6.5 压电式传感器 压电效应 某些物质在沿一定方向上施加外力使之变形时，其内部电荷分布将发生变化，使得表面的金属电极产生电荷。在外力除去后，它们又重新回到不带电的状态。这种现象称为正压电效应。 相反，如果把这些物质置于电场中，其几何尺寸也将发生变化，这种由于外电场作用导致物质的机械变形的现象，称为逆压电效应，或称为电致伸缩效应。 压电材料 天然晶体 (如天然石英晶体) ——性能稳定，机械性能好，广泛 应用于振荡器、谐振器等元件材料。 人造晶体(如钛酸钡、锆钛酸钡等) ——灵敏度较高，性能存在缺陷，已 逐渐被取代。 压电陶瓷（锆钛酸铅、氧化锌等） ——现今大多采用的材料。 压电高聚物薄膜（聚偏二氟乙烯） ——压电性强、柔性好，已得到应用。 压电效应 单个晶片的等效电路 晶片串接 测量电路——电荷放大器 压电式传感器 压电式加速度传感器 6.7 霍尔传感器 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。 6.7 霍尔传感器 霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成。 6.7 霍尔传感器 测量电路 6.7 霍尔传感器 转角测量 6.7 霍尔传感器 电流传感器 当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，磁场大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测。 6.7 霍尔传感器 铁磁材料裂纹检测 6.7 霍尔传感器 叶片和齿轮位置传感器 6.7 霍尔传感器 汽车速度测量 不受力时： 大小相等，相互夹角 ， 因此， 。 石英晶体极化效应 把沿电轴x方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”。 纵向压电效应 把沿机械轴y方向的作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”。 横向压电效应 作用力越大，产生的电偶极矩越大，极板上出现的电荷越多。 石英晶体极化效应 Ca 压电元件两电极间的石英晶体或压电陶瓷为绝缘体，因此就构成一个电容器 。压电元件的开路电压： + + + + + + + + + + F F 晶片并接 Ca Ra q ea 灵敏度： 特 点 1. 电荷得到放大。 2. 适用于测量缓变信号和以电荷为输出量的场合。 + + + + + + + + + + F F Ca Ra ea 灵敏度： 特 点 1. 电压得到放大。 2. 适用于以电压为输出量、测量电路有高输入 阻抗的场合。 测量电路——电压放大器 U -A 传感器 电缆 电压放大器 Ra Ri Ca Cc Ci Ui Uo q －A Uo Ca Cc Ci Cf Ui 传感器 电缆 电荷放大器 开环增益足够大时， 即 ， 可简化为: 压电式传感器是一种典型的自发电式传感器，常用来测量力、压力、振动加速度，也用于声学(包括超声)、声发射及几何量等的测量。 N S 结构简单，动态特性好 0.5% ±1.5mm 霍尔元件 分辨力很好，但测量范围很小，只能在小范围内近似地保存线性 0.1% 10-3~10mm① 变间距 受介电常数因环境温度、湿度而变化的影响 ±1% ±0.005% 10-3~103mm① 变面积 电 容 式 ±0.1% ±60° 旋转变压器 非线性误差与变压比和测量范围有关 ±0.05% ±1% ±10° 微动同步器 可在120