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第三章、传感器测量原理 本章学习要求： 1.了解传感器的分类　　　 2.掌握常用传感器测量原理 3.了解传感器测量电路 工程测试技术基础 第三章、传感器测量原理 3.1 概述 1. 传感器定义 传感器是借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的装置。 物理量 电量 目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。 2. 传感器的构成 传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。 3.1 概述 d V 3. 传感器的分类 3.1 概述 1)按被测物理量分类 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,风速,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 3.1 概述 机械式,电气式,光学式,流体式等. 2)按工作的物理基础分类: 3.1 概述 能量转换型和能量控制型. 3)按信号变换特征: 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. 3.1 概述 4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系: 物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换.如:水银温度计. 结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. 例如:电容式和电感式传感器. 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、电敏式. 1 变阻器式传感器 第三章、传感器测量原理 等效电路分析: x L 3.2 电阻式传感器 L-变阻器总长; x-电刷移动量. R-总电阻; RL电刷电阻; R=K*l l=R/K E E1 L x = R RL = E E1 x=L*E1 / E 3.2 电阻式传感器 x=L*E1 / E = K*E1 0 L E E1 x 3.2 电阻式传感器 E E1 V Rm Rx R-Rx 1 E E1 = x L Rm R + L x ( ) - 3.2 电阻式传感器 负载效应 1 E E1 = x L Rm R + L x ( ) - [ ] 0 L E (2) 变阻器式传感器的性能参数: 1)线性(或曲线的一致性); 4)移动或旋转角度范围; 2) 分辨率; 5)电阻温度系数; 3)整个电阻值的偏差; 6)寿命; (3)变阻器式传感器的分类 3.2 电阻式传感器 按测量类型： 单圈电位器 多圈电位器 直线滑动式电位器 3.2 电阻式传感器 按制作方式： 线绕电位器 导电塑料电位器 普通塑料基底 导电材料粉 变阻器式传感器产品 3.2 电阻式传感器 案例：重量的自动检测--配料设备 比较 重量设定 原材料 3.2 电阻式传感器 原理：弹簧-力-位移 -电位器-电阻 案例：煤气包储量检测 煤气包 钢丝 3.2 电阻式传感器 原理：钢丝-收线圈数 -电位器 -电阻 案例：玩具机器人（广州中鸣数码 ） 3.2 电阻式传感器 原理：电机-转角 -电位器 -电阻 2 电阻应变式传感器--应变片 电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化象。 3.2 电阻式传感器 1) 工作原理 上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数 3.2 电阻式传感器 金属应变片的电阻R为 代入 3.2 电阻式传感器 有： 金属丝： 金属丝体积不变： 3.2 电阻式传感器 有： 对金属材料，导电率不变： 金属丝应变片： 应变计 3.2 电阻式传感器 金属应变计 3.2 电阻式传感器 半导体应变计 简化为： 优点：灵敏度大;体积小; 缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。 3) 应变片的主要参数 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）。 3.2 电阻式传感器 1）几何参数：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用 b×L表示