常用传感器1剖析.ppt

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4 常用传感器 传感器 直接作用于被测量,并能按一定规律将其转换成同种或别种量值输出的器件,称为传感器 工程上,将提供与输入量有给定关系的输出量的器件,称为测量变换器。传感器就是输入量为被测量的测量变换器。 传感器处于测试装置的输入端,其性能将直接影响着整个测试装置的工作质量。 常用传感器学习目标 1.了解传感器的分类; 2.了解传感器的选用原则; 3.掌握电阻式传感器的原理及其应用; 4.掌握电感式传感器的原理及其应用; 5.掌握压电式传感器的原理及其应用; 6.掌握磁电式传感器的原理及其应用; 7.掌握光电式传感器的原理及其应用; 8.了解新型传感器的原理及其应用。 4.1 传感器概述 传感器定义:以一定的精度和规律把被测量转换为与之有确定关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。 传感器组成: 传感器通常由三部分组成: 敏感元件: 直接感受被测量,输出与被测量成确定关系。 转换元件: 敏感元件的输出就是转换元件的输入,它把输入转换成电量参量 。 转换电路:把转换元件输出的电量信号转换为便于处理、显示、记录或控制的有用的电信号的电路。 传感器组成实例 ? 4.1 .1 传感器的分类 按传感器的工作机理: 分为物理型、化学型和生物型。 按传感器的构成原理: 分为结构型和物性型两大类。 物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换的。例如利用水银的热胀冷缩现象制成水银温度计来测温;利用石英晶体的压电效应制成压电测力计等。 结构型传感器则是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转换的。例如,电容式传感器依靠极板间距离变化引起电容量变化;电感式传感器依靠衔铁位移引起自感或互感变化等; ? 传感器的分类 按传感器的能量转换情况: 分为能量控制型和能量转换型。 传感器的分类 桥上,电桥工作能源由外部供给,而由于被测量变化所引起应变计的电阻变化来控制电桥的不平衡程度。此外电感式测微仪、电容式测振仪等均属此种类型。 能量控制型的另一种型式是被测对象对激励信号的响应,它反映了被测对象的性质或状态,例如,超声波探伤、用x射线测残余应力等。 按转换过程是否可逆: 分为双向传感器、单向传感器。 ? 传感器的分类 按传感器的物理原理分为: 电参量式传感器:包括电阻式、电容式、电感式三个基本型式,以及由此派生出来的电触式、差动变压器式、涡流式、压磁式、感应同步器式、容栅式等; 压电式传感器; 磁电式传感器:包括磁电感应式、霍耳式、磁栅式等; 气电式传感器; 热电式传感器,包括热电偶、热电阻及热敏电阻等 ; 传感器的分类 光电式传感器,包括一般光电式、光栅式、激光式、光电码盘式、光纤式、红外式、摄象式等; 波式传感器,包括超声波式、微波式等; 半导体式传感器; 其他原理传感器,如振筒式、振弦式、力平衡式传感器。 按传感器的输出量,可分为模拟式传感器和数字式传感器。 4.1.2 传感器的性能要求 4.1.3 传感器的发展趋势 采用新原理、开发新型传感器; 大力开发物性型传感器(结构型满足不了要求); 传感器的集成化; 传感器的多功能化; 传感器的智能化(Smart Sensor); 研究生物感官,开发仿生传感器。 电阻应变计的灵敏度 应变片的基本结构及测量原理 (2) 应变片的基本结构及测量原理 电阻丝应变片是用直径为0.025mm具有高电阻率的电阻丝制成的,如图4.1所示。为了获得高的阻值,将电阻丝排列成栅状,称为敏感栅,并粘贴在绝缘的基底上。电阻丝的两端焊接引线。敏感栅上面粘贴有保护作用的覆盖层。l 称为栅长(标距),b称为栅宽(基宽), b×l称为应变片的使用面积。应变片的规格一般以使用面积和电阻值表示,如3×20mm2,120Ω。 应变片的基本结构 图4.1 应变片的基本结构 箔式应变片样品 膜式应变片采用真空蒸发或真空沉积等方法,在薄的绝缘基片上形成厚度在0.1mm以下的金属电阻材料薄膜的敏感栅。它的优点是应变灵敏系数大,允许电流密度大,工作范围广,可达-197~317℃。 膜式应变片 利用半导体单晶的压阻效应使阻值变化。 压阻效应:单晶半导体材料在沿某一轴向受 到外力作用时,其电阻率?发生变化的现象。 单晶半导体在外力作用下的电阻变化量仍为: 对半导体而言,电阻率变化引起的电阻变化 ,远远大于形变引起的电阻变化 从而: 半导体式应变片原理 半导体应变片的灵敏度比金属丝应变片大 50 ~70倍。不同材料的半导体、不同载荷施加方向,压阻效应不同,灵敏度也不同。 半导体应变片可分为体型、薄膜型、扩散型、P-N结元件等。 半导体式应变片基

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