机械工程测试技术基础第三章概要.ppt

传感器在非电量电测系统中的作用： 1）、机械式指示仪表具有结构简单、可靠、使用方便、价格低廉、读数直观等优点。但弹性变形不宜大，以减小线性误差。 2）、由于放大和指示环节多为机械传动，不仅受间隙影响，而且、惯性大，固有频率低，只宜用于检测缓变或静态被测量。（为了提高测量的频率范围，可先用弹性元件将被测量转换成位移量，然后用其他形式的传感器(如电阻、电容、电涡流式等)将位移量转换成电信号输出。） 3）、弹性元件具有蠕变、弹性后效等现象。材料的蠕变与承载时间、载荷大小、环境温度等因素有关。而弹性后效则与材料应力-松驰和内阻尼等因素有关。都会影响到输出与输入的线性关系。因此，应用弹性元件时，应从结构设计、材料选择和处理工艺等方面采取有效措施来改善上述诸现象产生的影响。 2) 金属应变计 金属应变计有: 丝式和箔式 优点:稳定性和温度特性好. 缺点:灵敏度系数小. 3) 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。 光纤传感器的特点： 1)采用光波传递信息，不受电磁干扰，电气绝缘性能好，可在强电磁干扰下完成传统传感器难以完成的某些参量的测量，特别是电流、电压测量。 2)光波传输无电能和电火花，不会引起被测介质的燃烧、爆炸；光纤耐高温、耐腐蚀因而能在易燃、易爆和强腐蚀性的环节中安全工作。 3)某些光纤传感器的工作性能优于传统传感器，如加速度计、磁场计、水听器等。 4)重量轻、体积小、可挠性好，利于在狭窄空间使用。 5)光纤传感器具有良好的几何形状适应性，可做成任意形状的传感器和传感器阵列。 6)频带宽、动态范围大，对被测对象不产生影响，有利于提高测量精度。 7)利用现有的光通信技术，易于实现远距离测控。 半导体传感器 霍尔式传感器应用 3.11 光栅式传感器 --- 等节距的透光和不透光的刻线均匀相间排列构成的光学元件 物理光栅： 计量光栅： 利用光的衍射现象分析光谱、测定波长 利用光的莫尔条纹现象测量精密位移 3.6压电式传感器 1.变换原理: 压电效应（可逆） 某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。 第三章 常用传感器 压电效应 q=DF 压 电式传感器 压电式传感器可以等效为一个电荷源与一个电容并联的电荷等效电路，也可以等效为电压源与一个电容串联的电压等效电路。 压 电式传感器 压 电式传感器 压 电式传感器 在受到沿不同方向的作用力时会产生不同的极化作用，如图所示。x轴方向加力产生纵向压电效应，沿y轴加力产生横向压电效应，沿相对两平面加力产生剪切压电效应。压电效应和逆压电效应都是线性的。即晶体表面出现的电荷的多少和形变的大小成正比，当形变改变符号时，电荷也改变符号；在外电场作用下，晶体形变的大小与电场强度成正比，当电场反向时，形变改变符号。常用的压电材料大致可分为三类：压电单晶、压电陶瓷和有机压电薄膜。 压 电式传感器 F + 2、测量电路 a)电压放大器 压 电式传感器 压 电式传感器 传感器电缆不是规定的长度时，应重新调整灵敏度。 压 电式传感器 压电式传感器高频响应很好，增大压电式传感器的时间常数可提高低频响应性能。 b)电荷放大器 F + 压 电式传感器 压 电式传感器 由上可知，放大起的输出电压与电缆电容无关，电缆长度不会带来明显的测量误差，但太长会带来噪声。为防止直流开路，造成较大的零点漂移，因此并联一个大电阻，提供直流反馈并改善低频响应。 1、压电式传感器属发电类传感器，无需外界供电。 2、固有频率高，而且频带很宽。因此，压电式传感器主要用于测量动态参量。 传感器本身常因绝缘阻抗不够高而存在漏电现象，而影响低频特性，因此压电传感器不适于测静态参量。 压电式传感器要求有很高的绝缘电阻，对传感器零件间和引出线插座及电缆都要采取严格的绝缘措施，使用绝缘性能良好的材料等。 在保持内部零件纯净、燥的条件下，在净化室内组装，并进行严格的密封和焊封，这样绝缘电阻可达到。 3、压电传感器还具有灵敏度高，信噪比大，工作可靠，体积小，重量轻等优点。 压电式传感器的特点 3 应用 b) 压力变送器 a) 加速度计，力传感器 压 电式传感器 案例：飞机模态分析 压 电式传感器 3.7 热电式传感器 热 电式传感器 1、热电偶工作原理 把两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，如果将它们的两个接点分别置于温度为T及To(假定TTo)的热源中，则在该回路内就会产生热电动势，这种现象称为热电效应。所产生