第章电气式传感.pptVIP

3 电容式传感器(capacitance sensor) 变换原理 将被测量的变化转化为电容量(Capacitance)变化。 3 电容式传感器 分类 a) 极距变化型 b) 面积变化型 c) 介质变化型 3 电容式传感器 a) 极距δ变化 灵敏度(sensitivity) 3 电容式传感器 电容式传声器的电路原理 3 电容式传感器 b) 面积变化 角位移型 灵敏度 3 电容式传感器 平面线位移型 灵敏度 3 电容式传感器 柱面线位移型 灵敏度 3 电容式传感器 c) 介质变化 3 电容式传感器 电容式液位传感器(Capacitive liquid level sensor)（液位计/料位计） 3 电容式传感器 电容式接近开关 测量头构成电容器的一个极板(plate)，另一个极板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化。接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。 3 电容式传感器 电容式接近开关工作原理 4 压电式传感器(piezoelectric sensor) 工作原理:压电效应(piezoelectric effect) 某些电介质（石英，多晶压电陶瓷），当沿着一定方向施加力变形时，内部产生极化现象，同时在它表面会产生符号相反的电荷； 当外力去掉后，又重新恢复不带电状态； 当作用力方向改变后，电荷的极性也随之改变； 4 压电式传感器 逆压电效应(converse piezoelectric effect)（电致伸缩效应） 在介质极化的方向施加电场时，电介质会产生形变，将电能转化成机械能。 可以将机械能转化成电能 。 可以将电能转化成机械能。 4 压电式传感器 压电式传感器及其等效电路 是一个电荷发生器，电容器，电容值 在极板上积聚的电荷与q与作用力F成正比 D为压电常数，与材料和切片方向有关。 压电式传感器适宜做动态测量。 4 压电式传感器 压电晶片(piezoelectric wafer)的接法 并接：两晶片负极集中在中间极板上，正电极在两侧的电极上。 并接电容量大，输出电荷量大，时间常数大，宜于测量缓变信号，适宜于以电荷量输出的场合。 串接：正电荷集中在上极板，负电荷集中在下极板 串接法传感器本身电容小，输出电压大，适用于以电压作为输出信号。 4 压电式传感器 压电式传感器是一个具有一定电容的电荷源，电容器上的开路电压e0与电荷q、传感器电容ca存在下列关系e0= q/ ca。 当压电式传感器接入测量电路，联接电缆的寄生电容就形成传感器的并联电容Cc。 后续电路的输入阻抗和传感器中的漏电阻就形成泄漏电阻R0。 为防止漏电造成电荷损失，通常要求R0＞l011欧姆，因此传感器可近似为开路。 4 压电式传感器 测量电路 压电式传感器输出电信号很微弱，通常应把传感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器(preamplifier)中，经过阻抗变换后，方可输入到后续显示仪表中。 前置放大器的主要作用 将传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出 放大传感器输出的微弱电信号。 4 压电式传感器 前置放大器电路有两种形式 用电阻反馈(Resistor feedback)的电压放大器(Voltage Amplifier)，其输出电压与输入电压(即传感器的输出)成正比。 电路简单、价格便宜 电缆分布电容对传感器测量稍度影响很大 带电容反馈的电荷放大器(Charge Amplifier)，其输出电压与输入电荷成正比。 电路较复杂 电缆长度变化的影响几乎可以忽略不计 4 压电式传感器 电荷放大器 电荷放大器输出电压u0与传感器电荷量q成正比，Cf为电荷放大器反馈电容。 4 压电式传感器 加速度计(accelerometer) 4 压电式传感器 案例：飞机模态分析 4 压电式传感器 实测情况 4 压电式传感器 模态分析结果 5 磁电式传感器(Magnetic sensors) 变换原理 磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应电动势(induced electromotive force)的一种转换器。 感应线圈的感应电动势 磁通变化率(Flux rate of change)与磁场强度(Magnetic field strength)、磁阻(reluctance)、线圈运动速度有关，改变其中一个因素，都会改变感应电动势。 5 磁电式传感器 磁电式传感器分类 动圈式(moving coil) 线速度型 角速度型 磁阻式(reluctance) 5 磁电式传感器 动圈式传感器 线速度型 可动线圈在磁场中作直线运动时，它所产生的感应电动势 W—线圈匝数(Coi