2011 第四章 常用传感器原理及应用.ppt

本章学习要求：;物理量; 3、传感器的分类; 2)按工作的物理基础分类; 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，如:电容式和电感式传感器.; 能量转换型和能量控制型。; （1）集成化 传感器本身的集成化：CCD器件 传感器与后续电路的集成化：频率输出型单块集成压力传感器; （4）智能化 智能传感器一种将普通传感器与微处理器一体化，兼有检测和信息处理功能的新型传感器，集信息采集，信息的记忆、辨别、存储、处理于一体。;第一节 电阻式传感器; （1）等效电路分析;V; （2）变阻器式传感器的性能参数 1）线性(或曲线的一致性)；2）分辨率；3）整个电阻值的偏差；4）移动或旋转角度范围；5）电阻温度系数；6）寿命；; 2）按制作方式; 变阻器式传感器产品; 案例??重量的自动检测--配料设备; 案例：煤气包储量检测; 案例：玩具机器人（广州中鸣数码）;第二节 电阻应变式传感器; 一、金属电阻应变片 ;应变计; 箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成很薄的金属箔栅，厚度一般在0.003mm～0.01mm之间。可根据需要制成任意形状。它的线条均匀、尺寸准确、散热好、易粘贴、适于大批量生产，已逐渐取代丝式应变片。; 工作原理：;因为; 二、半导体应变片; 优点：灵敏度高，比金属应变片高50~70倍，体积小. 缺点：温度稳定性和线性不如金属应变片。;V; 四、电阻应变片的应用; 标准产品; 案例：桥梁固有频率测量; 案例：电子称; 案例：冲床生产记数和生产过程监测; 案例：机器人握力测量; 案例：振动式地音入侵探测器; 电感式传感器是基于电磁感应原理，把被测量转化为电感量的一种装置。; 一、 自感式传感器;这种传感器适用于较小位移的测量，测量范围约在0.001~1mm左右。; 2、变面积式; 以上三类自感式传感器在实际应用时，一般由两单一结构对称组合，构成差动式自感传感器。采用差动式结构可改善非线性，提高灵敏度，对电源电压及温度变化等外界影响也有补偿作用，从而提高传感器的稳定性。; 二、差动变压器式传感器;单螺管线圈型; 差动变压器位移传感器; 案例：板的厚度测量; 案例：张力测量; 三、电涡流式传感器; 原线圈的等效阻抗Z变化：; 产品：; 案例：连续油管的椭圆度测量; 案例：无损探伤;第四节 电容式传感器 ; 1、极距变化型; 驻极体电容传声器; 最大的?δ应小于极板间距δ的1/5～1/10。因此极距变化型电容传感器的量程范围在0.01μm—数百μm。为了提高灵敏度和改善非线性，在实际应用中常常采用差动的形式。灵敏度可提高一倍。; 角位移型;电容量; 3、介电常数变化型; 两圆筒间的电容为：; 如果被测介质为导电性液体，内电极要用绝缘物（如聚乙烯）覆盖作为中间介质，而液体和外圆筒一起作为外电极。此时两极间的电容量为：; 产品：; 电容式接近开关：;第五节 压电式传感器; 1、 压电单晶;z; 由纵向压电效应产生的电荷量q为：; 3、新型压电材料; 三、等效电路;+; 四、测量电路 ; 若电荷放大器的开环增益足够大，放大器输出电压：; 案例：飞机模态分析; 案例：热轧设备诊断;第六节 磁敏传感器;霍尔电势UH为; ★ 霍尔传感器有单端输出和双端输出(差动输出)两种电路。; 施密特触发器的工作特点：;vI; 霍尔传感器应用; 2）测转角; 3）电流传感器/钳形表; 5）汽车速度测量;1一轴 2一外壳 3—电路 4一定子 5—线圈 6一霍尔元件 7一永磁转子; 7）铁磁材料裂纹检测 ; 案例：输油管检测用管道猪(Pigging); 二、磁敏电阻; ★ 磁电阻测量实验; 三、磁敏管;+; （2）磁敏二极管的工作原理; 磁敏二极管优点：1）灵敏度高，约为霍尔元件的数百甚至上千倍；2）可识别磁场方向，且线路简单，功耗小。 缺点：灵敏度与磁场关系呈线性的范围比较窄，且受温度影 响大。; 末受磁场作用时，由于基区宽度大于载流子有效扩散长度，大部分载流子通过e-I-b形成基极电流，少数载流子输入到c极。因而形成基极电流大于集电极电流的情况，使β＜l。;N+;光电效应 ; 爱因斯坦是现代物理学的开创者和奠基人。1879年3月14日生于德国，1955年4月18日卒于美国的普林斯顿。1900年毕业于瑞士苏黎世联邦工业大学，1905年获苏黎世大学博士学位。他在物理学的许多领域都有贡献，比如研究毛细现象、阐明布朗运动、建立狭义