第三章-常用传感器与敏感元件.ppt

放大器的输入电压： 系统的输出电压为： 系统的灵敏度为： 当电缆长度变化时，Cc变化， ei变化，系统的灵敏度发生变化，此时测试比较困难 (2).电压放大器 当略去传感器的漏电阻Ra时? qt≈ei(Ca+Cc+Ci)? 当略去电荷放大器的输入电阻Ri的影响时 qf≈(ei-ey)Cf 则整个电路中的电荷为：? q≈qt+qf= ei(Ca+Cc+Ci)+(ei-ey)Cf= eiC+ (ei-ey)Cf 式中，ei为放大器的输入端电压；ey为放大器输出端电压；Cf为电荷放大器的反馈电容。 (3).电荷放大器 ey=-Kei 其中，K为放大器的开环放大倍数 q≈qt+qf= ei(Ca+Cc+Ci)+(ei-ey)Cf= eiC+ (ei-ey)Cf 所以 开环增益K足够大 系统的灵敏度为： 在一定条件下，电荷放大器的输出电压与传感器的电荷量成正比，而与电缆的分布电容无关； 系统输出灵敏度取决于反馈电容，所以可以通过调节反馈电容 ei=(q+eyCf)/(C+Cf) 返回 3. 压电传感器的应用 压力变送器 加速度计，力传感器 压电式压力传感 压电式压力传感器特性 阻抗头的结构原理图 阻抗头的安装结构 ▲ 3.8 磁敏传感器 1.半导体霍尔元件 霍尔效应 当半导体中流过一个电流时，若在与该电流垂直的方向上外加一个磁场，则在与电流及磁场分别成直角的方向上会产生一个电压。这种现象也称为霍尔效应 。 霍尔效应原理图 半导体霍尔元件的结构 半导体磁敏电阻 半导体磁敏电阻的结构(蛇形元件) 利用磁场造成的电流偏转使元件阻抗增加这种特点制成的双端磁敏传感器。 磁性体磁敏电阻 利用强磁材料的磁场异向性制成的磁敏元件。 磁性体磁敏电阻的结构 电磁感应型磁敏传感器 原理： 范围： 法拉第电磁感应定律 只能检测交流磁场，不能检测直流磁场 电磁感应型磁敏传感器 2. 磁敏传感器的应用 电流计 磁感应开关 磁敏电位器 霍尔电动机 纸币及预付卡识别设 卡形电流计的结构 霍尔电动机的结构示意图 霍尔电动机等效电路 ▲ 3.9 传感器选用原则 选择传感器主要考虑灵敏度、线性范围、响应特性、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。 1. 灵敏度 一般说来，传感器灵敏度越高越好，但在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。 a)灵敏度过高引起的干扰问题； b)量程范围。 3 响应特性 传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持不失真的测量条件。 实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但总希望延迟的时间越短越好。 2 线性范围 任何传感器都有一定的线性工作范围。在线性范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。 4 稳定性 稳定性是表示传感器经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。 5 精确度 传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的对应程度。 6 测量方式 传感器工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等。 ▲ 振动测量 旋转轴的偏心量的测量 变极距型电容传感器的应用 传感器灵敏度 b)面积变化型 a)直线位移型 直线位移型 b)角位移型 传感器灵敏度 角位移型 电容量 当覆盖长度 变化时，电容量 发生变化， 其灵敏度 常数 圆柱体线位移型 介质常数变化型电容式传感器 c)介质变化型 大多用于测量电介质的厚度(图a)、位移(图b)、液位(图c) 根据极板介质的介电常数随温度、湿度、容量改变而改变来测量温度、湿度、容量(图d)等。 变介电常数型电容传感器（电容式液位计） 电容器总电容 等于气体介质中的电容 与液体介质中的电容 之和。 其灵敏度 电感式传感器 自感型 可变磁阻型 涡流式 互感型 3.5 电感式传感器 电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量变化的一种装置。 分类: 1. 可变磁阻式(自感型) 原理:电磁感应 W：线圈匝数； l：软铁长度； m：软铁磁导率； m0：空气磁导率 A：铁芯导磁截面 A0：空气导磁截面 可变磁阻式传感器基本原理 1.线圈 2.铁芯 3.衔铁 (1).间隙变化型 间隙变化型可变磁阻式传感器结构 当m0 、A0固定不变，改变d 时，L与d 呈非线形（双曲线）关系. L与d 的双曲线关系 传感器灵敏度：