测试技术(第三章)2.ppt

（2）应用 厚度,角度,表面粗糙度;拉伸,压缩,垂直度;压力,流量,液位;张力,重力,负荷量;扭矩,应力,动力;气压,温度;振动,速度,加速度;等. 例：板的厚度测量 ~ 例：张力测量 可变铁心式电感测微计 （四）压电晶体传感器 1、 利用压电材料的压电效应——某些物质如石英单晶体、多晶压电陶瓷，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部也会被极化，表面会产生电荷，形成电场；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。还有逆压电效应（电致伸缩效应）。压电式传感器为一种可逆型换能器。 利用逆压电效应可将高频电振动转换成高频机械振动，产生超声波，以此作为超声波的发射器。而利用正压电效应将接收的超声振动波转换成电信号，以此作为超声波的接收器。 测试技术中广泛利用其正压电效应进行力、压力、加速度的测量。 以石英晶体为例，切片使用时应注意方向，有纵向压电效应、横向压电效应、切向压电效应。 外力作用于晶片表面时，可看作是电荷发生器，又是一个电容器，是一个具有一定电容的电荷源。它产生的电荷与作用力成正比关系。 实际应用中有串联和并联连接方法： 压电式传感器适宜于动态测量。 2、测量电路 压电式传感器内阻很高，电荷信号又很微弱，故需经过放大和阻抗变换，才可再进行后续处理。 目前均用电荷放大器作为前置放大器。电荷放大器为一个高增益带电容反馈的运算放大器，略去电路中的电阻量后的等效电路为下图所示。 3、应用 b) 压力变送器 a) 加速度计，力传感器 例：飞机模态分析 频率曲线的共振频率决定了加速度计的使用上限频率，且与加速度计的固定状况有很大关系。 （五）磁电式传感器 1、变换原理: 电磁感应原理 磁感应电式传感器简称感应式传感器，也称电动式传感器。磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应电动势的一种转换器。它是一种机-电能量变换型传感器，不需要外部供电电源，电路简单，性能稳定，输出阻抗小，适用于振动、转速、扭矩等测量。 匝数为W的感应线圈的感应电动势为 磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，改变其中一个因素，都会改变线圈的感应电动势。 只适用于动态测量。 2、分类 按工作原理不同，磁电感应式传感器可分为恒定磁通式和变磁通式，即动圈式传感器和磁阻式传感器。 磁电式 动圈式 磁阻式 线速度型 角速度型 N 动圈式传感器 磁阻式传感器 磁阻式传感器又称为变磁通式传感器或变气隙式传感器，常用来测量旋转物体的角速度。左图为开路变磁通式传感器，线圈和磁铁静止不动，测量齿轮由导磁材料制成，安装在被测旋转体上，随之一起转动，每转过一个齿，传感器磁路磁阻变化一次，进行测速。 右图为闭合磁路变磁通式传感器，被测转轴带动椭圆形测量齿轮在磁场气隙中等速转动，使气隙平均长度周期性变化，因而磁路磁阻也周期性变化，磁通同样周期性变化，则在线圈中产生感应电动势，其频率f与测量齿轮转速n成正比。 3、应用 b) 测速电机 a)磁电式车速传感器 （六）霍尔效应传感器 半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。是因为运动的电荷受磁场的洛伦兹力的作用结果。 以N型半导体为例说明。 1、霍尔元件 霍尔元件为一种半导体磁电转换元件。工作原理是霍尔效应。 产生的霍尔电场的电势为： 改变B、i 即可改变电势值，B为位移函数时可测位移值 2、霍尔传感器结构和应用 霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图所示。 案例：电流传感器 案例：管道裂纹检测 原理 磁场强度变化检测 由于霍尔元件在静止状态下，具有感受磁场的独特能力，并且具有结构简单、体积小、噪声小、频率范围宽(从直流到微波)、动态范围大(输出电势变化范围可达1000:1)、寿命长等特点，因此获得了广泛应用。 例如，在测量技术中用于将位移、力、加速度等量转换为电量的传感器；在计算技术中用于作加、减、乘、除、开方、乘方以及微积分等运算的运算器等。 3、 磁感应半导体元件分类 磁感应半导体元件 体元件 霍尔IC 结型元件 霍尔元件 磁电阻元件 磁敏二极管 磁晶体管 磁半导体开关 其它 开关 线性 4、 磁电阻元件 磁阻效应 ? - - + + l w x 特点 电阻的增量与磁 场的平方成正比； 与磁场的正负无关； 温度系数影响大； 磁感应的范围比霍尔元件大。 R -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5