第4章_常用传感器与敏感元件_更新.pdf

第4章 常用传感器与敏感元件 第4章 常用传感器与敏感元件 机械工程中的被测量是各式各样的，它们具有不同 的物理特性和量纲，例如机器在运行过程中，会产生振 动、噪声，构件内部的应力应变及管道容器内的流体压 力等各种各样的信号。机械工程测试中广泛采用的机械 量电测原理和技术，就是首先使用各种转换装置——传 感器将这些不同物理特性的信号转换为电信号。如果电 信号随时间的变化规律与物理量随时间的变化规律相 同，即波形不失真，那么，对电信号的分析处理就等同 于对原工程信号的分析处理。 传感器是测量装置与被测量之间的接口，处于测量 系统的输人端，其性能直接影响着整个测量系统，对测 量精确度起着主要的作用。 本章学习要求： 1.了解传感器的分类 2.掌握常用传感器测量原理 3.了解传感器测量电路 传感器的分类 传感器的分类 由于传感器的分类原则不同，传感器的分类方法很多: 按传感器的工作机理，分为物理型、化学型和生物型。 按传感器的构成原理，分为结构型和物性型两大类。 按传感器的能量转换情况，分为能量控制型和能量转换型。 按传感器的物理原理分为： 压电式传感器 磁电式传感器 光电式传感器 气电式传感器 电参量式传感器 热电式传感器 射线式传感器 波式传感器 半导体式传感器 其他原理传感器 按传感器的输出量，可分为模拟式传感器和数字式传感器。 按转换过程是否可逆，分为双向传感器、单向传感器。 有时也把传感器分为机械式传感器等。 常用得测振传感器的分类如下: 按测量参数分：位移传感器、速度传感器、加速度传感器等； 按参考坐标分：相对式传感器、绝对式传感器等； 按变换原理分：磁电式、压电式、电阻应变式、电感式、 电容式、光学式等； 按传感器与被测物关系分：接触式传感器、非接触式传感器。 4.1 概述 1. 传感器定义 传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息，并 按一定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置。 目前，传感器转换后的信号大多为电信号因而从狭 义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号 的装置。 物理量 电量 传感器通常由两部分组成： 敏感元件：直接感受被测量,输出与被测量成确定关系。 转换元件(机构) ：敏感元件的输出就是转换元件的输入,它 把输入转换成电量参量。 转换电路：把转换元件输出的电量信号转换为便于处理、 显示、记录或控制的有用的电信号的电路。 V 传感器的选用原则 传感器的选用原则 1) 适当的灵敏度 2) 足够得精确度 3) 高度得可靠性 4) 对被测对象影响小 4.2 电阻应变式传感器 电阻应变式传感器是利用电阻应变片将机械 应变转换为应变片电阻值变化的传感器。 传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元 件构成。当被测量作用在弹性元件上，弹性元件 的变形引起应变值的变化，通过转换电路转换成 电量输出，则电量变化的大小反映了被测量的大 小。 4.2.1 金属应变片式传感器 金属应变片式传感器的核心元件是金属电阻应变 片（电阻应变计），它能将被测试件的应变变化转换 成电阻应变片电阻的变化。 1) 工作原理 由欧姆定律知，对于长为 L ,截面积为A 、电阻 率为ρ 的金属导体，其电阻 L R ρ A 金属应变片 若 L、A 和ρ 均发生变化，则其电阻也变化，对上式全微 分，有 ρ ρL L dR dL dA dρ dR dL − dA + dρ − + A