2008 机械工程测试技术第四章 [一].pptVIP

青岛大学机电工程学院 第四章 常用传感器原理及应用 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 第四章 常用传感器原理及应用 1.传感器定义 传感器是借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的装置。 物理量 电量 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。 引 言 2. 传感器的构成 传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。 d V 3. 传感器的分类 1)按被测物理量分类 常见的被测物理量 机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 旋转角,转数,质量,重量,力, 压力,真空度,力矩,风速,流速, 流量。 如位移传感器，压力传感器，温度传感器等。 声: 声压,噪声。 磁: 磁通,磁场。 温度: 温度,热量,比热。 光： 亮度，色彩。 2)按工作的物理基础分类 机械式，电气式(电阻应变式，电感式，电容式，压电式等), 光学式等。 3）按被测量和工作原理联合分类 电阻应变式力传感器、电感式位移传感器、压电式加速度传感器等。 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. 例如:电容式和电感式传感器. 4）按信号变换特征 能量转换型和能量控制型。 能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计,压电式加速度计. 能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部 供给能量的变化.例如:电阻应变片. 5)按敏感元件与被测对象之间的能量关系 （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 （2）多维化 单光电探测器 辐射光功率的大小 一维与二维光电探测器 入射光点的位置 4. 传感器技术的发展 （3） 微传感器 基于MEMS技术的新型传感器，其敏感元件的尺寸为0.1μm～100μm。微传感器不是传统传感器按比例缩小的产物，其理论基础、结构工艺、设计方法等有许多自身的特殊现象和规律。 （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。 （5）网络化传感器 网络化传感器是在智能传感器基础上，把TCP／IP协议作为一种嵌入式应用，嵌入现场智能传感器的ROM中，从而使信号的收、发都以TCP／IP方式进行。 第一节 电阻式传感器 电阻式传感器：是把被测量转换为电阻变化的一种传感器。 按工作的原理可分为：变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式. 1 变阻器式传感器 （1）等效电路分析 ★ L —变阻器总长 ★ x —电刷移动量 ★ RL —总电阻 ★ Rx—电刷电阻 x L E E1 L x = RL Rx = E E1 x=L*E1 / E Rx=K*x x=Rx/K x=L*E1 / E 0 L E E1 x E E1 V Rm Rx R-Rx 考虑负载效应，有 负载效应分析 0 L E (2) 变阻器式传感器的性能参数: 1)线性(或曲线的一致性); 4)移动或旋转角度范围; 2)分辨率; 5)电阻温度系数; 3)整个电阻值的偏差; 6)寿命; (3)变阻器式传感器的分类 按测量类型： 单圈电位器 多圈电位器 直线滑动式电位器 按制作方式： 线绕电位器 导电塑料电位器 普通塑料基底 导电材料粉 变阻器式传感器产品 案例：重量的自动检测--配料设备 比较 重量设定 原材料 原理：弹簧 力 位移 电位器 电阻 案例：煤气包储量检测 煤气包 钢丝 原理：钢丝 收线圈数 电位器 电阻 案例：玩具机器人（广州中鸣数码 ） 原理：电机 转角 电位器 电阻 第二节 电阻应变式传感器 电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即 外力 金属导体机械变形(伸长或缩短) 电阻值变化。 一、金属电阻应变片