传感器原理及其应用考试重点.doc

传感器原理及其应用 第一章 传感器的一般特性 传感器的 （4）重复性 定义：在相同工作条件下，在一段短的时间间隔内，同一输入量值多次测量所得的输出之间相互偏离的程度。 （5）稳定性 稳定性有两个指标： ①测量传感器输出值在一段时间中的变化，以稳定度表示； ②传感器外部环境和工作条件变化引起输出值的不稳定，用影响量表示。 在长时间工作的情况下输出量发生的变化，有时称为长时间工作稳定性或零点漂移。 第二章 电阻应变式传感器及应用 金属电阻应变片工作原理是基于金属的应变效应。金属丝的电阻随着它所受的机械形变(拉伸或压缩) 而发生相应的变化的现象成为金属的电阻应变效应。 单根导电丝的灵敏系数 物理意义：单位应变引起的电阻相对变化。 K0由两部分组成： 前一部分（1+2μ）：由材料的几何尺寸变化引起，一般金属μ≈0.3，因此（1+2μ）≈1.6； 后一部分：电阻率随应变而引起的（称“压阻效应”） 金属材料以前者为主3）金属电阻应变计的的灵敏度系数 式中：K为灵敏度系数 应变计的灵敏度K恒小于金属线材的灵敏度的原因： （1)粘合剂、基底传递衰减;(2)存在横向效应。 金属电阻应变计的其他特性参数 （1） 应变极限：粘贴在试件上的应变计所能测量的最大应变值。 （2）零漂和蠕变： 零漂：恒定温度下，粘贴在试件上的应变计，在不承受载荷的条件下，电阻随时间变化的特性称为应变计的零漂。 蠕变：力不变，时间变化，输出变化。 电桥补偿法 ——常用且效果较好的温度补偿法 ①工作应变片贴在试件上，补偿片贴在相同材料的补偿件上，补偿件不受力，并接入电桥相邻臂。补偿件与被测件处于完全相同的温度场内。 ② 工作片、补偿片贴在同一试件上，但补偿片不受力作用。 ③工作片、补偿片贴在同一试件上，但两者感受的应变符号相反。 电阻应变式传感器测量电路 （一）直流电桥的特性方程及平衡条件 平衡时有直流电桥平衡条件①单臂电桥： ②双臂电桥： ③全臂电桥： 灵敏度比较：全桥灵敏度最高；双臂工作的差动电桥灵敏度次之；单臂电桥灵敏度最低 。 应变式传感器应用 1、柱（筒）式力传感器 ①如何粘贴应变计？一般将应变计对称地贴在应力均匀的圆柱表面的中间部分 ②横向粘贴的应变计作用：温度补偿，提高灵敏度 ①悬臂梁式传感器 ②应变片桥路连接方法: ③应变片桥路连接信号输出: 9） 例题：一台采用等强度梁的电子称，在梁的上下两面各贴有两片电阻应变片，做成称重传感器。 已知：L=100mm，b0=11mm，h=3mm，E=2.1×104N/mm2，K=2，接入直流四臂差动电桥，供桥电压6V。 求（1）其电压灵敏度(Ku=U0/F)。 （2）当称重0.5kg时，电桥的输出电压U0为多大? 解：等强度梁受力F时的应变为 当上下各贴两片应变片，并接入四臂差动电桥中时，其输出电压： 则其电压灵敏度为 =3.463×10-3 (V/N)=3.463(mV/N) 当称重 F=0.5kg=0.5×9.8N=4.9N时，输出电压为 U =K F=3.463×4.9=16.97(mV) 例题：以阻值R=120Ω，灵敏度系数K=2.0的电阻应变片与阻值120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为3V，并假定负载电阻为无穷大，当应变片的应变为2με和2000με时，分别求出单臂、双臂和全臂差动电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。 而 所以 可见电桥输电压出与有关。 ②变压器电桥 初始 Z1=Z2=Z，电桥平衡，U0=0 衔铁上移，设Z1=Z+ΔZ，Z2=Z-ΔZ，则 同理衔铁下移时 由法拉第电磁感应原理知：一个块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭和的电流，这种电流叫电涡流，这种现象叫做电涡流效应。 根据电涡流效应制作的传感器称电涡流传感器; 电涡流传感器能够对被测量进行非接触测量; 形成电涡流必须具备两个条件： ① 存在交变磁场 ② 导电体处于交变磁场中 电涡流式传感器工作原理 当传感器线圈通以正弦交变电流i1时，线圈周围空间必然产生正弦交变磁场H1，金属板在此交变磁场中会产生感应电流i2（在金属体内是闭合，称之为“涡电流”或“涡流” ）。i2又产生新的交变磁场H2。H2 的作用将反抗原磁场H1，导致传感器线圈的等效阻抗发生变化。线圈阻抗的取决于被测金属导体的电涡流效应。 有一差动电