王世锦《飞机仪表》第二章-传感器原理.pptVIP

第二章 传感器原理 传感器是指能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。所以传感器又称为敏感元件、检测器件、转换器件等。 如在电子技术中的热敏元件、磁敏元件、光敏元件及气敏元件，在机械测量中的转矩、转速测量装置，在超声波技术中的压电式换能器等都可以统称为传感器。 传感器概述 根据传感器的功能要求，它一般应由三部分组成，即： 敏感元件、转换元件、转换电路 有时还需外加辅助电源提供转换能量 传感器的组成 将敏感元件感受或响应的被测量转换成适合于传输或测量的电信号部分 直接感受或响应被测量部分 微弱信号进行信号调理与转换、放大、运算与调制部分 1. 按被测参数分类： 温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器等。 2. 按传感器工作原理分类: 应变式、电容式、压电式、磁电式、光电式等。 3. 按能量传递方式分类: 有源的和无源的传感器。 目前一般采用前两种分类方法。。 传感器的分类 传感器的特性 传感器的特性是指传感器所特有性质的总称。 传感器的输入—输出特性是其基本特性，一般把传感器作为二端网络研究时，输入—输出特性是二端网络的外部特性，即输入量和输出量的对应关系。 航空仪表的使用环境条件恶劣 温度-60 度至 +60度，空气静压和密度，湿度，振动、冲击和线加速度，电源、其它（防盐雾、防霉、防水及长期存储等因素）。 一架现代飞机上装备200多只传感器 1. 飞行状态、飞行姿态信息及其操纵系统工作参数传感器。用于航姿系统、飞参系统、飞行控制系统。 2. 导航、定位参数传感器。用于导航系统、通信系统。 3. 动力装置及燃滑油系统工作参数传感器。用于发动机及进气道系统、燃油管理系统和滑油系统。 4. 其它机载设备系统工作参数传感器。用于液压、电源、起落架、环控、救生、安全与防护等系统。 2.1 弹性敏感元件 弹性元件的种类 弹簧管 波纹管 膜片 弹性元件的材料 通常使用的材料为合金结构钢、铜合金、铝合金等。 铬锰弹簧钢和铬钒弹簧钢具有优良的机械性能，可用于制作承受交变载荷的重要弹性敏感元件。 黄铜可用于制造受力不大的弹簧及膜片。 德银用于制造抗腐蚀的弹性元件。 锡磷青铜用于制造一般的弹性元件或抗腐蚀性能好的弹性元件。 铍青铜用于制造精度高、强度好的弹性敏感元件。不锈钢用于制造强度高、耐腐蚀性好的弹性敏感元件。 基本概念 变形—外力导致的物体尺寸和形状的改变。 弹性变形—外力消失后可以恢复原来状态的变形。 弹性元件—具有弹性变形的物体。被测参数→线/角位移。 弹性特性—外力与变形的关系。线性的或者非线性的。 基本概念 刚度—弹性元件抵抗变形的能力 。 灵敏度—单位力产生变形的大小。 外力相同时，变形大的灵敏度高，变形小的灵敏度低。 基本概念 弹性迟滞—弹性变形范围内，加载曲线和卸载曲线不一致现象。 弹性后效—载荷改变后，变形不能立即完成，一定时间后才完成变形的状况。 两者均反映了变形落后于压力的现象。 弹性敏感元件 1.圆柱弹簧—将被测力转换为线位移。 K为弹簧刚度，K一定时，外力与变形成正比。 外力一定时，弹簧变形与自身刚度成反比。 K较小时，灵敏度提高。 2.平板螺旋弹簧—将被测力矩转换为角位移。外端固定，内端受外力距作用产生角位移变形 。 弹簧弹性刚度一定时，外力矩和角位移变形量成正比； 弹性刚度小时，灵敏度提高。 3.膜片和膜盒—两个波纹膜片对焊在一起的腔体盒状元件。 膜盒两侧压力不同，产生位移，两者成非线性关系。 膜片参数：膜片厚度，波纹高度，波纹数目 4. 弹簧管—弧状弹性金属管，开口端固定，封闭端随管子移动。 管内流体运动时，自由端产生位移。流体压力与产生位移成正比； 将流体压力转换为角位移。 2.2 干簧管传感器 干簧管传感器 模拟量→开关量 结构：玻璃管（密封惰性气体），内部两支簧片（导电导磁材料）。 干簧管传感器 原理：磁物质接近玻璃管，引起管内磁力线变化，簧片磁化后互相吸引，电路连通；磁场消失后，簧片因自身弹性分开，电路断开。 优点：体积小，质量轻，动作时间短，不产生电火花等。 2.3 电阻式传感器 电阻式传感器把非电量（力、位移、角速度、温度和力矩等）转换为电阻值变化的传感器。 应变式荷重传感器 箔式、 电阻丝式、丝式 2.3.1 电位器 线位移、机械转角→电信号 特点：结构简单，输出功率大，精度不高。 与被测量的关系，线性函数和非线性函数关系。 线性电阻器： 被测量的位移变化带动电刷移动，改变电阻的输出，输出电阻为电刷触点到固定端的量。 输出电阻： 空载时输出电压： 有负载时输出电压： 负载误差：有负载时的输出电压和无负载时的输出电压之差