[材料科学]15第3章_电气式传感1.ppt

第三章 传感器(sensor)原理及应用基础 第三章 传感器原理及应用基础 电气式传感 1 电阻式传感器(resistance sensor) 2 电感式传感器(inductance sensor) 3 电容式传感器(capacitance sensor) 4 压电式传感器(piezoelectric sensor) 5 磁电式传感器(magnetic sensor) 1 电阻式传感器(resistance sensor) 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 1.1 变阻器式 1.2 应变式 热电阻(thermal resistance)式：温度?电阻 光敏(photosensitive)式：内光电效应(internal photoeffect) 磁敏(magnetic sensitive)式：磁阻效应(magnetoresistance)（高斯效应） 气敏(gas sensing)式：气?温度?电阻 1.1 变阻器(rheostat)式传感器 1.1 变阻器式传感器 1.1 变阻器式传感器 工作原理 -变阻器总长 -电刷移动量 -总电阻 -电刷电阻 -单位长度电阻值 1.1 变阻器式传感器 1.1 变阻器式传感器 后接分压电路 1.1 变阻器式传感器 案例：煤气包储量检测 原理：钢丝-收线圈数-电位器(potentiometer)-电阻 1.2 电阻应变式传感器 电阻应变片(resistance strain gauge) 工作原理 基于金属导体的应变效应(strain effect)，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化象。 1.2 电阻应变式传感器 工作原理 金属应变片的电阻R为 任何一个参数变化均会引起电阻变化,求导数 代入 1.2 电阻应变式传感器 金属丝 金属丝体积不变 有 有 金属丝应变片，导电率不变 1.2 电阻应变式传感器 1.2 电阻应变式传感器 半导体应变计 压阻效应(piezoresistive effect)：单晶半导体材料在沿某一轴向受力时，电阻率发生变化的现象。 简化为 优点：灵敏度大;体积小; 缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片(metal strain gauge )。 1.2 电阻应变式传感器 电阻应变式传感器的应用：测力 1.2 电阻应变式传感器 案例：桥梁固有频率测量 1.2 电阻应变式传感器 案例：冲床生产记数和生产过程监测 1.2 电阻应变式传感器 案例：振动式地音入侵探测器 适合于金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打洞、爆破等破坏行为均可及时发现。 2 电感式传感器(inductance sensor) 电感式传感器是基于电磁感应原理(Principles of electromagnetic induction)，它是把被测量转化为电感量(inductance)的一种装置。 分类: 2.1 自感型(self-inductance) 可变磁阻型 涡流式 2.2 互感型(mutual inductance)（差动变压器(differential transformer)） 2.1 自感型(self-inductance)(可变磁阻式) 原理:电磁感应 2.1 自感型(可变磁阻式) 灵敏度 (sensitivity) 设间隙变化范围 2.1 自感型(可变磁阻式) 常用可变磁阻式传感器 可变导磁面积型 差动型 单螺管线圈型 双螺管线圈差动型 差动型 可改善非线性特性 扩大线性范围 提高灵敏度 2.1 自感型(可变磁阻式) 电感式接近开关（金属） 2.1 自感型(涡流式) 工作原理 金属导体在交流磁场中的涡流效应(Eddy current effect )。 2.1 自感型(涡流式) 原线圈的等效阻抗(equivalent impedance)Z的变化 因此 改变 可作为位移、振动测量--高频反射式(High-frequency reflection) 改变 可以作为材质鉴别或探伤--低频透射式(low-frequency transmission) 2.1 自感型(涡流式) 高频反射式 低频透射式