农业工程测试技术知识-4.ppt

电容式传感器应用 液位测量示意图 差动电容传感器 变面积型电容位移传感器的结构图 1、3-开槽弹簧 2-活动电极 5、6-固定电极 7-调节螺母 8-测杆 4-测力弹簧 线位移：0.01μm～0.1mm 灵敏度高， 实现非接触测量 4.4 压电式传感器 压电效应 某些电介质物体，在沿一定方向对其施加压力或拉力而使之变形时，它们的表面上会产生电荷，当将外力去掉时，它们又重新回到不带电的状态，这种观象就称为“压电效应”。 压电单晶 压电陶瓷 新型压电材料 石英晶体 z-z: 光轴 y-y: 电轴 x-x: 机械轴 压电常数大、灵敏度高、价格低廉 柔软、不易破碎、面积大 阵列传感器 机器人触觉传感器 逆压电效应（电致伸缩效应） 有机压电薄膜 压电半导体 硫化锌(ZnS)、氧化锌(ZnO)、硫化钙(CaS)等 压电材料 * 农业工程测试技术（4） 孙裕晶 2009.10.19 回 顾 线性系统特性 静态特性 动态特性 实现不失真测试条件 回 顾 动态特性描述方法 时域微分方程 线性时不变系统 传递函数H(s) 对微分方程式的两边作拉普拉斯变换 频率响应函数H(ω) 脉冲响应函数h(t) 传递函数H(s) 系统的传输特性 频率响应函数H(ω) 定常线性系统的频率保持特性 定常线性系统的幅频特性 定常线性系统的相频特性 频率特性函数 频率特性函数 脉冲响应函数h(t) X(s)=L[δ(t)]=1 Y(s)=H(s)X(s)=H(s) 学习内容导航 …… 被测量 信号调理 传感器 信号处理 显示记录 激励装置 常用传感器原理及应用 测试系统的特性 测试系统 测试系统应用及实例 应变片电测技术 振动的测量 温度与湿度测量 压力和流量的测量 计算机控制测试系统 测试系统结构 常用传感器原理及应用 信号的变换与处理 第4章 常用传感器原理及应用 分 类 用途：位移传感器、压力传感器、温度传感器、… 工作原理：电阻应变式、电感式、电容式、压电式、… 被测量的转换特征：结构型和物性型 能量传递方式：能量控制型传感器和能量转换型传感器 6.1 电阻应变式传感器 原理：利用电阻应变片将应变转换为 电阻变化 功能：测量应变、力、扭矩、位移、加速度等 特点：灵敏度高、测量精确、动态响应快、技术成熟 电阻应变片 金属电阻应变片 半导体应变片 一、电阻应变片式传感器 结构 1-敏感栅 2-基片 3-覆盖层 4-引线 l——应变片的基长，b——基宽 材料 直径为0.025mm左右的康铜(wCu为57％、wNi为43％)或镍铬合金丝(wNi为80％、wCr为20％) 阻值系列：60Ω、120Ω、350Ω、600Ω、1000Ω，以120Ω为最常用。 电阻应变片式传感器工作原理 电阻应变效应 当金属丝在外力作用下产生机械变形时，其电阻值发生变化。 微分 电阻相对变化 整理 纵向应变 电阻应变片式传感器工作原理 应变系数或灵敏度 金属电阻丝的灵敏度一般在1.7～3.6左右。 金属电阻应变系数 二、半导体应变片 压阻效应 半导体单晶材料在沿某一方向受到外力作用时，电阻率会发生相应变化的现象称为压阻效应。 1-基片 2-半导体 3-导线 4-接线片 5-引出线 (1+2μ)ε很小 灵敏度 优点： 灵敏度高，比金属应变片要高50～70倍，P型硅的灵敏度可达175。 还有横向效应和机械滞后小、体积小等特点。 类型 体型半导体应变片 薄膜型半导体应变片 扩散型半导体应变片 λ压阻系数 半导体应变片 电阻值温度稳定性差 因附加变形产生的电阻变化大 灵敏系数温度稳定性差 受拉应变和压应变时的K不一致 输出量较大时，非线性严重 600-1000με时非线性开始明显； 1000με以上时非线性较大。 半导体应变片灵敏度系数离散度大 3%-5% 局限性 应变片的主要参数和工作特性 应变片尺寸 阻值 灵敏度系数K 零点飘移 热输出 丝式：3-5mm 箔式：0.2-0.5mm 最小尺寸： 选片原则： 试件测量部位大小； 应变梯度； 动态测试中 擅长应不大于振动波长的 特定条件： 单向应力； 轴线应力； 材料一定，μ不变 对已安装的应变片，在环境温度恒定，但无机械应变条件下，应变片指示应变随时间的变化。 安装在线膨胀系数试件上，试件可以自由膨胀并不受外力作用，缓慢升（或降）温的均匀温度场内，温度变化引起的应变片指示应变。 蠕变 机械滞后 应变极限 横向效应系数 绝缘电阻 疲劳寿命 最大工作电流 应