第3章常用的传感器与敏感元件.ppt

第三章 常用的传感器与敏感元件 第一节 常用传感器分类 第二节 机械式传感器及仪器 第三节 电阻、电容与电感式传感器 第四节 磁电、压电和热电式传感器 第五节 光电传感器 第六节 光纤传感器 第七节 半导体传感器 第八节 红外测试系统 第九节 激光测试传感器 第十节 传感器的选用原则 一、定义 传感器——直接作用于被测量，能按一定规律将其转换成同种或别种量值输出的器件。 测量环节、测量装置、测量系统 　 　 　 二、组成 ?? 敏感元件、辅助装置（部分） ? 敏感元件——直接感受被测量的部分，核心。 ? 辅助装置（部分）——传感器的重要组成部分，必不可少部分。 三、传感器的作用 作用： “电五官”，是人们认识事物的一个有利工具； 对测试系统来讲，是输入的首个环节、重要环节，其特性的好坏直接影响到整个测试系统的性能。 四、传感器的发展状况 ?历史长、还在发展 ? 从结构型——物性型——智能型 ? 智能型：传感器技术与微电子技术结合，构成了校正、变化、统计处理、反馈等多种功能，具有思维、辨别能力的智能传感器。能在复杂的环境中准确而有效地提取信息。 第一节　常用传感器分类 按工作原理分： 电气式传感器、机械式传感器、光电式传感器等 按被测量分： 位移传感器、速度传感器、加速度传感器、应力传感器、温度传感器等 （1）按信号变换特征分： ???结构型传感器、物性型传感器 结构型传感器——依靠传感器的结构参量随被测量的变化而变化来实现信号转换 ?例如：磁电式传感器、电感式、电容式 　 物性型传感器——依靠敏感元件材料本身物理化学性质随被测量的变化而变化来实现信号转换 ? 例如：水银温度计、压电式传感器 2）按能量关系分： 能量转换型传感器、能量控制型传感器 能量转换型传感器——利用其输出与被测量输入的能量的关系来实现信号的转换测量。 　 特点：直接由被测对象输入能量使其工作的，又称无源传感器。 例如：热电偶温度计、压电式传感器、磁电式速度计 ??? 产生负载效应，影响被测对象的状态——产生测量误差（失真） 　 　 能量控制型传感器——从外部供给能量使传感器工作，并由被测量来控制外部能量的变化，由称有源传感器。 ?例如：电阻应变计接于电桥中、电感测微仪 传感器可能只有一个，也可能有几个换能元件，也可能是一个小型装置。例如，电容式位移传感器是位移一电容变化的能量控制型传感器，可以直接测量位移。 而电容式压力传感器，则经过压力→膜片弹性变形(位移)→电容变化的转换过程。此时膜片是一个由机械量→机械量的换能件，由它实现第一次变换；同时它又与另一极板构成电容器，用来完成第二次转换。 再如电容型伺服式加速度计(也称力反馈式加速度计)，实际上是一个具有闭环回路的小型测量系统，如图3-2所示。这种传感器较一般开环式传感器具有更高的精确度和稳定性。 表３-1 机械工程中常用传感器 第三节 电阻、电容与电感式传感器 一、电阻式传感器 定义 电阻式传感器——将被测量转化为电阻值变化的传感器。 1、变阻器式电阻传感器 2、电阻应变式传感器　 变阻器式电阻传感器的测量电路 特点及应用 1、特点 优点：结构简单、性能稳定、使用方便。 缺点：分辨力不高，有较大的噪声。 2、应用 用于线位移、角位移测量，在测量仪器中用于伺服记录仪器或电子电位差计等。 ３、应用 电阻应变传感器有很多优点，因此广泛应用于机械工程的测试中（40%到50%） 优点： ?（1）分辨率高 ?（2）误差小 ?（3）尺寸小、重量轻 ?（4）测量范围大 ?（5）频响特性好:限制应变片上限测量频率是： ? 电桥的激励电源频率 ≤(1/5～1/10)电源频率 ? 应变片的基长 基长越短，上限测量频率越高 ?? 例 基长为10mm时，上限测量频率可高达25kHz ?（6）应用于恶劣环境 ?（7）价格低 (1)直接用来测定结构的应变或应力 如果各桥臂的电阻变化分别为：ΔR1、R2、ΔR3、ΔR4，同时 R1=R2=R3=R4=R 则 当为电阻同型号的应变片时，上式可写成： 结论： 1、电桥输出电压与电源电压和电阻应变片的灵敏度系数、电阻的相对变化率之和、应变之和成正比。 　 　 2、电桥有和差 (加减)特性，应正确选择接桥方法，使输出增大，干扰减小。 ? ? 具体： 对需要测量的有用信息： 同极性——相对桥臂 ??????????????????????? 反极性——相邻桥臂 对不需要测量的干扰信息： 同极性——