各种自动化传感器的使用.pptx

第三章 传感器; 第三章 传感器;; §3-1传感器的定义; 传感器及传感技术;1.传感器在工业检测和自动控制系统中的应用 工业自动化、全自动、半自动生产线 （石油、化工、钢铁、铁路、机械、电力） 自动控制系统 （正确的信息检测 准确的控制）; 传感器的应用领域; 传感器的应用领域; 传感器的应用领域; 传感器的应用领域;传感器的应用领域;二、传感器的组成; 传感器的组成; 传感器的组成; 传感器的组成;三、传感器的分类;传感器的分类;传感器的分类;传感器的分类;传感器的分类;传感器的分类;传感器的分类;四、传感器的命名法;五、对传感器的性能要求;§3-2 电阻式传感器;一、导电材料的电阻效应 当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。 ;dR/R ——电阻的相对变化； dρ/ρ——电阻率的相对变化； dl/l ——金属丝长度相对变化，用ε表示，ε= dl/l ,称为金属丝长度方向上的应变或轴向应变； dS/S ——截面积的相对变化。 ;将微分dR、dρ改写成增量ΔR、Δρ，则;物理意义：单位应变引起的电阻相对变化。 KS由两部分组成： 前一部分是（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； 后一部分为 ，电阻率随应变而引起的（称“压阻效应”）。 对金属材料，以前者为主，则KS≈ 1+2μ； 对半导体， KS值主要由电阻率相对变化所决定。 实验表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成正比。通常KS在1.8～3.6范围内。;§3-2-2 电位计式传感器; 常用电位计式传感器有直线位移型、角位移型和非线性型等。; 直线位移型：当被测位移变动时，触点c沿变阻器移动。若移动x，则c点与A点之间电阻值：R=kix 传感器灵敏度：S=dR/dx=ki 式中k——单位长度内的电阻值。 当导线分布均匀时，ki为一常数。这时传感器的输出(电阻)与输入(位移)成线性关系。; 回转型变阻器式传感器，其电阻值随转角而变化。其灵敏度 式中α—转角[rad] kα—单位弧度对应的电阻值。; 非线性变阻器式传感器??或称为函数电位器。当被测量与电刷位移x之间具有某种函数关系时，通过它可以获得输出电阻与输入被测量的线性关系。设r(x)为电位器任意瞬时位置（微小区间Δx）内的电阻，则电阻位移为x时总电阻值为： 如果被测量为z(x)，它是位移x的函数， 若要得到线性输出，应满足 在已知z(x)的情况下，可以求得r(x) 和Rx, r(x)可以用来确定电位器的骨架形状。 ;变阻器式传感器的优点是结构简单，性能稳定，使用方便。 缺点是分辨力不高，因为受到电阻丝直径的限制。提高分辨力需使用更细的电阻丝，其绕制较困难。所以变阻器式传感器的分辨力很难优于20μm。 由于结构上的特点，这种传感器还有较大的噪声。电刷和电阻元件之间接触面的变动和磨损、尘埃附着等，都会使电刷在滑动中的接触电阻发生不规则的变化，从而产生噪声。 变阻器式传感器被用于线位移、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。;变阻器式传感器产品;案例：重量的自动检测--配料设备;案例：煤气包储量检测;案例：玩具机器人（广州中鸣数码 ）;3.2 电阻式传感器;3.2 电阻式传感器;三、电阻应变片 金属应变片式传感器的核心元件是金属应变片，它可将试件上的应变变化转换成电阻变化。金属应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化，通过转换电路转变成电量输出，电量变化的大小反映了被测物理量的大小。 ;§3-2-3 电阻应变片;（1） 敏感栅 由金属细丝绕成栅形，直径：（0.015～0.05）mm 应变片的阻值：60Ω、120Ω、200Ω等多种规 格，以120Ω最为常用。（允许有一定的误差，但不能太大，否则影响平衡） 标距=栅宽×栅长=b×l 较大的应变片：5×100（200）mm 较小的应变片：1×1（2）mm等。 结构：回线式（a）和短接式（b） ;对敏感栅的材料的要求： ①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常 数； ②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片； ③电阻温度系数要小； ④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强； ⑤