现代传感器与执行器工程学.ppt

电学量（电压、电流、频率等）或力学量（压力等）。换句话说，单独一个敏感元件还不能成为安全的传感器，而且也未必实用。 传感器的构成法的分类如图4.1所示。（a）是最基本的结构形式，只是由敏感元件构成的最简单形式，把它规定为P型。（b）仍然是利用敏感元件的基本构成形式,与（a）不同的是使用了电能等能源，可获得较高能量的输出信号。这种形式定为A型。为使A型敏感元件的工作点稳定，采用了能源。当然，也有不用能源而用磁铁，使磁的工作点稳定的形式。在这种情况下，磁铁并非是能源，可视其为一种偏压源。这种形式成为B型。（c）是利用输入信号进行阻抗变换的敏感元件的形式，若就这样原封不动的使用，因为得不到输出信号，所以要制作包含该敏感元件在内的变换电路，由能源向它供能量, 第三十页，共五十页。 从而获得输出信号。将这种结构形式的传感器称为C型传感器。 传感器的特性，由于受到周围环境和条件的影响，在很多情况下要发生变化。当影响不可忽略时，则必须采取某种解决的办法。（d）以下，就是针对这种情况提出卓有成效的结构形式。（d）是采用了原理相同，性能一致的两个敏感元件。其中之一收输入信号，而另外一个虚设，作为补偿用，环境条件的改变使得两个敏感元件性质变化是相同的，以此达到消除环境干扰的影响。多数情况下，需要能源。这种构成法为D型。（e）是比D型更为完善的敏感元件的活用方式。输入信号是同时加到原理相同、性能一致的两个敏感元件上，但对于输入信号，两个传感器的参数变化是相反方向的；而对环境变化则是成相同方向的。这样，便可以小环境变动的 第三十一页，共五十页。 影响，这种构成方式称为E型。（f）是除了采用对输入量响应的敏感元件外，采用了对环境相应的敏感元件。对输入量响应的敏感元件的环境特性要预先清楚，使用时，用有关环境信息来补偿敏感元件的性能变化，这就是F型的传感器构成法。 第三十二页，共五十页。 第三十三页，共五十页。 图4.1传感器的构成法 为了获得有价值的输出信号，从构成法的角度，可将传感器从P型到E型进行进行分类。为了得到输出信号, 第三十四页，共五十页。 其中P型和B型，能量是从被测对象上获得的，这一点是和传感器不同的。热电偶和压电元件是P型的典型例子。这类敏感元件因不需内部电源，所以称为被动型（Passive）或无源性。如果利用热平衡或传输现象中的一次效应时可构成P型传感器。 如第3章所述，一次效应存在逆效应，对P型传感器一旦加上输入信号，则由输出端所产生的反作用便又立即返回到输入端。可以说这是一种相当于作用力与反作用力间的效应，因而对被测对象施加反力是不可避免的.再有，由输出端所输出的能量不能大于向被测对象输入的能量。 A型是带有内装能源结构的基本型，因此称为能动(active)或主动型。C也是能动型，属于这种类型的传感器被大量的使用着。利用热平衡或传输现象中的二次效应 第三十五页，共五十页。 汽车课件下载 2.5物理定律与SA 传感器必须具备将输入的物理量转换为其他种类物理量的机能，而这种机能之所以能够实现，是由于应用了各种物理定律和法则的缘故。换句话说，由于传感器的工作受物理准则所支配，所以非物理的特性是不能实现的。因而，从物理量变换的观点，将物理定律分类，不仅能加深理解，且对传感器开发与使用也是非常必要的。 为此，将物理定律（法则）分为以下四种类型。 2.5.1守恒定律 这是表示能量、动量、电荷量等守恒特性的定律。从原理上讲，这是个最基本的定律。作为应用能量守恒定律的传感器的例子，可以推举空速管（Pitot管）。 第一页，共五十页。 大家知道，在密封的管子里，非粘性液体流的守恒定律是用伯努利方程来表示的。对于水平流动的液体，假如是不可能压缩的，则可表示为 （3.1） 式中， 是流体的密度，v是流速，p是压力。 图3.1空速管（Pitot） 第二页，共五十页。 如图3.1所示，空速管是由对着流向封口的管子与侧面开孔的管子所组成。对于A点（v=0，p=pt）和B点（v=v，p=ps），伯努利方程都适用，因而有 （3.2） 也就是说，通过这个方程，可将流速变换成压力差。这就是作为流速传感器的空速管的变换原理。 使用能量守恒定律时，必须把与现象有关的一切能量形式都考虑在内。例如空速管如果考虑流体的粘度和可压缩