传感与检测技术教学作者刘传玺传统传感器原理及应用.pptxVIP

传感与检测技术教学作者刘传玺传统传感器原理及应用第1页/共187页 2023/5/7（一）线绕电位器式位移传感器线绕电位器式传感器的核心是线绕电位器。图是常用电位器式传感器的结构原理图，该类传感器主要是由触点机构和电阻器两部分组成。 图2-1 线绕电位器式传感器示意图第2页/共187页 2023/5/7如图2-1（a）所示为线性位移传感器，它的骨架截面积处处相等，且由材料均匀的导线按照等节距绕制而成，此时电位器单位长度上的电阻值处处相等， 是其总长度， 总电阻，当电刷行程为x时，对应于电刷移动量的电阻值Rx为若把它作为分压器使用，且假定加在电位器A、B之间的电压为 ，则输出电压为如图2-1（b）所示为电位器式角度传感器。若将其作为电阻器使用，则电阻与角度的关系为第3页/共187页 2023/5/7若作为分压器使用，则有如图2-2所示是线性绕线电位器示意图。 第4页/共187页 2023/5/7其电阻灵敏度为电压灵敏度为（二）非线绕电位器式位移传感器非线绕电位器又叫函数电位器，代表着电位器式传感器发展方向。主要能以下几种。1、合成膜电位器2、金属膜电位器3、导电塑料电位器4、光电电位器第5页/共187页 2023/5/7（三）电位器式传感器常用压力变换弹性敏感元件1、弹簧管弹簧管又称波登管，它是弯成各种形状的空心管子（大多数弯成C形），它一端固定、一端自由，如图2-3(a)所示。弹簧管能将压力转换为位移。 第6页/共187页 2023/5/72、波纹管波纹管是一种表面上有许多同心环波形皱纹的薄壁圆管。它的一端与被测压力相通，另一端密封，如图2-3(b)所示。3、波纹膜片和膜盒波纹膜片是一种压有同心波纹的圆形薄膜，如图2-3（c）所示。为了便于和传感元件相连接，在膜片中央留有一个光滑的部分，有时还在中心上焊接一块圆形金属片称为膜片的硬心。当膜片四周固定，两侧面存在压差时，膜片将弯向压力低的一侧，因此能够将压力变换为位移。为了进一步提高灵敏度，常把两个膜片焊在一起，制成膜盒，如图2-3（d）所示。 第7页/共187页 2023/5/73. 电位器式位移传感器的应用 电位器式位移传感器常用来测量几毫米到几十米的位移和几度到360度的角度。 如图2-21所示为我国研制的采用精密合成膜电位器的CⅡ－8型拉线式大位移传感器。它可以用来测量飞行器级间分离时的相对位移，火车各车厢的分离位移，跳伞运动员起始跳落位移等。 图2－21 拉线式大位移传感器1-牵引头；2-排线轮；3-传动齿轮；4-轴；5-电刷；6-电位器；7-发条第8页/共187页 2023/5/7二、电阻应变式传感器电阻应变式传感器是一种利用电阻应变片将应变或应力转换为电阻的传感器，可以用于测量应变、力、压力、位移、加速度、力矩等参数，具有动态响应快、测量精度高、使用简便等优点。根据敏感元件的材料形状的不同，电阻应变式传感器的应变片可分为金属应变片和半导体应变片两种。金属应变片有金属丝式、金属箔式和金属薄膜式；半导体应变片有扩散型、体型和薄膜型。电阻应变式传感器主要由电阻应变片（金属应变片和半导体应变片）弹性敏感元件和测量电路三部分组成。第9页/共187页 2023/5/7（一）金属应变片金属应变片是由绕成栅状的高阻金属丝、栅状金属箔构成的，敏感元件用黏合剂贴在两张胶片或纸片（基片）之间制成。基本结构如图2-5所示。1、金属丝电阻应变片金属丝电阻应变片是由丝栅状的电阻丝组成的敏感元件，有圆角线栅式和直角线栅式两种，如图2-6所示。图2-5 金属应变片结构 图2-6金属丝电阻应变片形式第10页/共187页 2023/5/7电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其阻值发生变化，此种现象称为电阻应变效应。金属丝电阻为当金属丝电阻发生变形时，其长度L、截面积A、电阻率ρ均发生变化，从而引起电阻值R的变化，电阻的增量为电阻的相对变化为纵向应变与横向应变间存在着比例关系，其比例系数为电阻丝材料的泊松比， 第11页/共187页 2023/5/7电阻丝电阻率相对变化与电阻丝轴向所受正应力有关，即2、金属箔式应变片金属箔式应变片的敏感栅是由很薄的金属箔片通过光刻和腐蚀工艺制成。箔栅厚度为0.003～0.01mm。箔片材料为康铜、镍铬合金等。为适应不同场合，其敏感栅制成不同的形状，如图2-7所示。第12页/共187页 2023/5/7（二）半导体应变片半导体应变片最简单的结构如图2-8所示。半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。式（2-13）可写成半导体应变片灵敏度图2-8 半导体应变片（体型）第13页/共187页 2023/5/7目前国产的导体应变片大都采用P型和N型硅材料制作，其结构有体形、薄膜型和扩散型，如图2-9所示。（三）电阻应变式传感器常