智能信息感知技术 课件 第二章 典型传感器原理及实例.pptx

2024-07-231智能信息感知技术——第二章典型传感器原理及实例

待测物理量可测电信号电压电流电阻课堂导入2024-07-232

目录2.1电阻式传感器电容式传感器电感式传感器光电传感器其它类型传感器2024-07-233

2.1电阻式传感器2.1.1基本工作原理电阻式传感器的基本原理是将被测非电量的变化转换成电阻值的变化，通过测量电阻值变化达到测量非电量的目的。应变式传感器压阻式传感器电位器式传感器……lR=ρS????：电阻率l：电阻丝长度S：横截面积????? ????????? ?????????????= ? +?????2024-07-234????电阻的变化率：

2.1电阻式传感器????? ????? ????? ?????= ? +???? ???? ???? ?????S=2?rS r?RR=ε1+2μ +?ρρε=?l?l（电阻丝应变）?r?r=-μ(?l?l)=-μεμ为电阻丝材料的泊松系数电阻丝形变产生的电阻变化电阻丝电阻率变化所引入的变化2024-07-235

2.1电阻式传感器?R ?ρ=ε1+2μ +R ρ?R????0=Rε=1+2μ+λE金属丝灵敏度系数：?R=ε1+2μ+λER?ρ=λσ=λEερλ——压阻系数;σ——电阻应变力；E——材料的弹性模量半导体材料K0越大，单位变形引起的电阻相对变化越大。一般情况下K0为常数。对于金属材质的电阻丝来说，λE有时可以忽略不记。K0=1+2μ=1~2对半导体来讲,1+2μ可以忽略不计。K0=λE=50~1002024-07-236

2.1电阻式传感器2024-07-237应变式传感器应变式传感器的工作原理就是利用金属电阻应变片的电阻应变效应进行外部物理量的测量。电阻应变效应：导体在外界作用下产生机械变形（拉伸或压缩）时，其电阻值相应发生变化的现象。压阻式传感器压阻式传感器的基本工作原理就是利用压力对半导体体电阻应变片的电阻率的影响，实现对压力的测量。

2.1电阻式传感器2024-07-2382.1.2测量电路由于机械应变一般都很小，要把微小应变引起的微小电阻变化测量出来，同时要把电阻相对变化?R?R转换为电压或电流的变化，因此，需要有专用的用于测量应变变化引起而引起电阻变化的测量电路。直流电桥交流电桥

2.1电阻式传感器直流电桥当RL→∞时，电桥输出电压为：0U =E?R1 R32024-07-239R1+R2 R3+R4电桥平衡时U0=0，因此电桥平衡条件为：R1R4=R2R3桥臂比：n=R2?R1=R4?R3

2.1电阻式传感器100U =R3 R11+R2+?R1)(1+R4R1 R1 R3E直流电桥设在四臂电桥中，R1为工作应变片，由于应变而产生相应的电阻变化?R1。此时电桥输出电压为U0。R4??R1略去分母中的?R1?R1，并带入桥臂比，可得????????=????+????????? ???????????? ??????????????电桥电压灵敏度为uk = U0 1 1n?R?R =(1+n)2?E电桥电压灵敏度与电源电压成正比，同时与桥臂比相关。

2.1电阻式传感器交流电桥由于应变电桥输出电压很小，一般都要加放大器，而直流放大器易于产生零漂，因此应变电桥多采用交流电桥。半桥差动交流电桥示意图C1、C2表示应变片引线分布电容。1Z =R11+jωRC1 12Z =R21+jωRC2 2Z3=R3Z4=R40U? =U??Z1Z4?Z2Z32024-07-23111 3(Z +Z)(Z +Z?2 4Z1Z4=Z2Z3

2.1电阻式传感器典型应用梁式力传感器梁式力传感器是应变式力传感器，即被测量为荷重或力的应变式传感器。这种传感器其特点为结构简单、易加工、应变片容易粘贴、灵敏度高等特点。2024-07-2312

2.1电阻式传感器，典型应用压阻式加速度传感器压阻式加速度传感器采用单晶硅作悬臂梁在其近根部扩散4个电阻。当梁的自由端的质量块受到加速度作用时，在梁上受到弯矩和应力，使电阻值发生变化。由4个电阻组成的电桥将产生与加速度成正比例的输出电压。恰当地选择传感器尺寸及阻尼系数，则可用来测量低频加速度与直线加速度。2024-07-2313

2.2电容式传感器2.2.1基本工作原理电容式传感器的基本原理是将被测非电量的变化转换成电容量变化。特点：结构简单，体积小，分辨率高，具有平均效应，测量精度高，