机械工程测试技术（第3版）课件：发电式传感器及其应用.pptx

发电式传感器及其应用;发电式传感器及其应用;压电传感器原理

利用压电材料的压电效应，将被测量的变化转换成感生的电荷量变化实现测量。;5.1压电式传感器;当动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失;

当力的方向改变时，电荷的极性随之改变;

输出电压的频率与动态力的频率相同.;5.1压电式传感器;5.1压电式传感器;;电压放大器测量电路的不足;一种具有电容负反馈的、输入阻抗非常高的高增益运算放大器。;可见：

电荷放大器的输出电压与传感器的电荷量成正比，并且与电缆分布电容及频率无关

电荷放大器的灵敏度取决于Cf——灵敏度的选择，分档切换

常做高精度测量;5.1压电式传感器;5.1压电式传感器;5.1压电式传感器;5.1压电式传感器;5.1压电式传感器;5.1压电式传感器;5.1压电式传感器;5.1压电式传感器;1）应减小电缆噪声

产生原因：电缆芯与绝缘体间、金属屏蔽套与绝缘体间因滑移摩擦和分

离，产生静电荷感应干扰。

减小方法：固定好传感器的引出电缆和选用低噪声电缆。

2）应减小接地回路噪声

产生原因：不同电位处多点接地，形成了接地回路和回路电流。

减小方法：传感器与被测对象绝缘连接，并使测试系统同一点接地。;5.2磁电式传感器;当线圈匝数N、磁场强度B、磁场中的导体长度L为常数时，感应电动势与速度成正比：

;磁电式速度传感器动态特性

下限频率受固有频率影响。为了扩大下限可测频率，固有频率应该尽可能低，但可能存在体积过大、重力场中静变形过大、易受交叉振动干扰。因此，固有频率一般取10～15Hz。

上限频率受到安装频率影响。接触杆与被测物体表面的接触（安装）共振频率决定

工作频率：15～1000Hz

阻尼比：阻尼比（0.5-0.7），可扩展频率下限;原理：永久磁铁产生确定强度的磁场，磁铁与线圈均不动，被测量使磁路磁阻变化，引起磁通变化而使线圈产生脉冲感应电势。

典型代表：

齿圈齿顶与极轴的间隙变化

导致磁路磁阻变化。

一般测量角速度或转轴的转速

缺点：

对转轴有阻力矩；

低速时输出信号较小，故不适用于低转速测量??;1）通过测频测量转速的原理;2）通过测周期测量转速的原理

让被测信号来控制计数闸门的开启（如每转一个），使仪器内石英晶体振荡器所产生的高频信号进入计数器（标准信号）。

;分类：

动圈式、变磁阻式

测量电路：

动圈式输出可直接放大，变磁阻式可用数字式频率计

优点：

能够直接测量线速度和角速度；

输出功率大，可用于远距离测量；

结构简单，工作可靠。

缺点：

动圈式下限频率高，一般为10~15Hz；

变磁阻式对转轴有阻力矩

低速时输出信号较小；

不宜在高温及强磁场的环境中工作。;5.2磁电式传感器;5.2磁电式传感器;5.2磁电式传感器;5.2磁电式传感器;5.3霍尔传感器;5.3霍尔传感器;5.3霍尔传感器;5.3霍尔传感器;5.3霍尔传感器;5.3霍尔传感器;5.3霍尔传感器;5.3霍尔传感器;5.3霍尔传感器;霍尔效应钢丝断丝检测装置

1—钢丝绳2—霍尔元件3—永久磁铁;霍尔式位移传感器;霍尔传感器特性归纳：

（1）一般为半导体材料。由于纯金属中自由电子浓度过高，霍尔效应很微弱，不具有实用价值，所以霍尔元件常用的是各种半导体材料。

（2）尺寸小、特别是厚度很小（薄膜霍尔元件d为1μm左右），可以放到磁场的空隙中，因而很方便；材料的厚度越小，KH就越大，则灵敏度就越大。

（3）输出信号大，灵敏度可达12mV/mA-T。（如外加磁场是o.1T，控制电流若为20mA，则霍尔电压可达24mV。)

（4）输出电阻小，只有0.5_100欧姆；

（5）建立霍尔电势的时间极短（10-12_10–14s），因此所测外界信号频率可以很高，频率可以从直流到兆赫。

缺点：灵敏度受温度影响较大，使用中必须采取措施减小温度误差。;5.4热电偶传感器;;;应用：开路热电偶

只要A、B电极接入处温度一致，任意焊接、任意连接;;材料选定之后，热电势的大小仅与两端温度差有关---非线性关系。

如果固定一个端点温度T0，则热电势就建立了与测量温度T有关的对应关系。

分度表：

材料选定、T0固定，将E——T关系列成专门表格，叫做热电偶分度表。

特点：

1）不同材料组成的热电偶具有不同的分度表。

2）不同的冷端（自由端）温度T0具有不同的分度表。通常取T0为0℃，对于低温热电偶T0为0K。