机械工程测试技术（第3版）课件：传感器.pptx

传感器

本章学习要求：

1.了解传感器的分类2.掌握常用传感器的测量原理、适用场合3.了解传感器测量电路;

传感器在机器人身上的分布;

视觉：

光敏传感器;

利用物理定律或物质的物理特性、化学特性或生物效应，将待测非电量(压力、温度、位移等)及其变化转换为电量，输出电信号的器件。;

非电学量→传感器→电学量;

二、传感器在测控系统中的地位、作用;

三、传感器的组成

基本组成＝敏感元件＋传感元件

辅助组成＝外加电源、测量电路、外壳;

四、传感器的分类

1(广告上)按被测物理量分类;

2按工作原理分

电阻式~、电感式~、电容式~、....;

能量转换型(有源、自源传感器):有电能输出。

如:热电偶温度计,压电式加速度计、光电池

能量控制型(无源、外源传感器):需外加能量才能工作。如:电阻应变片、电感式传感器、电容式传感器;

物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换。如:水银温度计，压力加速度计(石英晶体的压电效应)，光敏电阻(材料受光照时其电阻发生改变)等。

结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转换。

如:电容式、电感式传感器;

地面控制中心的医生,怎样才能时刻知道宇航员的身体状况？;

专家推理：

蒸汽机——工业革命

计算机——信息革命

传感器——自动化革命

有人预言：

谁掌握了传感器技术

谁就能够支配新时代;

4.2电阻式传感器

电阻式传感器:被测量电阻的变化

工作导体的电阻值：R=()

式中：R－电阻(Ω)；

ρ－材料的电阻率(Ω·mm2/m)；

l－导体的长度(m)；A－导体的截面积(mm2)

?改变长度l，可形成滑动触点式变阻器或电位计；

?改变l、A和ρ,可做成电阻应变片；

?改变ρ，可形成热敏电阻、光导性光检测器、压阻应变片、电阻式温度检测器。;;

1.等效电路分析:

?L-变阻器总长;?x-电刷移动量.?R-总电阻;

?RL电刷电阻;;

2.变阻器的性能参数:

1)线性(或曲线的一致性);4)移动或旋转角度范围;

2)分辨率;5)电阻温度系数;

3)整个电阻值的偏差;6)寿命;

3.变阻器(电位器)的???类

1)按测量类型：

单圈电位器

多圈电位器

直线滑动式电位器;;

R=kx2;

被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动

齿轮转动，从而带动变阻器的电刷产生角位移。

弹簧管实物;

关节驱动电机转角变阻器电阻;

二应变式电阻传感器

1.应变片

1)工作原理－－电阻应变效应:金属或半导体材料的电阻值，随着它所承受的机械变形(伸长或缩短)的大小而发生变化的现象。;;

3)应变片的种类

按敏感栅的材料分类：

?(1)金属电阻应变片：

丝式、箔式、薄膜式

薄膜式应变片是采用真空溅射或真空沉积技术,在薄的绝缘基片上蒸镀金属电阻薄膜(厚度在零点几纳米到几百纳米),再加上保护层制成。其优点是灵敏度高,允许通过的电流密度大,工作温度范围广,可工作于-197~317°C。;

箔式应变片;

4)灵敏度分析

应变片的电阻计算公式：R=p.l/A

在外力作用下，引起p、l、A,均会引起电阻R的变化。

求导数得：

代入R=p.l/A;

A=冗r2dA=2冗rdr

从而：=一+;

5)应变片的主要参数

(1)几何参数：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用b×L表示。圆弧敏感栅应变片敏感栅基长L从圆弧顶部算起,箔式应变片则从横向粗线的内沿算起。通常L约2~30mm,箔式应变片最小可达0.2mm,长的达100mm或更长。

(2)电阻值：应变片在未安装、不受外力的情况下,于室温时测得的应变片的原始电阻值。这是使用应变片时应知道的。国内应变片习惯上选用120、175、350、500、1000、1500Ω

(3)灵敏系数：表示应变片变换性能的重要参数。

(4)最大工作电流：指允许通过应变片而不影响其工作的最大电流值。工作电流大,应变片输出信号就大,灵敏度就高。;

2应变式传感器

电阻应变片的两种用法：

(1)单个应变片－－需要贴片。

(2)组件(应变式传感器)－－无需贴片。

应变式传感器＝弹性敏感元件＋应变片。弹性敏感元件在被测物理量的作用下,产生一个与它成正比的应变,然后用应变片作为转换元件将应变转换为电阻变化。

1)应变式传感器的