常用传感器

1. 第三章 常用传感器 转化为 被测机械量————与之相应的易于传输、识别、处理的电信号的装置 第一节 传感器的分类 位移传感器机械式 按被力传感器按工作电气式 测量温度传感器原理光学式 流体式 按信号物性型：例：压电式 变换特征结构型：例：电容式

2. 按敏感组件与 的能量关系 被测对象之间 能量转换型：直接由被测对象输入能量， 如：热电偶温度计 能量控制型：从外部供给辅助能量， 如：电阻应变计中电阻接于电桥上 模拟式 按输出信号 数字式

3. 第二节 机械式传感器 敏感元件：直接感受被测物理量 敏感组件：弹性体 输入：力，压力，温度等 输出： 弹性组件本身的变形 特点： 简单、可靠、使用方便，价低， 读 数直观；但固有频率低 弹性原件具有蠕变、弹性后效等现象 适宜： 检测缓变或静态被测量 弹性后效是指载荷在停止变化之后， 弹性元件在一段时间之内还会继续 产生类似蠕动的位移 蠕变：固体材料在保持应力不变的 情况下，应变随时间缓慢增长的现象

5. 微型探测开关 可探测物体有无、位置、尺寸、运动状态等

6. 转化为 被测量 ——-- 电阻变化 直线位移型传感器 变阻器式 角位移型传感器 非线性型 电阻传感器 丝式 金属电阻应变片 箔式 电阻应变式 半导体应变片 第三节 电阻式传感器 一、变阻器式传感器 位移———电阻变化

7. 直线位移型 角位移型 非线性型 骨架按要求定 灵敏度： 输入：角位移 输入：x(位移) 输出：阻值R 输出：R(电阻) 测：角位移 测：直线位移

8. 若被测量： 要求： 为使输出的阻值： 骨架当触点在x处时： ：任一位置微小区间内的电阻 所以:骨架形状应为三角形

9. 后接电路：电阻分压电路 时 变阻器式传感器的优点： 简单、性能稳定、使用方便 缺点：分辨力低，<20微米， 噪音较大 应用：测线位移，角位移

10. 原材料 比较 设定值 电阻式传感器 应用 案例1：重量的自动检测--配料设备 原理 用弹簧将力转换为位移;再用变阻器将位移转换为电阻的变化

11. 丝式 箔式 二．电阻应变式传感器 应用：测应变、力、位移、加速度、扭矩等 特点：体积小、动态响应快、精度高、使用方便 （一）金属电阻应变片传感器 工作原理：应变片发生机械变形时——引起电阻值变化 应变片工作时：粘固在被测物表面上或弹性体上 丝式： 康铜或镍铬合金 直径0.025mm

12. 几何参数： 栅长L和栅宽b， 制造厂常用b×L 表示。

14. 纵向应变 电阻丝泊松比 压阻系数 箔式：线条均匀，尺寸准确，粘结情况好， 传递试件应变性能好 工作原理： 与材质有关 弹性模量

15. ：是由电阻丝几何尺寸变化所引起的 ：是由电阻丝的电阻率随应变的改变而引起的 对于电阻丝： 灵敏度： Sg=1.7—3.6 • 金属应变片有： 丝式、箔式 • 优点： 稳定性和温度特性好 • 缺点： 灵敏度系数小

16. （二）半导体应变片 工作原理：半导体材料的压阻效应 压阻效应：单晶半导体材料在 沿某一轴向受到外力作用时， 其电阻率 发生较大变化 很小，可略去 对半导体： 灵敏度： 较金属丝电阻应变片大50—70倍

17. 金属丝电阻应变片与半导体应变片的主要区别：金属丝电阻应变片与半导体应变片的主要区别： 前者利用导体形变引起阻值的变化， 后者利用半导体电阻率变化引起阻值的变化。 灵敏度高，机械滞后小， 横向效应小，体积小 半导体应变片优点： 缺点：温度稳定性差，灵敏度分散度大（晶向、杂质 等因素影响），非线性误差大 （三）电阻应变式传感器的应用 • 直接测结构的应变或应力 2.将应变片贴于弹性组件上，测力、位移、压力、加速度等 弹性组件得到与被测量成正比的应变，再由 转变为 的变化 ，再由后续电路转变为电压的变化

20. 悬臂梁 惯性机构m 加速度 电压的变化 惯性力 应变片 电桥 注意：1）应变片的粘接 2）温度的影响，温度补偿 3）用于动态测量时，要注意应变 片的上限测量频率

21. 应用 原理：在桥中设置一三角形障碍物，利用汽车碍时的冲击对桥梁进行激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率。 案例1：桥梁固有频率测量

22. 案例2：电子称 原理 将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。

23. 应变片有如下的优点： • ①.测量应变的灵敏度和精度高，性能稳定、可靠，可测1～2με，误差小于1％。②.应变片尺寸小、重量轻、结构简单、使用方便、测量速度快。测量时对被测件的工作状态和应力分布基本上无影响。既可用于静态测量，又可用于动态测量③.测量范围大。既可测量弹性变形，也可测量塑性变形。变形范围可从1％～2％。④.适应性强。可在高温、超低温、高压、水下、强磁场以及核辐射等恶劣环境下使用。⑤.便于多点测量、远距离测量和遥测。⑥.价格便宜，品种多，工艺较成熟，便于选择和使用，可以测量各种物理量。

24. 自感型(L): 可变磁阻式 电感式传感器 涡电流式 互感型(M): 转换为 被测量 电感量变化 第四节 电感式传感器 • 、 自感型 • (一) 可变磁阻式 原理： 线圈自感量：

25. 故： 当固定 ，改变 变— L 变 位移传感器 变— L 变 变化过程：机械量—— 当 较小， 且不考虑磁路的铁损， 因： 铁心磁阻 空气隙的磁阻 灵敏度 所以存在线性误差 时：

26. 此传感器适： 测较小位移，约为 0.001—1 mm 其它几种常用的可变磁阻式传感器： • 面积变化型 机械量 S: 较低

27. ②当 + 2. 差动型：①初始状态：x=0 ③ 将两线圈接于电桥的相邻桥臂， 输出灵敏度 提高一倍，并改善了线性特征 差动连接：

28. 4．双螺管线圈差动型：较单螺管型灵敏度 提高一倍， 较好的线性, 测量范围:0—300 , 分辨力: 0.5 3. 单螺管型：灵敏度低 适：较大位移（数毫米）测量

29. (一) 涡电流式传感器 变换原理：金属导体在交变磁场中的涡电流效应 涡电流效应： 影响高频线圈阻抗 Z 、 自感L的因素 1.线圈与金属2. 金属板的3.金属板的4.线圈激磁 板间距离 圆频率 电阻率 磁导率 测：位移 测：材质 振动 探伤 厚度

30. 测量电路： 阻抗分压式调幅电路： 变——电感 L 变——电压u变

31. 调频电路：变——电感 L 变—— 振荡器 f 变 转化为电压 u的变化 涡电流传感器的特点： 动态非接触测量 范围: 1mm — 10 mm 分辨力：1 简单，使用方便，不受油液等介质的影响； 应用：位移，振动，测厚，探伤，材质鉴别，径向摆动， 回转轴误差，转速，零件计数，表面裂纹，缺陷等；

32. 二、互感型——差动变压器式电感传感器 工作原理：电磁感应中的互感现象 感应电动势： M：互感系数（ H ） M:大小与相对位置，介质的导磁能力， 线圈形状、大小、匝数有关 表明：两线圈之间的耦合程度； • 螺管型差动 • 变压器传感器

33. 3. 特点：精度高，可达0.1 100 • 1.工作原理： • 2. 测量电路：注意：零点残余电压的补偿； 位移正负的判断：相敏检波 线性范围大: 达 稳定性好，使用方便 4.适于：测直线位移，压力，重量等 • 螺管型差动 • 变压器传感器

34. 极距变化型 ，变 固定 面积 ，变 A 固定 ，变 介质 固定 灵敏度： ① ② 存在线性误差，故一般： (3). 实际应用时：差动式 第五节 电容式传感器 被测量——电容量的变化 一、变换原理: （一）极距变化型 1. 工作原理：

35. 非接触动态测量,灵敏度高,测较小位移（达0.01 ) 2.特点： 线性误差，杂散电容对灵敏度及测量精度的影响，电子线路复杂； (二) 面积变化型 角位移型 平面线位移型 圆柱体线位移型

36. 变—— C 变 面积变化型传感器的特点：① ②灵敏度较低 适：较大直线位移及角位移的测量 (三) 介质变化型 可测：材料的厚度，温度，湿度,液位高度的测量

37. 二、测量电路 • 电桥型电路 • 2. 直流极化电路

38. 3. 谐振电路： • 4. 调频电路

39. 5. 运算放大器：

40. 电容式传感器 应用 案例1：电容传声器 案例2:转速测量

41. 可逆型换能器:机械能 电能 第六节 压电式传感器 应用：力，压力，加速度的测量 工作原理：某些物质的压电效应 一. 压电效应 压电效应逆压电效应 压电材料：石英，钛酸钡等

42. 电荷量： ：作用力 z—z: 光轴 x—x: 电轴 y—y: 机械轴 ：压电系数，与材质与切片方向有关

43. 二、压电式传感器极其等效电路 压电传感器：电荷发生器，又是一个电容器 压电传感器宜：动态测量 实际使用时芯片的连接 ： 并联：电容大，电荷量 大，时间常数大； 适：缓变信号 串联：电容小，输出 电压大； 适：以电压输出

44. ：电缆寄生电容 1.将传感器的高阻抗输出变为低阻抗输出 2.放大传感器输出的电信号 压电式 传感器 一般 放大 指示 仪表 前置 放大器 检波 压电芯片及等效电路： ：后续电路的输入 阻抗和传感器中的漏 电阻所形成的泄漏电阻； 三、测量电路 前置放大器 的作用

45. 电压放大器：受电缆电容影响较大，影响灵敏度；电压放大器：受电缆电容影响较大，影响灵敏度； 电荷放大器：受电缆电容影响较小，灵敏度无明显变 化，但电路复杂，价高； 不同前置放大器的特点： 压电式传感器的应用:测力、压力、振动的加速度

46. 加速度计 压力变送器 力传感器 压电式传感器 产品

47. 线速度型 动圈式 角速度型 磁电式传感器 磁阻式 ：线圈匝数 ：磁通量 影响磁通量 的因素 1.磁场强度 2.磁路磁阻 3.线圈的运动速度 磁阻式动圈式 第七节 磁电式传感器 被测物理量――― 感应电动势 原理：感应电动势

48. 当结构一定， W ,B, A为常数时 • . 动圈式 • 线速度型 感应电动势： 惯性式速度计 • 2. 角速度型 感应电动势： 转速测量

49. 当 ， 且不使用特别加长电缆时： : 线圈阻抗 : 负载电阻 动圈式磁电传感器测量电路：

50. 二. 磁阻式传感器 工作原理：线圈与磁铁无相对运动，由运动着的物体 （导磁材料）来改变磁路的磁阻，引起磁力 线的增强与减弱，线圈中产生感生电动势。 应用：测频数，转速，偏心测量，振动测量 特点：简单，方便