传感器技术及应用

传感器技术及应用

传感器技术及应用 主讲教师：樊尚春教授北京航空航天大学

课程内容 第1讲：绪论第2讲：传感器的输入输出特性第3讲：传感器敏感结构的力学特性第4讲：几种典型的模拟式传感器第5讲：谐振式传感器第6讲：发展中的传感器新技术第7讲：总结 

第4讲：几种典型的模拟式传感器 思考题(第4讲) 1. 变电阻式传感器的主要类型。 2. 变电容式、变电感式与变电阻式传感器的比较。 3. 举例说明传感器的负载特性、横向效应、温度效应。 4. 比较应变效应与压阻效应；压阻效应与压电效应；热电阻效应与热敏电阻效应；压电效应与电容式变换原理。 5. 电桥原理在传感器中的应用特点。 6. 差动检测原理及其在传感器中的应用实例分析。 7. 传感器技术的自补偿方式及其实现。

第4讲：几种典型的模拟式传感器 4.1 概述 4.2 电位器式传感器 4.3 应变式传感器 4.4 压阻式传感器 4.5 热电式传感器 4.6 电容式传感器 4.7 变磁路传感器 4.8 压电式传感器

变电阻式传感器 第4讲：几种典型的模拟式传感器 4.1 概述 4.2 电位器式传感器 4.3 应变式传感器 4.4 压阻式传感器 4.5 热电式传感器 4.6 电容式传感器 4.7 变磁路传感器 4.8 压电式传感器

变阻抗式传感器 第4讲：几种典型的模拟式传感器 4.1 概述 4.2 电位器式传感器 4.3 应变式传感器 4.4 压阻式传感器 4.5 热电式传感器 4.6 电容式传感器 4.7 变磁路传感器 4.8 压电式传感器

功能材料类 第4讲：几种典型的模拟式传感器 4.1 概述 4.2 电位器式传感器 4.3 应变式传感器 4.4 压阻式传感器 4.5 热电式传感器 4.6 电容式传感器 4.7 变磁路传感器 4.8 压电式传感器

4.2 电位器式传感器 4.2.1 概述 4.2.2 线绕式电位器的特性 4.2.3 非线性电位器 4.2.4 电位器的负载特性及负载误差 4.2.5 电位器的结构与材料 4.2.6 非线绕式电位器 4.2.7 典型的电位器式传感器

4.2.2 线绕式电位器的特性 • 结构 • 电位器式传感器用于什么场合？ • 应用特点？

4.2.2 线绕式电位器的特性 • 灵敏度 • 阶梯特性和阶梯误差 • 分辨率

4.2.3 非线性电位器 • 功用 • 实现途径 • 电位器的结构 • 应用电路 • 需要非线性输出； • 修正、补偿非线性； • 改善负载误差。

4.2.3 非线性电位器 • 功用 • 实现途径 • 电位器的结构 • 应用电路分流电阻法给定电位法

或 4.2.4 电位器的负载特性及负载误差 • 电位器的负载特性 • 电位器的负载误差 • 减小负载误差的措施 • 提高负载系数 • 限制电位器的工作范围 • 重新设计电位器的空载特性

4.2.4 电位器的负载特性及负载误差 • 减小负载误差的措施 • 限制电位器的工作范围

4.2.4 电位器的负载特性及负载误差 • 减小负载误差的措施 • 重新设计电位器的空载特性

4.2 电位器式传感器(小结) 4.2.1 概述 4.2.2 线绕式电位器的特性 4.2.3 非线性电位器 4.2.4 电位器的负载特性及负载误差 4.2.5 电位器的结构与材料 4.2.6 非线绕式电位器 4.2.7 典型的电位器式传感器位移元件负载特性的意义作业预习——第5章应变式传感器

4.3 应变式传感器 4.3.1 应变式变换原理 4.3.2 金属应变片 4.3.3 应变片的动态响应特性 4.3.4 应变片的温度误差及其补偿 4.3.5 电桥原理 4.3.6 典型的应变式传感器

4.3.1 应变式变换原理 金属丝的灵敏系数

讨论：与的关系？ 4.3.2 金属应变片 • 结构及应变效应 • 横向效应及横向灵敏度如何减小横向效应？ • 按出厂情况使用 • 针对实用，重新标定 • 短接圆弧段使用应变片的灵敏系数

4.3.2 金属应变片 • 结构及应变效应 • 横向效应及横向灵敏度 • 电阻应变片的种类 • 电阻应变片的材科 • 应变片的主要参数 • 应变片电阻值 • 绝缘电阻 • 灵敏系数 • 机械滞后 • 允许电流 • 应变极限 • 零漂和蠕变 • 金属丝式应变片 • 金属箔式应变片 • 半导体应变片 • 薄膜式应变片 • 敏感栅材料 • 应变片基底材料 • 引线材料

4.3.3 应变片的动态响应特性 • 应变波的传播过程 • 应变片工作频率范围的估算自学

4.3.4 应变片的温度误差及其补偿 • 温度误差产生的原因 • 电阻的热效应 • 试件与应变丝的材料线膨胀系数不一致

4.3.4 应变片的温度误差及其补偿 • 温度误差的补偿方法 • 自补偿法 • 线路补偿法合理选择应变片和使用构件合理使用电桥

热敏电阻补偿法 4.3.4 应变片的温度误差及其补偿 • 温度误差的补偿方法 • 自补偿法 • 线路补偿法合理选择应变片和使用构件合理使用电桥

4.3.5 电桥原理 • 电桥的平衡 • 电桥的不平衡输出 • 电桥的非线性误差

4.3.5 电桥原理 • 电桥的平衡

4.3.5 电桥原理 • 电桥的平衡 • 电桥的不平衡输出引入

4.3.5 电桥原理 • 电桥的平衡 • 电桥的不平衡输出 (最大灵敏度讨论) 利用提高灵敏度的措施？

4.3.5 电桥原理 • 电桥的平衡 • 电桥的不平衡输出 • 电桥的非线性误差

4.3.5 电桥原理 • 电桥的平衡 • 电桥的不平衡输出 • 电桥的非线性误差金属应变片半导体应变片

4.3.5 电桥原理 • 减少电桥的非线性误差的措施 • 差动电桥 • 采用恒流源供电电桥 • 差动电桥双臂受感电桥四臂受感电桥半差动全差动

4.3.5 电桥原理 • 减少电桥的非线性误差的措施(差动) 考虑双臂受感的常用情况四臂受感电桥双臂受感电桥四臂受感情况思考：双臂与四臂差动电桥应用情况的比较

4.3.5 电桥原理 • 减少电桥的非线性误差的措施(恒流源) 单臂受感情况恒流源供电电桥仍然有比较大的非线性误差！四臂受感情况

单臂受感电桥 4.3.5 电桥原理附：电桥转换电路中的温度温差单臂受感情况评论：温度影响体现在分子、分母上

四臂受感电桥 4.3.5 电桥原理附：电桥转换电路中的温度温差四臂受感情况评论：温度影响体现在分母上

四臂受感电桥 单臂受感电桥 4.3.5 电桥原理附：电桥转换电路中的温度温差单臂受感情况四臂受感情况评论：四臂受感电桥大大减小了温度误差！

四臂受感电桥(恒流源) 4.3.5 电桥原理附：电桥转换电路中的温度温差 A B 四臂受感情况(恒流源供电) 附加值：温度的测量评论：四臂受感恒流源供电电桥最常用！

4.3 应变式传感器 4.3.1 应变式变换原理 4.3.2 金属应变片 4.3.3 应变片的动态响应特性 4.3.4 应变片的温度误差及其补偿 4.3.5 电桥原理 4.3.6 典型的应变式传感器

4.3.6 典型的应变式传感器 • 应变式力传感器 • 应变式加速度传感器 • 应变式压力传感器 • 应变式位移传感器 • 应变式转矩传感器

4.3.6 典型的应变式传感器 • 应变式力传感器 • 圆柱式力传感器 • 环式测力传感器 • 梁式测力传感器

4.3.6 典型的应变式传感器 应变式力传感器(1) ——敏感结构 • 圆柱式力传感器圆柱体：一端固支（非直接施力端）一端自由（直接施力端）

4.3.6 典型的应变式传感器 应变式力传感器(1) ——工作机理 • 圆柱式力传感器被测集中力 ——圆柱体的应变 ——电阻应变片的电阻相对变化 ——电桥的电压输出

4.3.6 典型的应变式传感器 应变式力传感器(1) ——特性方程 • 圆柱式力传感器

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