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1、第三章、常用传感器与敏感元件,本章学习要求：1.了解传感器的分类 2.掌握常用传感器测量原理及应用3.了解常用传感器测量电路,3.1 概述,传感器定义工程测量中通常把直接作用于被测量，并能按一定方式将其转换成同种或别种量值输出的器件，称为传感器。,狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。,易检测、处理多为电学量,非电量,传 感 器,2. 传感器的构成,敏感器件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。传感元件：感受敏感元件的输出，然后输出电学量,另一种非电量,辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。,3. 传感器的分类,常见的被测物理量机
2、械量:长度,厚度,位移,速度,加速度,旋转角,转数,质量,重量,力, 压力,真空度,力矩,风速,流速,流量;声: 声压,噪声.磁: 磁通,磁场.温度: 温度,热量,比热.光： 亮度，色彩,1)按被测物理量分类,2)按传感器工作原理分类:,可分为电阻式、电容式、电感式、压电式、霍尔式、磁电式、光电式、热电偶等传感器。优点：显示传感器的本质，便于理解、了解,3）按传感器输出信号的性质分类：,开关型传感器：输出为开关量模拟型传感器：输出模拟量数字型传感器：输出为脉冲或代码的。,4)按信号变换特征:,物性型和结构型5)按敏感元件与被测对象之间的能量关系:能量转换型和能量控制型,第二节 机械式传感器及仪
3、器,（一）电阻式传感器,是把被测量转换为电阻变化的一种传感器,按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式.一、 变阻器式传感器,1、等效电路分析:,xp-变阻器总长;x-电刷移动量.R-总电阻; Rx电刷电阻;,输入输出关系：Rx=k*x,Uo= (Ue /xp )*x,分压电路（开路）,开路时，被测位移x与输出电压Uo的关系：,Uo=(Ue / xp)*x,= S*x,负载效应,当有负载接入时，由于前后装置之间发生能量交换，使前置装置的输出发生变化，,实际使用,实际输出电压,当Rp/RL0.1时，相对线性误差1.5%,减小负载效应的措施，提高后置设备的输入阻抗RL,2、变阻器式传感器产品,二、
4、电阻应变式传感器-应变片,工作原理：基于金属导体的应变效应，,1、 工作原理,金属材料的电阻值：,电阻的变化率：,发生形变时轴向和横向应变：,金属材料的电阻值：,金属材料，忽略导电率变化,金属应变片，灵敏度Sg值多在1.73.6之间，见表32对于半导体材料，形变引起的电导率变化大,半导体压阻材料的灵敏度比金属应变片大5070倍，见表33,2、 应变片的主要参数,(1）几何参数：敏感栅尺寸、基底尺寸，制。(2）电阻值：应变计的原始电阻值。(3）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。,BE120-2FB型，箔式电阻，酚醛基底标称电阻：120欧敏感栅：2.0X2.0，基底：5.2X5.6,BE12
5、0-2AA型，敏感栅： 2.0X1.7，基底： 5.4X3.2,课堂练习,3-4 有一电阻应变片，其灵敏度Sg=2， R=120，设工作时其应变为1000(103*10-6)，问：R=?设将此应变片接成图中所示的电路，试求：1）无应变时电流表示值 I2）有应变时电流表示值 I + I3）电流表示值相对变化量 4）分析这个变量 I能否从表中读出？,R/R=Sg*=0.002, R=0.002*120=0.24 , I=U/R=1.5/120=0.0125A =12.5mA, I=-I* ( R/R)=-12.5*0.002 =-0.025mA,3、应变片测量电路电桥,由于电阻的变化率R/R非常小
6、，需要电桥电路将这一变化输出。,直流电桥的输出电压,电桥平衡条件：R1R3=R2R4,对于单臂电桥,令：,R2 =R， R3 =R ， R4 =R ，R1 =R+dR,R1,金属丝应变片：,Uo与应变成线形关系，可以用电桥输出电压测量应变,应变片的灵敏度Sg取决于材料电桥的灵敏度Su取决于电桥的接法,电桥的接法,半桥单臂半桥双臂全桥,电桥的灵敏度,双臂电桥：,全桥,单臂电桥：,电阻应变片的选择、粘贴技术,2.用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一电桥中各应变片之间阻值相差不得大于0.5欧姆.3.试件表面处理：贴片处置用细纱纸打磨干净，用酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。4.应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴502胶水， 轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。5.焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。6.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应大于500M欧。7.应变片保护：用704硅橡胶覆于应变片上，防止受潮。,1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。,
