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1、第三章 常用传感器,主要研究内容：,1.了解传感器的分类 2.常用传感器测量原理3.传感器选用,测试技术基础,3.1 概 述,1.传感器(Sensor)定义,传感器是能感受规定的被测量、并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成(GB766-87)。目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的器件或装置。,第三章常用传感器,传感器在非电量电测系统中的作用：,一是 敏感作用：感受并拾取被测对象的信号,二是变换作用：被测信号转换成易于检测和处理的电信号,概述,获得传感器信号的两种方法：直接获得电信号的变化（开关传
2、感器）；将物理量变换成电信号的变化（水位、压力等）。,2.传感器的分类,(1)按被测物理量分类:(2)按传感器元件的变换原理分类:,位移传感器,流量传感器,温度传感器等.,概述,能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作.例如:热电偶温度计,压电式加速度计.能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化.例如:电阻应变片.能量传递型:从某种能量发生器与接受器进行能量传递过程中实现敏感检测.例如:超声波发生器和接受器.,(3)按传感器的能量传递方式分类:,概述,3.传感器的性能要求,足够的容量匹配性好，转换灵敏度高精度适当，稳定性高反应速度快，工作可靠性高适应性和适用性强,概述,电阻
3、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:,热敏式,电阻应变式,变阻器式,光敏式,电敏式,3.2 电阻式传感器,第三章常用传感器,电阻应变式传感器-应变片,金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。,电阻式传感器,1)工作原理,金属应变片的电阻R为,电阻式传感器,(1)金属应变片（不变）,(2)半导体应变片（变化）,电阻式传感器,2)金属应变计,金属应变计有:丝式和箔式优点:稳定性和温度特性好.缺点:灵敏度系数小.,应变计,电阻式传感器,3)半导体应变计,优点：
4、应变灵敏度大;体积小;能制成具有一定应变电阻的元件.缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。,应变计,电阻式传感器,体型薄膜型扩散型,案例：,4)应用,电阻式传感器,案例：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。,德国HBM电阻应变式传感器,电阻式传感器,3.3 电容式传感器,1.变换原理:,将被测量的变化转化为电容量变化,两平行极板组成的电容器,它的电容量为:,当被测量、A或发生变化时，都会引起电容的变化。如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另一个参数，就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化。,第三章常用传感器,2 分类,a)极距变化型;,电容式传感器,b
5、)面积变化型:角位移型,平面线位移型,柱面线位移型.,3 应用,1.震动，偏心，裂纹，振荡，同心度2.位移，移动，位置，膨胀3.挠度，变形，波动，倾斜4.尺寸，公差，分选，零件识别5.冲击，应变，轴向振动6.轴承振动，油膜间隙，磨擦，偏心,电容式传感器,3.4 电感式传感器,电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。,第三章常用传感器,1 自感型-可变磁阻式,a)变间隙型,原理:电磁感应,电感式传感器,b)变面积型,c）螺线管型,电感式传感器,d)差动型,电感式传感器,2 涡流式,原理:涡流效应,原线圈的等效阻抗Z变化：,电感式传感器,a)高频反射式：（集肤效应）,电
6、感式传感器,b)低频透射式：（互感原理）,案例：连续油管的椭圆度测量,原理：,电感式传感器,案例：无损探伤,原理裂纹检测，缺陷造成涡流变化。,火车轮检测,油管检测,电感式传感器,案例：测厚,案例：零件计数,电感式传感器,3 变压器式-差动变压器,工作原理:互感现象.,电感式传感器,应用:厚度,角度,表面粗糙度;拉伸,压缩,垂直度;压力,流量,液位;张力,重力,负荷量;扭矩,应力,动力;气压,温度;振动,速度,加速度;等.,电感式传感器,3.5 磁电式传感器,1.变换原理:,磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应电动势的一种转换器。,感应线圈的感应电动势U为,磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运
7、动速度有关，改变其中一个因素，都会改变线圈的感应电动势。,第三章常用传感器,2 分类,磁电式传感器,3 动圈式传感器,磁电式传感器,4 磁阻式传感器,磁电式传感器,5 应用,b)测速电机,a)磁电式车速传感器,磁电式传感器,3.6压电式传感器,1.变换原理:,压电效应,某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。,第三章常用传感器,压电效应,q=DF,压电式传感器,2、测量电路,a)电压放大器,压电式传感器,b)电荷放大器,压电式传感器,3 应用,b)压力变送器,a)加速度计，力传感器,压电式传感器,案例：飞机模态分析,压电式传感器,3.7传感器选用原则,选择传感器主要考虑灵敏度、线性范围、响应特性、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。,第三章常用传感器,传感器选用原则,4 稳定性,稳定性是表示传感器经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。,传感器选用原则,
