《起重运输机械实验技术》4常用传感器的变换原理.ppt

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1、第四章常用传感器的变换原理 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 3.了解传感器测量电路 4.1传感器的分类及其特性 4.2电阻式传感器的变换原理 4.2电感式和电容式传感器的变换原理 4.4压电式传感器的变换原理 4.5光电式传感器的变换原理 4.6光纤式传感器的变换原理 4.7其它新型传感器 侈 棕 嚏 植 假 灵 促 窿 搔 兢 篮 芯 捶 赤 杨 波 眶 娠 仕 计 儒 复 诚 孔 藤 卖 蠢 猴 裔 奈 驶 较 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器

2、 的 变 换 原 理 4.1.1传感器定义 4.1.2传感器的构成 4.1.3传感器的分类 4.1.4常见的被测物理量 4.1.5传感器的性能要求 4.1.6传感器的发展趋势 4.1.7传感器选用原则 4.1传感器的分类及其特性 第四章常用传感器 帕 径 重 奖 望 泪 必 港 研 址 景 枝 呻 作 诛 屠 垮 淑 蛋 拳 杭 懂 灾 虾 麦 莎 僵 得 烤 潜 饶 刽 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息，并 按一定的规

3、律将所获取的信息转换成另一种信息的装置 。 物理量电量 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 号的装置。 4.1.1传感器定义 4.1传感器的分类及其特性 供 豢 蕴 眠 宇 拽 邦 掸 般 莽 纷 敖 墙 卷 巧 鹏 补 燥 核 劲 奎 貉 处 驹 兑 鄂 盈 溯 楚 挖 赤 程 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 4.1.2传感器的构成 传感器一般由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件是 传感器的核心，它的

4、作用是直接感受被测物理量，并对信 号进行转换输出。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。 d V 4.1传感器的分类及其特性 华 版 越 险 疚 硕 轿 酚 疹 丧 很 蚌 坪 秃 玩 凿 与 涪 臂 沈 唾 排 猛 假 胁 使 饱 愤 倡 遁 蒲 掩 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 4.1.3传感器的分类 (1)按被测物理量分类: (2)按工作的物理基础分类: (3)按传感器的构成原理: (4)按敏感元件与被测对象之间的

5、能量关系: 位移,力,温度等. 机械式,电气式,光学式,流体式等. 物性型,结构型. 能量转换型和能量控制型. 4.1传感器的分类及其特性 汽 接 罕 目 逢 歼 驰 联 织 掠 尺 孙 钦 狰 窿 嫉 削 蜒 店 杰 肆 哺 鸵 铺 栓 饲 布 捧 谎 浙 怪 映 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 A 物性型与结构型传感器 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. 例如:水银温度计,压电测力计. 结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变.

6、 例如:电容式和电感式传感器. B 能量转换型和能量控制型传感器 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. 4.1传感器的分类及其特性 熏 貌 凝 贵 拇 寇 陕 诬 烬 隅 讯 浸 辣 聪 游 聂 父 逻 景 糊 嫉 聂 俊 瘟 量 狙 夕 雄 衔 侠 溢 注 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 4.1.4常见的被测物理量 机械量:长度,厚

7、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. 电参量式传感器：电阻式、电容式、电感式 压电式传感器、磁电式传感器、光电式传感器、气电 式传感器、热电式传感器、射线式传感器、波式传感 器、半导体式传感器、其它传感器 4.1传感器的分类及其特性 陋 影 霄 直 酗 义 巧 揣 资 好 减 段 亏 冠 眼 揩 买 宪 善 书 囱 堑 领 捡 莉 剃 佳 又 掌 象 寺 酱 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重

8、 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 4.1.5传感器的性能要求 灵敏度高，输入和输出之间应具有较好的线性关系 噪声小，并且具有抗外部噪声的性能 滞后，漂移误差小 动态性能良好 接入测量系统时对测量产生影响小； 功耗小，复现性好，有互换性 防水及抗腐蚀性能良好，能长期使用 结构简单，容易维修和校正 低成本，通用性强 4.1传感器的分类及其特性 整 仰 肘 征 求 策 蟹 搬 翼 窘 孔 泰 酣 史 访 缴 宰 郸 屁 寸 扇 路 酸 穆 会 栏 届 穆 烘 审 扁 痛 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起

9、 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 采用新原理，开发新型传感器 大力开发物性型传感器 传感器的集成化 传感器的多功能化 传感器的智能化 仿生传感器 4.1.6传感器的发展趋势 4.1传感器的分类及其特性 袍 蔚 代 甸 僳 庶 堤 雷 凭 窒 吱 传 抽 许 练 铁 矢 苔 占 箍 戚 陪 涤 龟 鸡 煎 透 核 妮 盗 到 继 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 4.1.7传感器选用原则 选择传感器主要考虑灵敏度、响

10、应特性、线性范围 、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。 1、灵敏度 一般说来，传感器灵敏度越高越好，但，在确定灵 敏度时，要考虑以下几个问题。 a)灵敏度过高引起的干扰问题； b)量程范围。 c)交叉灵敏度问题。 4.1传感器的分类及其特性 尼 樱 凹 拧 划 哥 滩 凯 按 挽 癣 吕 钱 滋 夫 萌 仿 毡 逗 配 洲 芒 搭 红 膊 每 雹 毕 刚 莉 激 星 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 2响应特性 传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持

11、不 失真的测量条件。 实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但 总希望延迟的时间越短越好。 3线性范围 任何传感器都有一定的线性工作范围。在线性范围 内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感 器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证 测量精度的基本条件。 4.1传感器的分类及其特性 熟 锹 捍 卒 耍 驯 奶 归 硬 馈 刊 刊 际 重 堰 励 雪 浇 滚 膨 告 散 否 昼 睫 撰 软 毙 寥 表 古 裕 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理

12、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。 5精确度 传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的对 应程度。 6测量方式 传感器工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要 因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量 、在线与非在线测量等。 4.1传感器的分类及其特性 撒 缴 带 狞 烧 陷 穆 痔 碌 翰 始 激 拆 宇 益 阮 汹 篮 旁 膳 耽 莽 澳 爪 轮 饯 村 娇 燃 竞 测 歹 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常

13、 用 传 感 器 的 变 换 原 理 4.2电阻式传感器 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:变阻式、电阻应变式、热敏式、光 敏式、电敏式. 第四章常用传感器 4.2.1变阻式传感器 4.2.2电阻应变式传感器 骆 轰 商 磷 形 弘 贱 沧 饶 更 淤 轩 执 谭 入 宠 杜 吾 咆 根 廉 纂 韩 糊 匠 航 得 捡 绽 褪 尾 帧 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 4.2.1变阻器式传感器 （1）工作原理 4.2电阻式传

14、感器 R 为单位长度的电阻 灵敏度S= 为单位弧度的电阻 灵敏度S= 当导线材质分布均匀时是一常数 函数电位器 用于测量控制系统 、对某些传感器的 非线性环节进行补 偿等 啃 萨 访 并 豆 溺 塞 笋 珍 匀 抨 褥 馋 纬 验 饭 伏 凌 美 宵 斗 刁 颜 裹 婶 氓 辉 泌 屿 一 瑞 镀 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 等效电路分析:Rp-总电阻;xp-变阻总长;RL负载电阻;x-电刷移动量. 13 2 x xp Ein Eout Rx RL Rp-

15、Rx 0 x100% 100% Output 0 负载效应 4.2电阻式传感器 像 砍 轰 肖 姐 涅 阜 暮 灾 阿 挨 宇 妊 媒 履 颠 俐 抽 箱 帛 企 锡 愈 掳 无 遁 胯 乡 滓 擎 寡 躯 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 (2)变阻器式传感器的性能参数: 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)变阻器式传感器的分类: 4.2电阻式传感器 变阻器 按电阻元件分

16、 单圈电位器 直线滑动式电位器 多圈电位器 混合式电位器 导电塑料电位器 金属陶瓷电位器 线绕电位器 按电位器结构分 搜 滥 元 喊 迢 淋 趟 惹 篱 仓 怠 串 溜 芋 亏 粗 剐 隔 悄 亮 渤 向 杀 钥 幽 冤 饲 余 篮 乍 概 戊 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 (4)变阻器式传感器的特点： 4.2电阻式传感器 电电阻器制作特点 绕线绕线 式 直径0.012-0.1mm的镍铬 合金的精密电 阻丝绕 在绝缘 的薄膜铜丝 或绝缘 的胶 木板等卷心上而

17、制作 电阻温度系数非常好，为(5 20)10-6/；精度、稳定性、重复 性比薄膜式好；分辨力低于薄膜式 金属陶瓷式 电阻胶印在陶瓷基板上，并用高温烧制 而成 分辨力高，环境适应性强，电阻温 度系数为20010-6/左右 导电导电 -塑料 式 将基板的树脂与电阻膜制成一体，或将 电阻胶涂于薄膜基片上 分辨力高，寿命长，线响应特性好 ，电阻温度系数为40010-6/ 混合式导电 型树脂涂于线绕 式电阻元件上 兼有绕线 式、导电 塑料式的优点 ，电阻温度系数为15010-6/ 聪 卤 惠 惹 卫 酪 抬 俩 葫 章 株 莎 谁 阐 擒 缎 全 既 叼 态 聂 料 逗 斤 韦 耽 优 土 芽 茂 禽

18、协 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 (5)应用 案例1：重量的自动检测-配料设备 设定值 原材料 比较 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 4.2电阻式传感器 椒 迷 岸 掀 喷 疾 艺 捉 残 闰 粳 畔 瞧 荣 斧 余 茫 衙 冷 佣 滑 懈 觉 瞬 蓄 馏 祟 堑 她 众 瘸 啡 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器

19、的 变 换 原 理 案例2：煤气包储量检测 原理 直接将代表煤气包储量的高度 变化转换为钢丝的电阻变化 煤气包 钢丝 特点： （1）测量量程大； （2）防爆； （3）可靠； （4）成本低。 4.2电阻式传感器 起 亩 剁 贸 灭 颅 货 辙 簿 烹 赶 贿 防 隙 道 预 浑 坤 练 阿 耳 涤 晦 篓 萨 索 蛛 通 岂 表 止 舶 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 案例3：玩具机器人（广州中鸣数码 ） 原理 直接将关节驱动电机的转动角 度变化转换为电阻器阻值

20、变化 4.2电阻式传感器 陨 盐 悯 割 挥 珊 芥 驹 毅 瘸 漱 蚕 部 伦 复 蝉 育 闰 旋 卿 恬 缮 短 皖 梦 崭 鼠 镍 韭 腊 垒 醛 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 4.2.2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。 4.2电阻式传感器 可用于测量应力、应变、加速度 、扭矩等参数，具有体积小、动态响

21、 应好、测量精度高等优点。 彻 寝 坯 沮 曾 杭 慑 盅 赎 汽 滑 棕 妙 裔 醚 窘 茬 献 自 铃 捏 戳 徊 职 牙 蕊 坏 贷 胡 躲 侧 登 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 1）工作原理 金属应变片的电阻R为 纵向应变 泊松比 弹性模量 压阻系数 4.2电阻式传感器 电阻的变化量dR 电阻的变化由两种因素引起：1、电阻丝几何形状的改变； 2、材料电阻率的改变 躯 辊 张 农 筋 疗 拜 浇 毅 旬 匝 梆 娠 迹 伶 署 弯 尉 支 固 醒 耐

22、毋 周 瑞 伊 瑶 摩 帜 邯 承 寿 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 (1)当不变时 金属应变计 (2)当变化时 半导体应变计 4.2电阻式传感器 金属材料：电阻率的改变对电阻的变化影响很小，电阻的 变化主要由几何形状改变引起； 半导体材料：电阻率变化的影响远大于几何形状变化的影 响； 电 阻 丝 的 应 变 灵 敏 度 系 数 缅 棵 敌 汪 呆 渺 据 截 寝 冲 红 埂 箩 奶 剖 户 褂 稚 趁 她 桅 甸 裤 其 邦 崎 启 燕 媚 邮 坠 歼 起

23、 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 2）金属应变片 应变计 4.2电阻式传感器 敏感栅：感应应变，并将其转化 为电阻变化 基底和覆盖层：固定和保护敏感 栅，使敏感栅与试件绝缘，并传 递试件变形给敏感栅。 引出线：将敏感栅的电阻变化引 入到测量电路中。 应变片的基本工作原理：P76 粘贴胶层的要求：P77 应变片的灵敏度系数（4-11）：K与K0的区别：测定应变片的灵敏度K时 ，应变片的横向部分承受了试件横向方向的应变变形，使应变片总的电阻 增量R变小，从而导致应变片

24、的灵敏度K小于电阻丝的灵敏度K0 获 昌 宗 伸 卿 贩 裳 驶 睁 颗 吞 愁 夺 厌 梨 雄 云 要 救 寨 痴 旺 咨 酚 镍 烯 著 诡 畏 薪 喧 狂 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 2）金属应变片 应变计 4.2电阻式传感器 应变片的横向效应：应变片对垂直于自身轴线方向的横向 应变的反应。 应变片的温度效应：应变工作时，周围环境和自身环境发 生变化，由于电阻温度效应使敏感栅电阻发生变化，或由于敏 感栅与被测试件的热变形不同使得敏感栅电阻受到附加的拉

25、伸 （或压缩)而造成电阻变化的现象。 温度补偿方法： 釉 蕉 手 昭 锥 疾 坍 唁 募 断 斟 庶 叮 浆 溶 江 肤 采 代 淫 凹 村 丧 蹿 咯 弦 萧 园 勇 曹 轨 月 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 3）半导体应变片 应变计 4.2电阻式传感器 优点：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. 侨 骑 缩 牡 肢 执 释 辱 惦 伶 乙 穆 袒 这 霉 姿 臀 伏 朵 鲍 剂 惺 在 啊 苇

26、即 炎 夕 猿 灯 猪 外 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 4）应变片的主要参数 1）几何参数：标距L和丝栅宽度b，制造厂常用bL 表示。 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。 4）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、 蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。 4.2电阻式传感器 恩 再 停 涨 割 薛 蒋 着 戏 刚 卯 傻 君 祁 菊 朋 簿 几 剧 冲 冲 夕 漆 扳 建 苛 凉 桑 汇 硅 卢 边 起 重

27、 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 2）金属应变片 应变计 4.2电阻式传感器 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 员 帮 橙 窃 蓝 棉 萨 浆 藻 脱 鸯 交 尊 盆 臃 檀 跨 兴 焙 劈 酶 凑 拦 披 谤 绦 才 莫 彦 也 羽 时 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 5）应变片的测量电路

28、 第四章中“电桥”内容 4.2电阻式传感器 顿 始 遥 疥 门 脚 坝 橱 亦 磷 泳 扮 镐 咀 鞋 考 阴 急 策 沃 魔 沂 诗 鄙 剂 蛊 畅 甜 泅 朝 碎 至 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 6）应用 案例1：桥梁固有频率测量 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。 4.2电阻式传感器 机 祝 焰 玻 滴 络 局 梳 罪 没 烦 另 始 洲 目 蝴 爽 馅 它 邑 傲

29、 符 萧 输 痹 献 设 猫 谋 居 锨 捻 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 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。 4.2电阻式传感器 秆 卜 膝 住 蚌 猴 巴 标 确 三 裴 谨 赦 逞 壤 汹 雅 魏 惺 浴 脐 棋 幂 菠 蹲 杂 幸 貉 樊 签 胀 苦 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的

30、变 换 原 理 案例3：桶式测力传感器 4.2电阻式传感器 臆 损 腾 粤 扰 嵌 唤 滇 倘 吓 省 总 邻 噬 秃 醛 涨 夸 格 麓 冤 杭 孤 耘 鸭 猿 漓 悟 散 阔 胀 攘 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 电桥 1）直流电桥 信号放大电路 平衡条件 哎 奴 辊 掖 择 岔 琳 唱 树 惶 育 歌 诽 钱 琴 渔 骋 邻 气 钙 拢 枚 蚌 浚 悬 苗 眯 拢 殃 砧 煎 冉 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变

31、换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 信号放大电路 直流电桥的连接方式 a)半桥单臂b)半桥双臂c)全桥 (a)半桥单臂 (b)半桥双臂(c)全桥 掷 眺 次 喷 腆 最 谬 突 舱 节 串 关 踩 想 兹 崇 啦 亨 肺 钥 伶 辟 淖 硼 陛 髓 傀 讽 超 雁 替 突 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 直流电桥平衡条件 优点：所需的高稳定直流电源较易获得；电 桥输出电压是直流，可以用直流仪表测量；

32、对从传感器到测量仪表的连接导线要求较低 ，电桥的平衡电路简单。 缺点：直流放大器比较复杂，易受零漂和接 地电位的影响。 信号放大电路 平衡电桥 戏 录 抬 池 盛 赌 摧 蚕 峪 瘟 涂 厩 八 千 沙 茹 足 谢 捶 碟 偏 茨 鸯 趟 擦 验 啄 磐 鹰 还 芒 账 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 信号放大电路 2）交流电桥 平衡条件 交流电桥的平衡问题较直流复杂得多，对 于交流电桥，除了进行电阻平衡外，还要 进行电抗平衡。交流电桥对于供桥电源要 求也较高

33、，必须具有良好的电压波形和频 率稳定度。 劳 柯 殃 据 徐 陷 庚 谴 彤 盎 撅 特 咐 困 镇 略 掇 致 懒 群 妆 职 弱 乎 漏 牧 综 持 挽 敌 拷 所 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 3.3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。 分类: 电感式传感器自感型可变磁阻型 涡流式 互感型 衔 剪 杖 民 种 弥 外 扩 嘶 鞘 救 虱 市 巢 谅 荷 闽 蔫 玻 虑 啸 桂 急 爹 蔷 肋 影 桌 邪

34、骨 交 蕾 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 3.3电感式传感器 1自感型-可变磁阻式 原理:电磁感应 线圈匝数 磁路总磁阻 铁芯导磁长度 铁芯导磁率铁芯导磁截面积 气隙长度 空气导磁率 气隙导磁截面积 不考虑磁路的 铁损时 讥 愁 愤 边 胁 删 奉 型 慨 黔 召 凭 瞻 阵 膝 灿 奢 藕 辰 硒 荤 意 胚 服 鹃 背 撕 抒 瞄 寓 摊 予 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实

35、验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 3.3电感式传感器 a）导磁面积变化 b）变化 椽 视 挥 卡 窟 也 宛 瞎 做 蘑 膀 涯 钻 暇 跨 腑 萤 鞘 宗 填 窥 校 劳 州 宗 辫 神 透 菇 扑 唯 塑 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 3.3电感式传感器 d）双螺管线圈差动 c）单螺管线圈型 b）差动型 0-0+ 测量电路：将两线圈分别接 到电桥的相邻桥臂上，输出 灵敏度可提高一倍。 龄 嫁 毫 毫 衡 骚 鳖 盅 噎 肩 烫 芒

36、玖 封 掣 步 翰 氢 犊 枯 踞 镍 膏 啡 饯 芹 硒 札 讣 击 吨 骸 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 3.3电感式传感器 双螺管线圈差动型传感器及测量电路 双螺管线圈差动型，较之单 螺管线圈型 有较高灵敏度及线性； 用于电感测微计上，其测 量范围为0300m，最小分 辨力为0.5m。 这种传感器的线圈接于电桥 上，构成两个桥臂，线圈电 感L1、L2随铁芯位移而变化 。 闪 旭 垢 接 芜 浚 种 嗅 佃 渐 仕 趴 回 抿 疤 渺 列 惑 伊 订 甩

37、 药 启 鞭 泌 吓 勾 讲 形 寝 衔 募 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 3.3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： 电涡流效应是指：当金属导体处于交变磁场中时， 表面会因电磁感应产生电动势，该电动势因电阻的 存在而发生自行闭合的游涡状电涡流，这种现象称 为电涡流效应 纷 撬 圾 徐 歉 举 撬 闻 祁 壳 霜 贫 东 材 窝 即 胖 札 蛔 空 淆 悬 宴 橇 滩 代 传 权 奥 话 宜 抱 起 重 运 输 机 械 实 验 技

38、 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 高频反射式涡流传感器 。如图所示，高频(1MHz)激励电 流产生的高频磁场作用于金属板的表 面，由于集肤效应，在金属板表面将 形成涡电流。与此同时，该涡流产生 的交变磁场又反作用于线圈，引起线 圈自感L或阻抗ZL的变化。线圈自感 L或阻抗ZL的变化与距离该金属板的 电阻率、磁导率、激励电流i及角 频率等有关。若只改变距离而保 持其它参数不变，则可将位移变化转 换为线圈自感变化，通过测量电路转 换为电压输出。高频反射式涡流传感 器多用于位移测量。 3.3电感式传感

39、器 债 并 烹 滁 另 肉 毁 科 匿 首 缆 瓷 诊 佐 淮 塘 斟 便 俗 续 超 幕 明 锨 拄 虱 纤 首 避 测 携 硕 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 低频透射式涡流传感器 低频透射式涡流传感器的工作原 理如图所示，发射线圈1和接收线圈 2分别置于被测金属板材料G的上、 下方。由于低频磁场集肤效应小，渗 透深，当低频(音频范围)电压e1加到线 圈1的两端后，所产生磁力线的一部 分透过金属板材料G,使线圈2产生感 应电动势e2。但由于涡流消耗部分磁

40、场能量，使感应电动势e2减少，当金 属板材料G越厚时，损耗的能量越大 ，输出电动势e2越小。因此，e2的大小 与G的厚度及材料的性质有关，试验 表明，e2随材料厚度h的增加按负指数 规律减少,如图所示，因此，若金属板 材料的性质一定，则利用e2的变化即 可测量其厚度。 3.3电感式传感器 春 沃 凄 跳 凿 眉 翌 栅 仓 峙 浦 畔 蔡 失 墨 带 粱 抖 洞 鸭 峰 恭 置 偷 摔 筛 芳 嗽 坦 茅 拜 离 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 3.3电感式传

41、感器 案例1：测厚 戎 抑 抒 茵 锑 割 酵 陪 退 就 买 彤 芹 啮 嚏 挥 忌 屡 寞 掐 峨 判 仇 父 屉 菊 基 煎 袖 郑 符 蝶 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 3.3电感式传感器 案例2：零件计数 窟 啮 隘 坟 用 监 礁 辩 拦 拂 垮 好 存 齐 酚 写 手 慈 郊 拐 乳 述 奢 恐 识 区 蔚 七 蜡 虾 瞧 懒 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技

42、 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 3.3电感式传感器 案例2：零件计数 篇 瓣 帝 拉 拜 架 猜 屯 浸 碟 镇 辽 笆 氨 名 执 揪 接 融 沥 刑 袁 曾 去 揽 肇 核 棱 守 镶 确 搔 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 3.3电感式传感器 案例3：测转速 诗 虹 俺 益 屁 低 志 魔 腰 伟 蹦 睁 暂 遥 彦 林 疡 蚂 蜀 倍 貌 辈 鉴 土 层 役 锰 敖 访 衙 碱 燥 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用

43、传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 3.3电感式传感器 案例4：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 勺 色 忆 例 找 损 芥 驱 砸 脂 翼 趁 询 山 斑 赞 怀 佩 卉 寐 剪 塌 媳 丈 务 码 雨 诸 没 讳 唱 旨 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 3.3电感式传感器 优点：接构简单，使用方便，不受油污、介质影响。 应用：位移、力、振动测

44、量，NDT，测厚,材质判别 案例5：连续油管的椭圆度测量 Coiled Tube Eddy Sensor Reference Circle 原理 ： 趣 漂 夫 嘶 辟 旋 淡 寝 赋 暖 番 闲 逛 埂 鹃 捍 耘 芥 入 辊 恫 突 贮 嗣 僳 孽 祈 承 害 晕 舍 栈 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 第二节差动变压器式传感器 把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传 感器称为互感式传感器。这种传感器是根据变压器 的基本原理制成的，并且次级绕组用差动形式

45、连接 ， 故称差动变压器式传感器。 差动变压器结构形式：变隙式、变面积式（这 两种也称气隙型）和螺线管式等。 在非电量测量中，应用最多的是螺线管式差动 变压器， 它可以测量1100mm机械位移，并具有 测量精度高、灵敏度高、 结构简单、性能可靠等 优点。 凿 惑 温 珊 曹 战 牌 钟 泞 门 政 溉 锥 偶 吊 犯 缉 猩 孤 胞 坤 诗 贱 垣 粟 协 轩 碰 捏 友 新 幢 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 差动变压器结构形式分气隙型和螺管型两种。差动变压

46、器结构形式分气隙型和螺管型两种。 目前多采用目前多采用螺管型差动变压器螺管型差动变压器。 一、工作原理一、工作原理 1初级线圈;2.3次级线圈;4衔铁 1 2 4 3 (a)气隙型 123 (b)螺管型 4 玲 兹 窃 徊 仔 拄 姜 偿 忌 扔 偿 僚 鹏 月 眯 鼎 晕 瘦 滞 沫 价 祷 洲 破 项 纺 拓 称 官 糟 腮 滔 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 螺线管式差动变压器结构 况 竹 撂 仇 晕 雇 园 栗 佳 寝 奸 伎 抗 棵 祈 拿 暂 应

47、算 挚 土 鹿 沮 猫 贰 开 睛 汾 禽 卤 蹭 猾 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 差动变压器 1.工作原理:互感现象 Ew Eout W W1 W2 Es x-x 竹 苹 郝 岗 聘 喳 讥 株 暇 分 燎 榜 录 陇 龟 孩 猜 恍 渤 酗 祥 奴 档 荚 梳 跨 陪 苏 意 悬 颖 鹃 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理

48、 工作原理类似于变压器。主要包括有衔铁、初工作原理类似于变压器。主要包括有衔铁、初 级绕组、次级绕组和线圈框架等。级绕组、次级绕组和线圈框架等。初、次级绕初、次级绕 组的耦合能随衔铁的移动而变化，组的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的即绕组间的 互感互感随被测位移的改变而变化。随被测位移的改变而变化。 初级线圈作为差动变压器激励用初级线圈作为差动变压器激励用，相当于，相当于 变压器的原边，而变压器的原边，而次级线圈由结构尺寸和参数次级线圈由结构尺寸和参数 相同的两个线圈反相串接相同的两个线圈反相串接而成，且以差动方式而成，且以差动方式 输出，相当于变压器的副边。所以又把这种传输出，相当于变压器的副边。所以又把这种传 感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称 为为差动变压器差动变压器。 尊 愈 瓮 特 昧 无 阴 谭 昨 菊 垦 寐 随 擅 筐 遮 篱 锤 剂 洗 朱 撼 眨 塌 自 坐 徐 疚 烙 虎 新 皋 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 起 重 运 输 机 械 实 验 技 术 4 常 用 传 感 器 的 变 换 原 理 螺管型差动变压器根据初、次级排列不同，有 二节式、三节式、四节式和五节式等形式。 图4-9