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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
2、的变化（开关传感器）；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，
3、工作可靠性高 适应性和适用性强,概 述,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:,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:
4、灵敏度系数小.,应变计,电阻式传感器,3) 半导体应变计,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。,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
5、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)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
6、,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
7、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,