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第四章 传感器技术

第四章 传感器技术. [1] 传感器课程 http://sensor.jlu.edu.cn [2] 仪表技术与传感器 http://www.i-s.com.cn [3] 传感器世界 http://www.sensorworld.com.cn [4] 中国传感器 http://www.sensor.com.cn [5] 传感器技术 http://www.sensor-tech.com.cn [6]21IC 中国电子网 http://www.21ic.com

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第四章 传感器技术

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Presentation Transcript

  1. 第四章 传感器技术

  2. [1]传感器课程 http://sensor.jlu.edu.cn [2]仪表技术与传感器 http://www.i-s.com.cn [3]传感器世界 http://www.sensorworld.com.cn [4]中国传感器 http://www.sensor.com.cn [5]传感器技术 http://www.sensor-tech.com.cn [6]21IC中国电子网 http://www.21ic.com [7]传感技术学报网 http://www.cgjs.chinajournal.net.cn [8]传感器资讯网 http://www.globalsensors.com.cn 参考网站

  3. 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. 4.1 概述

  5. 物理量 电量 4.1 概述 1. 传感器定义 传感器是借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的装置。 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。

  6. d V 2. 传感器的构成 传感器由敏感器件与辅助器件组成。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。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。

  7. 3. 传感器的分类 1)按被测物理量分类 常见的被测物理量 机械量: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

  8. 2)按工作的物理基础分类: 机械式,电气式,光学式,流体式等.

  9. 3)按信号变换特征: 能量转换型和能量控制型. 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.

  10. 4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系: 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.如:水银温度计. 结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. 例如:电容式和电感式传感器.

  11. 4.2电阻式传感器

  12. 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:变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式. • 1 变阻器式传感器

  13. l=R/K L E R = = E1 x RL E E1 等效电路分析: • L-变阻器总长; • x-电刷移动量; • R-总电阻; • RL电刷电阻. x L R=K×l x=L×E1 / E

  14. x=L×E1 / E = K×E1 E E1 x 0 L

  15. R-Rx x R L Rx x L Rm E = E1 Rm V - + ( ) 1 E E1

  16. = 负载效应 ] [ 1 E1 E - + ( ) x L R E x L Rm 0 L

  17. (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 按测量类型： 单圈电位器 多圈电位器 直线滑动式电位器

  18. 线绕电位器 导电塑料电位器 导电材料粉 普通塑料基底 按制作方式：

  19. 原材料 比较 重量设定 案例：重量的自动检测--配料设备 原理：弹簧->力->位移 ->电位器->电阻

  20. 钢丝 煤气包 案例：煤气包储量检测 原理：钢丝->收线圈数 ->电位器 ->电阻

  21. 案例： 原理：电机->转角 ->电位器 ->电阻

  22. 玩具机器人

  23. 电阻应变式传感器--应变片 电阻应变片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，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化象。

  24. 金属应变片的电阻R为 代入 1) 工作原理 上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数

  25. 金属丝： 有： 金属丝体积不变：

  26. 有： 金属丝应变片： 对金属材料，导电率不变：

  27. 应变计 金属应变计

  28. 半导体应变计 简化为： • 优点：灵敏度大;体积小; • 缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。

  29. 2) 应变片的主要参数 1）几何参数：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用 b×L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）。

  30. R2 R1 V E R4 R3 3) 应变片测量电路

  31. 令： 金属丝应变片： V与应变成线形关系，可以用电桥测量电压测量应变

  32. 电阻应变片的选择、粘贴技术 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。 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。

  33. 5.焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。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。

  34. 电阻应变式传感器的应用：测力

  35. 标准产品

  36. 案例：桥梁固有频率测量

  37. 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。

  38. 案例：冲床生产记数 和生产过程监测

  39. 案例：机器人握力测量

  40. 案例：振动式地音入侵探测器 适合于金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打洞、爆破等破坏行为均可及时发现。

  41. 4.3 电容式传感器

  42. + + + A  4.3 电容式传感器 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: δ、A或ε发生变化时，都会引起电容的变化。

  43. + + + + + + a)间距δ变化型

  44. 驻极体电容传声器 它采用聚四氟乙烯材料作为振动膜片。这种材料经特殊电处理后，表面永久地驻有极化电荷，取代了电容传声器极板，故名为驻极体电容传声器。特点是体积小、性能优越、使用方便。

  45. 角位移型 + + + b)面积变化型

  46. 平面线位移型

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