《电气式传感》PPT课件.ppt

第三章 传感器(sensor)原理及应用基础,第三章 传感器原理及应用基础,电气式传感 1 电阻式传感器(resistance sensor) 2 电感式传感器(inductance sensor) 3 电容式传感器(capacitance sensor) 4 压电式传感器(piezoelectric sensor) 5 磁电式传感器(magnetic sensor),1 电阻式传感器(resistance sensor),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 1.1 变阻器式 1.2 应变式 热电阻(thermal resistance)式：温度电阻 光敏(photosensitive)式：内光电效应(internal photoeffect) 磁敏(magnetic sensitive)式：磁阻效应(magnetoresistance)（高斯效应） 气敏(gas sensing)式：气温度电阻,1.1 变阻器(rheostat)式传感器,1.1 变阻器式传感器,1.1 变阻器式传感器,工作原理 -变阻器总长 -电刷移动量 -总电阻 -电刷电阻 -单位长度电阻值,1.1 变阻器式传感器,1.1 变阻器式传感器,后接分压电路,1.1 变阻器式传感器,案例：煤气包储量检测 原理：钢丝-收线圈数-电位器(potentiometer)-电阻,1.2 电阻应变式传感器,电阻应变片(resistance strain gauge) 工作原理 基于金属导体的应变效应(strain effect)，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。,1.2 电阻应变式传感器,工作原理 金属应变片的电阻R为 任何一个参数变化均会引起电阻变化,求导数 代入,1.2 电阻应变式传感器,金属丝 金属丝体积不变 有 有 金属丝应变片，导电率不变,1.2 电阻应变式传感器,1.2 电阻应变式传感器,半导体应变计 压阻效应(piezoresistive effect)：单晶半导体材料在沿某一轴向受力时，电阻率发生变化的现象。 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(metal strain gauge )。,-纵向压阻系数 E-材料的弹性模量(modulus of elasticity),1.2 电阻应变式传感器,电阻应变式传感器的应用：测力,1.2 电阻应变式传感器,案例：桥梁固有频率测量,1.2 电阻应变式传感器,案例：冲床生产记数和生产过程监测,1.2 电阻应变式传感器,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。,2 电感式传感器(inductance sensor),电感式传感器是基于电磁感应原理(Principles of electromagnetic induction)，它是把被测量转化为电感量(inductance)的一种装置。 分类: 2.1 自感型(self-inductance) 可变磁阻型 涡流式 2.2 互感型(mutual inductance)（差动变压器(differential transformer)）,2.1 自感型(self-inductance)(可变磁阻式),原理:电磁感应,2.1 自感型(可变磁阻式),灵敏度 (sensitivity) 设间隙变化范围,2.1 自感型(可变磁阻式),常用可变磁阻式传感器 可变导磁面积型 差动型 单螺管线圈型 双螺管线圈差动型 差动型 可改善非线性特性 扩大线性范围 提高灵敏度,2.1 自感型(可变磁阻式),电感式接近开关（金属）,在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能力的元件位移传感器。 利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开关。,2.1 自感型(涡流式),工作原理 金属导体在交流磁场中的涡流效应(Eddy current effect )。,2.1 自感型(涡流式),原线圈的等效阻抗(equivalent impedance)Z的变化 因此 改变 可作为位移、振动测量-高频反射式(High-frequency reflection) 改变 可以作为材质鉴别或探伤-低频透射式(low-frequency transmission),2.1 自感型(涡流式),高频反射式 低频透射式,2.1 自感型(涡流式),电涡流传感器(eddy current sensor)的应用,2.1 自感型(涡流式),产品,2.1 自感型(涡流式),转子实验台,2.1 自感型(涡流式),原理图,2.1 自感型(涡流式),案例：连续油管的椭圆度测量,2.1 自感型(涡流式),案例：无损探伤(non-destructive inspection) 原理: 裂纹检测(crack detection)，缺陷造成涡流变化。,油管检测,2.2 互感型(差动变压器) (differential transformer),工作原理 互感现象(phenomenon of mutual inductance)。 将被测位移、转角转换为线圈的互感的变化。 变压器。 M-互感，与两线圈相对位置及周围介质的导磁能力有关。,2.2 互感型(差动变压器),螺管型差动变压器,2.2 互感型(差动变压器),差动变压器测量电路 R用来调零，消除二个