传感器的分类与原理.ppt

传感器的分类与原理介绍 目录 1、传感器的概念 2、传感器的分类 3、传感器的原理及组成 4、公司涉及的传感器 5、传感器的误差与校准 1、传感器的概念 传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检 测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息 ，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输 出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控 制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 机械系统中常见的物理量机械系统中常见的物理量 几何量几何量长度、角度、表面几何形状长度、角度、表面几何形状 机械量机械量振动（振动（速度、加速度、位移）速度、加速度、位移）、力、力、 压力、压力、力矩、扭矩、功率、力矩、扭矩、功率、质量、硬度质量、硬度 热工量热工量温度、温度场、湿度、流量温度、温度场、湿度、流量 光学量光学量照度、光学参数（焦距、透光率）照度、光学参数（焦距、透光率） 电磁量电磁量电压、电流、电势、磁场强度电压、电流、电势、磁场强度 测试技术的方法（以测力为例）测试技术的方法（以测力为例） 2、传感器的分类 分分类类类类方法方法 说说说说 明明 举举举举 例例 按按输输输输入量分入量分类类类类 传传传传感器以被感器以被测测测测物理量分物理量分类类类类，也即按，也即按 用途分用途分类类类类，便于用，便于用户选择户选择户选择户选择 。 位移位移传传传传感器、速度感器、速度传传传传感器、温度感器、温度 传传传传感器、感器、压压压压力力传传传传感器等感器等 按工作原理分按工作原理分类类类类 （变换变换变换变换 原理）原理） 传传传传感器以工作原理命名，感器以工作原理命名， 便于生便于生产产产产厂家厂家专业专业专业专业 生生产产产产。 应变应变应变应变 式、式、电电电电容式、容式、电电电电感式、感式、压电压电压电压电 式、式、热电热电热电热电 式等式等 按物理按物理现现现现象分象分 类类类类（信号（信号变换变换变换变换 特征）特征） 结结结结构型构型 传传传传感器依感器依赖赖赖赖其其结结结结构参数构参数变变变变化化实现实现实现实现 信信 息息转换转换转换转换 电电电电容式容式传传传传感器：利用感器：利用电电电电容极板容极板间间间间 隙或面隙或面积积积积的的变变变变化化 C C 物性型物性型 传传传传感器依感器依赖赖赖赖其敏感元件物理特性的其敏感元件物理特性的 变变变变化化实现实现实现实现 信息信息转换转换转换转换 压电压电压电压电 式式传传传传感器：感器：压电压电压电压电 效效应应应应，力，力 电电电电荷荷 热电热电热电热电 偶：偶：热电热电热电热电 效效应应应应 按能量关系分按能量关系分 类类类类 能量能量 控制型控制型 由外部供由外部供给传给传给传给传 感器能量，而由被感器能量，而由被测测测测 量来控制量来控制输输输输出的能量出的能量 电电电电容容传传传传感器：需外部供感器：需外部供电电电电，使，使x(tx(t) ) C C电电电电流或流或电压电压电压电压 能量能量 转换转换转换转换 型型 传传传传感器直接将被感器直接将被测测测测量的能量量的能量转换为转换为转换为转换为 输输输输出量的能量出量的能量 温度温度计计计计：吸收被：吸收被测测测测物的能量物的能量 磁磁电电电电式：式：线线线线圈切割磁力圈切割磁力线线线线感感应应应应 电势电势电势电势 按按输输输输出信号分出信号分 类类类类 模模拟拟拟拟式式 输输输输出量出量为为为为模模拟拟拟拟量量 数字式数字式 输输输输出量出量为为为为数字量数字量 3、传感器的原理及组成 3、传感器的原理 传感器传感器 感受被测物理量并把它变换为便于传输处理的电信号。感受被测物理量并把它变换为便于传输处理的电信号。 它是整个测试系统实现测试和自动控制的首要的、关键的环节。它是整个测试系统实现测试和自动控制的首要的、关键的环节。 中间电路中间电路 将传感器输出的微弱电信号进行再次变换、放大、衰减、将传感器输出的微弱电信号进行再次变换、放大、衰减、 滤波、调制和解调等，使它们成为便于显示、记录或进行数据处理的信号。滤波、调制和解调等，使它们成为便于显示、记录或进行数据处理的信号。 显示与记录器显示与记录器 将中间变换与测量电路送来的电压或电流信号不失真将中间变换与测量电路送来的电压或电流信号不失真 地显示和记录出来。地显示和记录出来。 驱驱动装置动装置 产生人为驱动信号，是被测对象处于人为的工作状态下，产生人为驱动信号，是被测对象处于人为的工作状态下， 把内部特性表现得更明显。把内部特性表现得更明显。 标定装置标定装置 产生标准输入以便用实验的方法来得到被测量与显示记录产生标准输入以便用实验的方法来得到被测量与显示记录 之间准确地量的关系。之间准确地量的关系。 以测量汽车油箱中汽油液位的装置为例以测量汽车油箱中汽油液位的装置为例 4、公司涉及的传感器 4.1、压力传感器 4.2、压差液位计 4.3、雷达液位计 4.4、温度传感器 4.5、流量计 4.6、音叉开关 4.1、压力传感器 压力传感器的金属膜片 工作压力使膈膜密封膜片产 生偏移，并通过填充液把压 力送到传感器膜片上，该膜 片产生的形变再通过填充液 把压力传送到电桥上，与压 力相关的桥路输出电压的变 化被测量并进一步处理。 压力传感器测液位的原理 温度对于零点的影响 双压力测液位的测量原理 4.2、压差液位计 D=CT/2 式中： D雷达液位计到液面的 距离 C光速 T电磁波运行时间 因空罐的距离E已知， 则物位L为： L=E-D 4.3 、雷达液位计 任何雷达物位计的测量都要求有足够的反射信号.以下因素将影响反 射信号强度: 1)测量距离. 距离越大,信号越弱 2)表面状态. 动荡不稳定的表面将降低 反射雷达波的强度. 3)介电常数. 介电常数越大,反射越强 大. 4)泡沫. 5) 天线尺寸. 天线尺寸越大,将得到越窄 的雷达波束角和更集中的雷达波能量 6)天线上的积垢灰尘. 雷达液位计精度影响因素 4.4、温度传感器 测量原理-TR10 铂热电阻 铂热电阻的特点是精度高、稳定性好、性 能可靠, 所以在温度传感器中得到了广泛应用。按IEC 标准, 铂热电阻的使用温度范围为-200+850。 铂热电阻的特性方程为 在-2000的温度范围内: Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100) 在0850的温度范围内: Rt = R0(1+At+Bt2) 温度传感器安装要求 4.5、流量计 4.5.1、电磁流量计 4.5.2、涡街流量计 4.5.3、涡轮流量计 4.5.4、质量流量计 4.5.1 电磁式流量计 Electromagnetic flowmeter 测量原理 当导电流体流过磁极之间的绝缘管道 时，相当于长度为管道内径的导体以流 速v移动切割磁力线，则在导电流体中 必然会产生电动势，其大小为： 其中： K与磁场分布及轴向长度有关的系数； B磁感应强度； V导电液体平均流速； D电极间距（测量管内直径）； 电动势E的方向为 ，大小与流量成正比。在管道的电场 E方向两 点加上电极（石墨等耐腐蚀材料），将电动势引出测量，就可以得到流 速v，乘以管道截面积得流量（流量计上的微电脑芯片自动计算显示和 上传）： 电磁式流量计的使用 优点：不受其他因素影响，测量范围宽，可测强 腐蚀、含杂质流体。无压降损失。 电磁流量计的结构 安装方式 4.5.2 涡街式流量计 Vortex street flowmeter 测量原理 在流量计管道中，设一滞流件，流体流经 滞流件时，下游会产生两列不对称的旋涡， 在滞流件的侧后方分开，形成卡门（Karman ）旋涡列卡门涡街，旋涡产生的频率 f 与流量计管道中流体流速的关系为： 滞流件 漩涡是低压区 ，用压电式传 感器检测出压 力脉冲的频率 d 柱形滞流件的直径（迎流宽度 ） s 无量纲常数，称为Strouhal数， 与流体流动状态的雷诺数Re有关。 风大电线声尖锐。汽车后面因卡门 涡街而必须关窗。 用压电等传感器测出漩涡的振动， 上传给频率电压转换电路。直接用微 电脑计数，测频率（不转换）更准确 。 优点：简单、准确，阻力小、寿命长 。 对于一种固定的滞流件，卡门涡街得频率 与流速一一对应，电脑用查表或解析算法就 能算出流速v。 涡街流量计安装注意事项 涡街流量计安装注意事项 补偿测量点的安装 冷热介质的保温 4.5.3 涡轮流量计 Turbine Flowmeter 测量原理 在流体作用下，叶轮受力旋转，转速与 平均流速成正比，叶轮转动周期改变磁电 转换器的磁阻。检测线圈中磁通随之发生 周期性变化，产生周期性感应电势，即电 脉冲信号，经放大器放大后，送至显示仪 表显示。 TUF的实用流量方程为： qv=f / K f流量计输出信号的频率，Hz； K流量计的仪表系数，P/m3。 涡轮流量计安装注意事项 1、对直管段的要求 前5后3 2、介质应该满管 3、垂直安装 尽量水由下向上 4、水流相对较稳，无脉冲 4.5.4 质量流量计 测量原理质量流量计中的科里奥利力 质量流量计的安装方式 理想安装方式 5、传感器的误差与校准 - 误差来源 人 为 疏 忽 气流 辐射