传感器的使用.ppt

传感器的使用 什么是传感器 传感器是感知被测量 多为非电量 并将转换为电量的一种器件或装置 检测包含检查与测量两个方面 检查是获取定性信息 测量则是获取定量信息 传感器的应用 民用 冰箱 空调的温度传感器 煤气的气敏传感器等机械制造工业中对机床加工的各种精度测量的传感器 如位置测量 震动测量化工 电力 交通 科技国防等 传感器在机电一体化 机电一体化技术是科学技术发展的必然产物 它使产品提高了自动化程度 提高了功能 提高了经济效益 作为高科技代表的机电一体化系统一般有机械本体 自动检测技术 控制技术和执行器 传感器在机电一体化 自动检测技术是把代表机械本体的工作状态 生产过程等工业参数通过传感器转换成电量 从而便于采用控制技术使控制对象按给定的规律变化 推动执行机构实时地调整机械本体的各种工业参数 使机械本体处于自动运行状态 并实行自动监控和保护 可见 自动检测技术是机械本体与控制技术的 纽带 和 桥梁 在机电一体化中起着关键作用 传感器的组成 传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成有用输出信号 一般为电信号 的器件或装置 通常由敏感元件 传感元件和测量转换电路组成 其中 敏感元件是指传感器中能直接感受被测量的部分 传感元件指传感器中能将敏感元件的输山转换为适于传输和测量的电参量部分 出于传感器输出信号一般都很微弱 需要有信号调节与转换电路将其放大或转换为容易传输 处理 记录和显示的形式 这一部分一般称为测显转换电路 传感器的组成 传感器的分类 传感器的种类很多 分类不尽相同 常见的分类方法有以下几种 一 按工作原理分类参量传感器发电传感器特殊传感器 传感器的分类 参量传感器有触点传感器 电阻式传感器 电感式传感器和电容式传感器等发电传感器有光电池 热电偶传感器 压电式传感器 霍尔式传感器和磁电式传感器等 特殊传感器是不属于以上两种类型的传感器 如超声波探头 红外探测器和激光检测等 传感器的分类 二 按被测量性质分类机械量传感器热工量传感器成分量传感器状态量传感器探伤传感器 传感器的分类 机械量有力 长度 位移 速度和加速度等热工量有温度 压力和流量等 成分量传感器是检测各种气体 液体 团体化学成分的传感器 如检测可燃性气体泄漏的气敏传感器 状态量传感器是检测设备远行状态的传感器 如由干簧管 霍尔元件做成的各种接近开关 探伤传感器是用来检测金属制品内部的气泡和裂缝 检测人体内部器官的病灶等的传感器 如超声波探头 CT探测器等 传感器的分类 按输出量分类模拟传感器数字传感器 传感器的分类 模拟传感器输出与被测量成一定关系的模拟信号 如果需要与计算机配合或用数字显示 还必须经过模 数转换电路 数字传感器输出的是数字量 可直接与计算机连接或用数字显示 读取方便 抗干扰能力强 可分为光栅式传感器 光电编码器 磁栅式传感器和感应同步器等 传感器的分类 按传感器的结构分类直接传感器差分传感器补偿传感器 传感器的分类 直接传感器是单独直接将被测量转换成所需要的输出信号 它的结构最简单 但一般灵敏度低 易受外界干扰 差分传感器是把两个相同类型的直接传感器接在转换电路中 使两个传感器所经受的相同干扰信号相减 而有用的被测量信号相加 从而提高了灵敏度和抗干扰能力 改善了特性曲线的线性度 传感器的分类 补偿传感器要求显示装置的指示自动跟随被测旦变化而变化 它一般是把输出的电信号通过反向传感器变换成非电量 再与被测量进行比较 产生一个偏差信号 此偏差信号通过正向通路中的传感器变换成电量 再经过测量 放大 然后输出供指示或记录 从而大大提高了测量精度和抗干扰能力 但这类传感器往往结构复杂 价格偏高 传感器的基本特性 精度稳定性可靠性输入输出特性线性度 灵敏度 迟滞 分辨率与分辨力 动态特性 对传感器的要求 输入与输出成比例 并且输出信号大 滞环和非线性误差小 要有一定的灵敏度和精确度 特性曲线的稳定性和重复性较好 有较好的动态特性 具有一定的抗干扰能力 内部噪声小 反应速度快 小型 重量轻 动作能量小 使用寿命长 价格便宜 易使用 维修和校准 对环境要求不高 参量传感器 参量传感器的基本原理是把被测量的变化转换为电参量的变化 然后通过对电参量的测量达到对非电量检测的目的 其种类有 电阻式传感器电感式传感器电容式传感器气动式传感器等 电阻式传感器 电阻式传感器有电阻应变式传感器 热电阻传感器和气敏湿敏传感器等 电阻式传感器原理 导体或半导体材料在外界力作用下产生机械形变 其电阻值发生变化的现象称为应变效应 电阻应变片就是利用这一现象而制成的 使用应变片测试时 将应变片粘贴在试件表面 试件受力变形后应变片上的电阻丝也随之变形 从而使应变片电阻值发生变化 通过测量转换电路转换成电压或电流则变化 电阻处应变片是目前用得很广的一种电阻应变片 电阻式传感器结构 力和扭矩传感器 力和扭矩传感器压力传感器加速度传感器 压力传感器 加速度传感器 热电阻传感器 利用电阻随温度变化的特性制成的传感器称为热电阻传感器 主要有两中 金属热电阻简称热电阻 材料是铂和铜 半导体热电阻简称热敏电阻 负温度系数热敏电阻 NTC 正温度系数热敏电阻 PTC 和临界温度系数热敏电阻 CTR 热电阻传感器 电感式传感器 电感式传感器是利用线圈的自感 互感或阻抗的变化来实现非电量检测的一种装置 而差分变压器式传感器是一种电感式传感器 它是根据互感的变化来感知被检测量的 自感式 互感式和电涡流式三种 自感式传感器 互感式传感器 电涡流式 电涡流式外型 电涡流式传感器的应用 位移测量 振幅测量 转速测量 电涡流探伤 利用电涡流式传感器可以检查金属表面裂纹 热处理裂纹 以及焊接处的缺陷等 在探伤时 传感器应与被测导体保持距离不变 检测时 由于裂陷出现 将引起导体的电导率 磁导率的变化 即涡流损耗改变 从而引起输出电压的突变 达到探伤的目的 此外 电涡流式传感器还可以探测金属表面温度 表向粗糙度 硬度 进行尺寸检测等 同时也可以制成开关量输山的检测元件 如接近开关及用于会属零件计数的传感器等 电感式传感器优 缺点 电感式传感器具有结构简单 分辨率好和测量精度高等一系列优点 它的主要缺点是响应较慢 不宜作快速动态测量 它应用很广 可用来测位移 压力和振动等参数 电容式传感器基本工作原理 压力测量 压力测量 电容式压力传感器的结构示意图所示 其中膜片电极l为电容器的动极板 2为电容器的固定极板 当被测压力或差压作用于膜片电极上 并使它产个位移时 两极板间距离将发生改变 从而导致电容器的电容量也改变 当两极板间距离d很小时 压力和电容量之间为线性关系 加速度测量 加速度测量 所示为一种空气阻尼电容式加速度传感器 该传感器采用差分式结构 有两个固定电极2 两极板间有一用弹簧支撑的质量块3 此质量块的两个端平面经磨平抛光后作为可动极板 当传感器测量垂直方向的振动时 由丁质量块的惯性作用 使两固定极板相对质量块产生位移 此时上下两个固定电极与质量块端面之间的电容量产生变化而使传感器有一个差分的电容变化量输出 固体料位测量 固体料位测量 测量固体块状 颗粒体及粉料的料位时 由于固体摩擦较大 容易产生滞留现象 所以一般可用极棒和容器壁组成电容器的两个电极来测量非导电固体物料的料位 如图所示 当固体物料的料位发生变化时 会引起极间不同介电常数介质的高度发生变化 因而导致电容变化 如果要测量导电固体料位 可以在电极外套以绝缘套管 转速测量 转速测量 电容式转速传感器的结构原理如图所示 当电容极板与齿顶相对时电容量最大 而电容极板与齿隙相对时电容量最小 当齿轮旋转时 电容量发生周期性变化 通过转换电路即可得到脉冲信号 频率讣显示的频率代表转速的大小 设齿数为Z 由计数器得到的频率为f 则转速n 单位 r min 为 电容式传感器优 缺点 电容式传感器有一系列优点 如结构简单 需要的作用能量小 灵敏度高 动态特性好 能在恶劣环境条件下工作等 随着微电子技术的发展 特别是集成电路的出现 电容式传感器优点得到了进一步发挥 日前已成熟地运用到测厚 测角 测液位 测压力等力面 光电传感器 光电传感器是将被测参数的变化转换成光通量的变化 再通过光电元件转换成电信号的一种传感器 这种传感器具有结构简单 非接触 高可靠性 高精度和反应快速等优点 故在自动检测技术中得到了广泛应用 光电效应 光电效应就是在光线作用下 物体吸收光能量而产生相应电效应的一种物理现象 通常可分为外光电效应和内光电效应两种类型 在光线作用下 电子从物体去向逸出的物理现象 称为外光电效应在光线作用下 物体电导性能发生变化或产生一定方向电动势的现象称为内光电效应 它又可分为光电导效应 光敏晶体管效应和光生伏特效应 基于内光电效应的光电元件有光敏电阻 光敏晶体管和光电池 光电元件及特性 光电管光敏电阻光敏晶体管 光敏晶体管 光电传感器的应用类型 光电开关 光电断续器 光电断续器应用1 光电断续器应用2 光电式转速表 出于机械式转速表和接触式电子转速表精度不高 且影响被测物的运转状态 已不能满足自动化的要求 光电式转