电容式、电感式、压电式.ppt

第三章、传感器测量原理,3.3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:,、A或发生变化时，都会引起电容的变化。,3.3电容式传感器,a)极距变化型,极距变化时，,传感器灵敏度,由于灵敏度S与极距有关，S不是常数，引起非线性误差。解决方法：在较小间隙变换范围内工作一般取；采用差动式结构。,极距变化型电容传感器的特点：优点：可进行动态非接触测量；灵敏度高。缺点：非线性；杂散电容影响大；后接电路复杂。,3.3电容式传感器,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。,3.3电容式传感器,b)面积变化型,3.3电容式传感器,覆盖面积对应的中心角，r极板半径,平面线位移型,3.3电容式传感器,，b极板宽度,柱面线位移型.，,3.3电容式传感器,x覆盖长度D定板（圆筒）孔径d动板（圆柱）外径,产品.,陶瓷电容压力传感器,液体压力作用在陶瓷膜片的表面，使膜片产生位移。,3.3电容式传感器,c)介质变化型,3.3电容式传感器,产品.,电容式液位传感器（液位计/料位计）,3.3电容式传感器,电容式接近开关,测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化.接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。,3.3电容式传感器,3.3电容式传感器,3测量电路,a)电桥电路,3.3电容式传感器,b)谐振电路,3.3电容式传感器,c)运算放大器电路,3.3电容式传感器,第三章、传感器测量原理,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。,分类:,电感式传感器,3.4电感式传感器,1自感型-可变磁阻式,差动型,原理:电磁感应。自感,自感L与A0成线性关系，灵敏度较低,灵敏度提高一倍,线圈,铁芯,衔铁,自感L与气隙变化成反比，当变化时，传感器的灵敏度,3.4电感式传感器,灵敏度S与气隙长度的平方成反比。由于灵敏度不是常数，因此会出现非线性误差。实际应用中，取为了避免非线性误差，变气隙式电感传感器只适合较小位移的测量。,常用可变磁阻式自感传感器的形式：,工作原理：当铁芯在线圈中运动时，将改变磁阻，使线圈自感发生变化。,变面积式自感传感器（气隙型）,螺管式自感传感器,3.4电感式传感器,差动式自感传感器,3.4电感式传感器,电感式接近传感器（金属）,3.4电感式传感器,2涡流式,原理:涡流效应,3.4电感式传感器,原线圈的等效阻抗Z变化：,3.4电感式传感器,涡流传感器的测量电路：分压式调幅电路调频电路,3.4电感式传感器,L,C,分压式调幅电路,谐振频率：,3.4电感式传感器,涡流传感器的特点：可以实现非接触测量，分辨率高，结构简单，不受油污介质的影响。,涡流传感器的应用：,产品：,3.4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,3.4电感式传感器,2互感型-差动变压器,3.4电感式传感器,3.4电感式传感器,差动变压器测量电路,3.4电感式传感器,差动变压器位移传感器,3.4电感式传感器,案例：板的厚度测量,3.4电感式传感器,案例：张力测量,3.4电感式传感器,第三章、传感器测量原理,3.5磁电式传感器,1.变换原理:,磁电式传感器是把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，都会改变感应电动势。,2分类,磁电式,动圈式,磁阻式,线速度型,角速度型,3.5磁电式传感器,线速度型,动圈式传感器,3.5磁电式传感器,角速度型,测速电机,3.5磁电式传感器,磁阻式传感器,3.5磁电式传感器,第三章、传感器测量原理,3.6压电式传感器,1.变换原理:压电效应,某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生电荷；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。只适合做动态测量。,3.6压电式传感器,2、测量电路,压电式传感器输出电信号很微弱，通常应把传感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器中，经过阻抗变换后，方可输入到后续显示仪表中。前置放大器的作用：（1）将与传感器的高阻抗输出转变为低阻抗输出；（2）放大微弱信号。前置放大器的种类：电压放大器：灵敏度会因电缆长度变化而变化。电荷放大器：灵敏度不随电缆长度变化。,3.6压电式传感器,若A足够大，则,3.6压电式传感器,压电传感器的应用：压力、应力、振动加速度测量，声、超声测量。压电传感器的特点：体积小、