[工学]传感器与检测技术04章.ppt

传感器与测试技术,李晓莹主编高等教育出版社,第4章传感器技术概论,4.1传感器的基本概念4.2弹性敏感元件4.3传感器的应用及发展趋势,4.1传感器的基本概念,1.传感器的定义：根据GB7665规定能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。,2.传感器的组成,3.敏感元件的定义：根据GB7665规定是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。从其结构和功能角度看，传感器是包含敏感元件及其辅助电路在内的功能器件。敏感元件是内藏于传感器中的元件。,当传感器的输出为标准信号时，则称作变送器。,传感器的命名命名：由主题词加四级修饰语构成主题词传感器第一级修饰语被测量，包括修饰被测量的定语第二级修饰语转换原理，一般可后续以“式”字,补充知识,第三级修饰语特征描述，指必须强调的传感器结构、性能、材料特征、敏感元件及其它必要的性能特征，一般可后续以“型”字第四级修饰语主要技术指标（量程、精确度、灵敏度等）,补充知识,例：题目中的用法：在有关传感器的统计表格、图书索引、检索以及计算机汉字处理等特殊场合，应采用上述之顺序：如：传感器，位移，应变计式，100mm,补充知识,正文中的用法：在技术文件、产品样本、学术论文、教材及书刊的陈述句子中，作为产品名称应采用与上述相反的顺序如：10mm应变式位移传感器,补充知识,传感器的代号代号：依次为主称（传感器）被测量转换原理序号主称传感器代号C被测量用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记,补充知识,转换原理用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记序号用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等,补充知识,若产品性能参数不变，仅在局部有改动或变动时，其序号可在原序号后面顺序地加注大写字母A、B、C等，（其中I、Q不用）,补充知识,例：应变式位移传感器：CWY-YB-20光纤压力传感器：CY-GQ-2,补充知识,传感器的图用图形符号传感器图用图形符号是电气图用图形符号的一个组成部分。GBT1447993规定，传感器图用图形符号由符号要素正方形和等边三角形组成。,补充知识,补充知识,图中：正方形表示转换元件，三角形表示敏感元件,在使用这种图形符号时应注意以下几个问题：（1）表示转换原理的限定符号应写进正方形内，表示被测量的限定符号应写进三角形内。（2）当无需强调具体的转换原理时，传感器图用图形符号亦可简化。（3）对于传感器的电气引线，应根据接线图设计需要，从正方形的三个边线垂直引出。,补充知识,补充知识,补充知识,国标GBT1447993给出了43种常用传感器的图用图形符号示例,4.传感器的分类常用的分类法有两种：一种是按照传感器的用途区分另一种是按传感器的工作原理区分,按照传感器的用途区分，如位移传感器、力传感器、荷重传感器、速度传感器、振动传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器和密度传感器等。,按传感器的工作原理区分，如电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、电涡流式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器、磁弹性式传感器、振频式传感器和电化学式传感器等。,有时也常把原理和用途结合起来命名，如电感式位移传感器和电容式压力传感器等。,在弹性范围内大多数材料服从虎克定律，即变形与受力成正比。纵向应力与纵向应变的比例常数就是材料的弹性模量E（modulusofelasticity），也叫杨氏模量。,补充知识,什么是材料的弹性和塑性?物体在外力的作用下，会产生形变，当外力消失后，恢复原形的形变称为弹性形变，在没有破碎的情况下，不能恢复原形的称为塑性形变一般在外力超过了材料弹性变形能力后就会产生塑性形变，材料抵抗外力的这种性质就是他的弹性和塑性材料能恢复原状所能接受的最大外力就是它的弹性极限,补充知识,应变strain应变又称“相对变形”。物体由于外因(载荷、温度变化等）使它的几何形状和尺寸发生相对改变的物理量。物体某线段单位长度内的形变（伸长或缩短），即线段长度的改变与线段原长之比，称为“正应变”或“线应变”，用符号表示；,补充知识,两相交线段所夹角度的改变，称为“切应变”或“角应变”，用符号表示。在变形前为六面体形状的单元体，其形变可分解为六个独立的分量，故应变也有六个独立的分量即三个线应变分量（x、y、z）和三个角应变分量(x、y、z）。变形后单元体积元素的改变值与原单元体积的比值称为“体积应变”。,补充知识,4.2弹性敏感元件,1.弹性敏感材料的基本特性（1）刚度；（2）灵敏度；（3）弹性滞后；（4）弹性后效；（5）温度特性；（6）固有频率；（7）机械品质因素。,（1）刚度是弹性敏感元件在外力作用时抵抗变形的能力，一般用k表示,（2）灵敏度通常用刚度的倒数来表示弹性元件的特性，称为弹性元件的灵敏度，一般用S表示，其表达式为：灵敏度就是单位力作用下弹性元件产生变形的大小，灵敏度大，表明弹性元件软，变形大。与刚度相似，如果弹性特性是线性的，则灵敏度为一常数，若弹性特性是非线性的，则灵敏度为一变数，即表示此弹性元件在弹性变形范围内，各处由单位力产生的变形大小是不同的。,常用弹性元件的结构和特性,常用弹性元件的结构和特性,通常使用的弹性元件的材料为合金钢（40Cr，35CrMnSiA等）、铍青铜（Qbe2，QBr2.5等）、不锈钢（1Cr18Ni9Ti等）。传感器中弹性元件的输入量是力或压力，输出量是应变或位移。在力的变换中，弹性敏感元件通常有实心或空心圆柱体、等截面圆环、等截面或等强度悬臂梁等；变换压力的弹性敏感元件有弹簧管、膜片、膜盒、薄臂圆桶等。,（3）弹性滞后（4）弹性后效,（5）温度特性线膨胀系数温度对弹性模量的影响,（6）固有频率,（7）机械品质因素每个振动周期存储的能量与由阻尼等消耗的能量之比,2.弹性敏感元件的材料金属材料非金属材料,3.弹性敏感元件的结构型式（1）柱式弹性敏感元件（2）梁式弹性敏感元件（3）环式弹性敏感元件（4）扭转轴,（5）膜片和膜盒（6）弹簧管（7）波纹管（8）薄壁圆筒,什么是数值的进舍规则?答：数值的进舍规则是：1)拟定舍弃数字最左一位数字小于5时，则舍去，保留的各位数字不变。例：将12.1498修约到一位小数，得12.1，因45。2)拟舍弃数字的最左一位数字大于5；或者是5，而其后接并非全部为O的数字时，则进l，即保留的末位数字加l。例l：将1268修约到“百”位，得13x102。例2：将1268修约到“十”位，得127x10。例3：将lO.502修约到个位，得ll。,补充知识,3)拟舍弃数字最左一位数字为5，而后面无数字或皆为O时，若所保留的末位数字为奇数则进l，为偶数则舍弃。例：将1.050，O.350修约到“十