河南理工大学工程测试技术基础第三章1.ppt

第三章、常用传感器,本章学习要求：,1.了解传感器的分类2.掌握常用传感器测量原理3.了解传感器测量电路,机械工程测试技术基础,传感器在测试技术中扮演的角色,1、产品检验和质量控制的重要手段,被动检测,主动检测（在线检测）,质量控制领域,2、在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用,故障监测系统,动态监测,保证设备和人员安全提高经济效益,3、自动化系统中不可缺少的组成部分,生产过程：,“物流”,“信息流”,检测,获取信息,分析判断,自动控制,自动化：,信息获取、信息转换、信息处理、信息传送、信息执行,4、检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步,检测手段水平决定科学研究的深度和广度,理论研究成果离不开必要的检测手段,传感器检测系统重要构成部分,（信号检出部分）,（信号变换部分）,（分析处理部分、通信接口及总线）,传感器信号检出部分,传感器（Sensor）-检出功能的器件,信号提取（被测量）、传输（信号变换部分）,特点：,1）输出量为电压、电流、频率,2）输出的电信号一般较微弱：,电压-毫伏级、微伏级；电流-毫安级、纳安级,3）输出信号与噪声混杂在一起-传感器内部噪声传感器的信噪比小、输出信号弱-信号淹没在噪声中,4）传感器的输出特性呈线性或非线性,选择：测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件以及对传感器体积和整个检测系统的成本等的限制,电阻、电容、电感,两种：数字量、模拟量,5）外界环境的变化会影响传感器的输出特性,检测系统中形式最多样、与被测对象关联最密切的部分,第三章、常用传感器,3.1概述,1.传感器定义,传感器是借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的装置。,目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。,2.传感器的构成,传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。,3.1概述,3.传感器的分类,3.1概述,1)按被测物理量分类,常见的被测物理量,机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度,旋转角,转数,质量,重量,力,压力,真空度,力矩,风速,流速,流量;声:声压,噪声.磁:磁通,磁场.温度:温度,热量,比热.光：亮度，色彩,3.1概述,机械式,电气式,光学式,流体式等.,2)按工作的物理基础分类:,3.1概述,能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作.例如:热电偶温度计,压电式加速度计.能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化.例如:电阻应变片.,3.1概述,4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系:,物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换.如:水银温度计.结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变.例如:电容式和电感式传感器.,第三章、常用传感器,3.2机械式传感器,被测量,弹性元件,变形（位移）,敏感元件,电信号,指示,3.3电阻式传感器,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:变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式.,1变阻器式传感器,第三章、常用传感器,等效电路分析:,x,L,3.3电阻式传感器,L-变阻器总长;x-电刷移动量.R-总电阻;RL电刷电阻;,R=K*l,x=L*E1/E,3.3电阻式传感器,3.3电阻式传感器,3.3电阻式传感器,(2)变阻器式传感器的性能参数:1)线性(或曲线的一致性);4)移动或旋转角度范围;2)分辨率;5)电阻温度系数;3)整个电阻值的偏差;6)寿命;,(3)变阻器式传感器的分类,3.3电阻式传感器,按测量类型：,单圈电位器,多圈电位器,直线滑动式电位器,3.3电阻式传感器,按制作方式：,线绕电位器,变阻器式传感器产品,3.3电阻式传感器,案例：重量的自动检测-配料设备,3.3电阻式传感器,原理：弹簧-力-位移-电位器-电阻,案例：煤气包储量检测,3.3电阻式传感器,原理：钢丝-收线圈数-电位器-电阻,案例：玩具机器人（广州中鸣数码）,3.3电阻式传感器,原理：电机-转角-电位器-电阻,2电阻应变式传感器-应变片,电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，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)的变化而发生变化的现象。,3.3电阻式传感器,1)工作原理,上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数,3.3电阻式传感器,金属应变片的电阻R为,代入,3.3电阻式传感器,有：,金属丝：,金属丝体积不变：,3.3电阻式传感器,有：,对金属材料，导电率不变：,金属丝应变片：,应变计,3.3电阻式传感器,金属应变计,3.3电阻式传感器,2）半导体应变计：利用其压阻效应，即单晶半导体材料受某一方向外力作用时，电阻率变化的现象。,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。,3)应变片的主要参数,4）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。,3.3电阻式传感器,1）几何参数：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用bL表示。,2）电阻值：应变计的原始电阻值。,3）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。,3.3电阻式传感器,3)应变片测量电路,3.3电阻式传感器,令：,金属丝应变片：,V与应变成线形关系，可以用电桥测量电压而测得应变,3.3电阻式传感器,电阻应变片的选择、粘贴技术,1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。,2.用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一电桥中各应变片之间阻值相差不得大于0.5欧姆.,3.试件表面处理：贴片处置用细砂纸打磨干净，用酒精棉球反复擦洗贴片处，直到棉球无黑迹为止。,4.应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴502胶水，轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。,3.3电阻式传感器,5.焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。,6.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应大于500M欧。,7.应变片保护：用704硅橡胶覆于应变片上，防止受潮。,3.3电阻式传感器,电阻应变式传感器的应用：测力,3.3电阻式传感器,标准产品,案例：桥梁固有频率测量,3.3电阻式传感器,案例：电子称,原理将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转