土木工程测试课件--2-传感器

1、概念：概念：把被测量转化为电阻变化的一种传感器。把被测量转化为电阻变化的一种传感器。 按工作原理分类：按工作原理分类： 电阻应变式电阻应变式（核心为：核心为：电阻应变片电阻应变片） 电位计式电位计式 压阻式压阻式2-2 2-2 电阻式传感器电阻式传感器 X X L L A A R R基本原理基本原理2-2 2-2 电阻式传感器电阻式传感器1 1 电阻应变式传感器：电阻应变式传感器：应变片弹性元件附件应变片弹性元件附件工作原理：基于电阻应变效应工作原理：基于电阻应变效应2 2 电位计：电位计：精度精度0.050.050.025mm0.025mm电位计的使用变阻器与分压器RxxUABUUxxUAB

2、xSxLRRRxxSxLUUUc2-2 2-2 电阻式传感器电阻式传感器3 3、压阻式传感器、压阻式传感器 F F R R压阻效应：单晶半导体材料在沿某一轴向受外力作用压阻效应：单晶半导体材料在沿某一轴向受外力作用时，其电阻率发生很大变化的现象时，其电阻率发生很大变化的现象2-2 2-2 电阻式传感器电阻式传感器 电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被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。测量转化为电感量的一种装置。分类分类: :电感式传感器电感式传感器自感型自感型可变磁阻型可变磁阻型涡流式涡流式互感型互感型2-3 2-3 电感式传感器电感式传感器1 1 自感型

3、自感型-可变磁阻式可变磁阻式可变导磁面积型可变导磁面积型原理原理: :电磁感应电磁感应2-3 2-3 电感式传感器电感式传感器1 1 自感型：自感型：（2 2）涡流式）涡流式金属板置于变化磁场中或在磁场中运动时，在金属板种产生感应电流金属板置于变化磁场中或在磁场中运动时，在金属板种产生感应电流高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器2-3 2-3 电感式传感器电感式传感器2 2 互感型互感型-差动变压器差动变压器WW1W2Esx-x工作原理工作原理: :互感现象互感现象.EwEout2-3 2-3 电感式传感器电感式传感器1 1 工作原理工作原理传感器可

4、等效成一个两端固定绷紧的均匀弦。传感器可等效成一个两端固定绷紧的均匀弦。钢弦内应力的变化转变为钢弦振动频率的变化。钢弦内应力的变化转变为钢弦振动频率的变化。Lf21KPff2022-42-4 钢弦式传感器钢弦式传感器基本原理基本原理发出脉冲信号输入压力盒的电发出脉冲信号输入压力盒的电磁线路，激励钢弦产生振动，磁线路，激励钢弦产生振动，钢弦的振动在电磁线路内产生钢弦的振动在电磁线路内产生交变电动势，输入频率仪放大交变电动势，输入频率仪放大器后，示波，得到频率。器后，示波，得到频率。2-52-5 电容式、压电式、压磁式传感器电容式、压电式、压磁式传感器1 1 电容式传感器：电容式传感器：将被测量（

5、尺寸、压力等）的变将被测量（尺寸、压力等）的变化转换成电容量变化的传感器。化转换成电容量变化的传感器。工作原理工作原理+ A 、A A或或发生变发生变化时，都会引起化时，都会引起电容的变化。电容的变化。2 2 压电式传感器压电式传感器基本原理：基本原理：压电效应（外力作用下激起晶体表面荷电的现象，逆压电效应）压电效应（外力作用下激起晶体表面荷电的现象，逆压电效应）压电材料：压电单晶体（石英）、多晶体压电陶瓷（钛酸钡）压电材料：压电单晶体（石英）、多晶体压电陶瓷（钛酸钡）常用结构形式常用结构形式串联串联并联并联F+q=DF2-52-5 电容式、压电式、压磁式传感器电容式、压电式、压磁式传感器并联

6、时间常数大，适宜用在测量慢变信号；串联适于电路输入阻抗很高的时候。2 2 压电式传感器压电式传感器（1 1）加速度传感器）加速度传感器（2 2）测力传感器）测力传感器2-52-5 电容式、压电式、压磁式传感器电容式、压电式、压磁式传感器3 3 压磁式传感器压磁式传感器基本原理：基本原理：压磁效应（铁磁材料受机械力作用，内部产生机械效应力，从而压磁效应（铁磁材料受机械力作用，内部产生机械效应力，从而引起导磁系数发生变化）引起导磁系数发生变化）2-52-5 电容式、压电式、压磁式传感器电容式、压电式、压磁式传感器3 3 压磁式传感器压磁式传感器基本元件：基本元件：应用举例应用举例2-52-5 电容

7、式、压电式、压磁式传感器电容式、压电式、压磁式传感器2-7 2-7 其它传感器其它传感器1 1 磁电式传感器磁电式传感器基本原理：电磁感应，产生感应电动势基本原理：电磁感应，产生感应电动势2-6 2-6 其它传感器其它传感器1 1 磁电式传感器磁电式传感器（2 2）霍尔传感器）霍尔传感器基本原理：霍尔元件基于霍尔效应，产生感应电动势基本原理：霍尔元件基于霍尔效应，产生感应电动势 金属或半导体材料置于磁场中，通过电流时，金属或半导体材料置于磁场中，通过电流时， 垂直于电流和磁场方向，产生感应电动势垂直于电流和磁场方向，产生感应电动势2-6 2-6 其它传感器其它传感器1 1 磁电式传感器磁电式传

8、感器（2 2）霍尔传感器）霍尔传感器应用举例应用举例位移传感器位移传感器霍尔乘法器霍尔乘法器2-6 2-6 其它传感器其它传感器1 1 磁电式传感器磁电式传感器（3 3）磁阻效应传感器）磁阻效应传感器基本原理：磁阻效应基本原理：磁阻效应 沿电流方向电阻的变化沿电流方向电阻的变化2-6 2-6 其它传感器其它传感器2 2 光电式传感器光电式传感器（1 1）外光电效应）外光电效应（在光线作用下，物质内的电子逸出物体表（在光线作用下，物质内的电子逸出物体表面向外发射的现象）面向外发射的现象）（2 2）内光电效应）内光电效应（受光照物体电导率发生变（受光照物体电导率发生变化或产生光电动势的效应）化或产

9、生光电动势的效应）2-7 2-7 其它传感器其它传感器2 2 光电式传感器光电式传感器 主要形式主要形式2-7 2-7 其它传感器其它传感器3 3 气敏传感器气敏传感器基本原理基本原理半导体气敏元件同气体半导体气敏元件同气体接触后，造成半导体性接触后，造成半导体性质发生变化，质发生变化，测量特定气体的成分或者测量特定气体的成分或者浓度浓度将成分和浓度转变为电信将成分和浓度转变为电信号，进行监测和报警。号，进行监测和报警。例：二氧化锡气敏元件测酒精含量2-7 2-7 其它传感器其它传感器4 4 湿度传感器湿度传感器基本原理基本原理利用湿敏元件进行湿度利用湿敏元件进行湿度测量和控制。测量和控制。湿

10、敏元件湿敏元件利用湿敏材料吸收空气利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电中的水分而导致本身电阻值发生变化。阻值发生变化。2-7 2-7 其它传感器其它传感器5 5 水分传感器水分传感器基本原理基本原理将水分含量转换成电信号进将水分含量转换成电信号进行测定和表示行测定和表示高分子物质的电阻与含水率有关高分子物质的电阻与含水率有关2-7 2-7 其它传感器其它传感器6 6 光纤传感器光纤传感器基本原理基本原理外界因素（温度、压力、电场、磁场等）变化时，传光特性（相位外界因素（温度、压力、电场、磁场等）变化时，传光特性（相位和光强）会发生变化。和光强）会发生变化。2-8 2-8 传感器的选择和标定

11、传感器的选择和标定1 1 传感器的选择传感器的选择l输入输出线性好，灵敏度高输入输出线性好，灵敏度高l滞后、偏移误差小滞后、偏移误差小l动态特性好动态特性好l功耗小功耗小l对测试对象影响小对测试对象影响小l抗干扰能力强抗干扰能力强l重复性好，有互换性重复性好，有互换性l抗腐蚀性好，能长期使用抗腐蚀性好，能长期使用l易维修和校准易维修和校准2-7 2-7 传感器的选择和标定传感器的选择和标定2 2 压力盒的选择和埋设要求压力盒的选择和埋设要求静力匹配静力匹配n弹性模量弹性模量n泊松比泊松比n密度密度2-7 2-7 传感器的选择和标定传感器的选择和标定2 2 压力盒的选择和埋设要求压力盒的选择和埋

12、设要求结构参数的选择结构参数的选择教材教材P43埋设要求埋设要求教材教材P44P442-7 2-7 传感器的选择和标定传感器的选择和标定3 3 传感器的标定传感器的标定定义：通过试验建立传感器输入量和输出量之间的关系，求出传感器输定义：通过试验建立传感器输入量和输出量之间的关系，求出传感器输出特性曲线（标定曲线）出特性曲线（标定曲线）标定方法标定方法标准输出设备标准输出设备非电量标准值非电量标准值标准测试系统标准测试系统未知的非电量未知的非电量要求要求(1)(1)传感器的标定应该在其使用条件相似的状态下进行；传感器的标定应该在其使用条件相似的状态下进行；(2)(2)被测对象的被测对象的f f30Hz30Hz时，可只作静标定。时，可只作静标定。 (3) (3) 重复标定的次数和提高测试精度，减小偶然误差。重复标定的次数和提高测试精度，减小偶然误差。2-7 2-7 传感器的选择和标定传感器的选择和标定4 4 压力压力传感器的标定传感器的标定l确定压力传感器或压力测量系统的灵敏度及误差，确定压力传感器或压力测量