安全检测常用传感器

1、平安检测常用传感器第3章平安检测常用传感器第三章平安检测常用 传感器1.传 感,器 的 分 类温度传感器1物理量传感器压力传感器'按输入量被测对象分类 化学量传感器 位移传感器生物量传感器从传感器的转换原理来说：结构型、 物性型按转换元件的能量转换方式：有源型能量转换 型和无源型能量限制型或参数型按输出信号的形式传感器可分为：开关式、模拟 式和数字式按输入、输出特性传感器可分为：线性和非线 性2.结构型传感器：电阻式传感器、电容式传感 器、电感式传感器、磁电式传感器2.1 电阻应变式传感器：利用电阻应变片将应变转换为电阻的变 化,从而实现电测非 电量的传感器(原理 基于电阻应变效应)2

2、.1.1 电阻应变效应：电阻材料的电阻值随机械变化的物理现象2.1.2 压阻效应：电阻材料受到载荷作用产生应力时、其电阻率发 生变化的物理现象2.1.3 金属材料的电阻率相对变化正比于体积的相对变化2.1.4 金属材料的应变电阻效应：金属材料的电阻相对变化与其线 应变£成正比2.1.5 应变灵敏度系数：Ks=(1+2)+ E2.1.6 应变片测量应变的根本原理：外力作用而引起的轴向应变, 将导致电阻丝的电阻成 比例地变化,通过转换 电路可将这种电阻变化转换为电信号输出2.1.7 电阻应变计：把应变丝制成栅状的应变敏感元件2.1.8 电阻应变片简称应变片由敏感栅、基底、覆盖层、引线和粘

3、合剂构成2.1.9 按加工方法,可以将应变片分为以下四 种:丝 式 应 变 片、 箔 式 应 变 片导 体 应 变 片、薄 膜 应 变 片按敏感栅的材料,可将应变计分为金属应变计和半导体应变计两大类2.1.10 电阻应变片静态特性：灵敏度系数、机械滞后、蠕变、应变极限'2.1.10.1横向效应：将直的金属丝绕成敏感栅后,虽然长度相同,但应变状态不同,应变片敏感栅的电阻变 化较直的金属丝小,其 灵敏系数降低了的现象2.1.10.2 应变计的零漂：粘贴在试件 上的应变计, 在温度保持 恒定、不承受 机械应变时, 其电阻值随 时间而变化 的特性2.1.10.3 应变计的蠕变：如果在一定 温度

4、下,使其 承受恒定的 机械应变,应 变计电阻值 随时间而变 化的特性2.1.10.4 应变极限：在恒温条件下,使非线性误 差到达10%寸的真实应变 值2.1.11 应变片绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测试件 之间的电阻值.通常要 求为50 100MD以2. 1. 12最大工作电流：不影响应变片工作特性的最大 电流2. 1. 12. 1工作电流大,输出信号就大,灵敏度也就 高2. 1.13应变片的温度效应也称温度误 差：由温度 变化引起应 变计输出变 化的现象2. 1. 13. 1电阻应变片的温度补偿：应 变片自补偿、 法桥路补偿 法、热敏电阻 补偿法2. 1. 14电桥平衡条件.根据此条

5、件可分为以下三种情况：1对 输出端对称2对电 源端对称3全等臂 电桥结构倍,是双臂差 动电桥的2 倍2.2电容式传感器：将被测非电量转换为电容变化的装置2. 2.1电容式传感器可以有三种根本类型,即变极距或称变间隙型、变面积型和变介电常数型.它们的电极形状有平板形、 球平面形三种.柱形和2. 2. L 1为了提升灵敏度,减小非线性误差, 往往采用差动式结构.2. 2. 2温度影响：温度对结构尺寸的影响、 温度对介质的影响2. 2. 3调频测量电路：是把电容式传感器作 为振荡器谐振回路的一局部,当输入量导致电 容量发生变化时,振荡器的振荡频率就发生变 化2.3电感式传感器：自感式传感器、互感传感

6、 器、电涡流式传感器2.3.1 自感式传感器 工作原理与输出特性：线圈电感L与气隙面积 S是成正比的,而变气 隙长度传感器中电感 L 和气隙长度成反比2.3.2 互感传感器：把被测的非电量转变为线圈间互感系数变化的 传感器根据变压器的 根本原理制成2.3.2.1 差动变压器为了既能区分衔铁 移动方向和大小,又能 消除零点剩余电压,实 际测量时,常常采用差 动相敏检波电路和差动 整流电路.2.3.3 电涡流式传感器：金属导体置于变化着的磁场中,导体内就 会产生感应电流电涡 流密度主要分布在外表 附近2.3.3.1 涡流传感器主要用于位移、振动、转速、距离、厚度等 物理参数的测量,涡 流探伤.测量

7、范围大、 灵敏度高、结构简单、 抗干扰水平强,而且 可以实现非接触测量3.物性型传感器：压阻式传感器、压电式传 感器、光电式传感器、 霍尔传感器3.1.1 压阻式传感器有两种类型,一种是利用 半导体材料的体电阻做成粘贴式的应变片结构型,这另一种是在半导体的基片上 用集成电路工艺制成扩散型压敏电阻,用 它作为传感元件制成的传感器,称固态压 阻式传感器,也叫扩散型压阻式传感器物 性型3.1.1.1 晶向的表示方法有两种,一种是截距法,另一种是法线法3.1.2 压阻式传感器的根本类型：压阻式压力 传感器、压阻式加速度传感器3.1.3 由于半导体材料对温度比拟敏感,压阻 式传感器的电阻值及灵敏度系数随

8、温度 变化而改变,将引起零点温度漂移和灵 敏度漂移,3.1.4 温度补偿方法：零点温度补偿、灵敏度 温度补偿3.1.5 正压电效应：某些电介质,当沿着一定方向对其施力而使 它变形时,内部就产生 极化现象,同时在它的 两个外表上产生符号相 反的电荷,当外力去掉 后,又重新恢复不带电 状态的现象3.1.6 逆向压电效应：是指当某晶体沿一定方向受到电场作用时, 相应地在一定的晶轴方 向将产生机械变形或机 械应力,又称电致伸缩 效应3.1.7 沿电轴方向的力作用下产生电荷的压电 效应称为“纵向压电效 应3.1.8 把沿机械轴方向的力作用下产生电荷的 压电效应称为“横向压电效应3.1.9 常见压电材料：

9、压电晶体、多晶压电陶 瓷、新型压电材料3.1.10 作为压电材料的条件：转换性能高、 机械性能高、 电性能具有高 的电阻率和大 的、温度和湿度 稳定性要好、时 间稳定性3.1.11 压电式传感器的测量电路电压放大器：其输出电压与输入电压压电元件的输出电压成正比.电荷放大器：其输出电压与输入电荷 成正比.3.1.12 电压放大器的作用是将压电式传感器的高输出阻抗经放大器变换为低阻抗 输出,并将微弱的电压信号进行适当放 大.因此也把这种测量电路称为阻抗变 换器.3.1.13 3影响压电式传感器性能的主要因素：横向灵敏度压电加速度传感器的横«向灵敏度是指当加速度<传感器感受到与其主轴

10、向轴向灵敏度方向垂 直的单位加速度振动时 的灵敏度,一般用它与 主轴向灵敏度的百分比 来表示环境温度和湿度的影响安装差异及基座应变噪声3.2光电式传感器：将光信号的变化转换为 电信号的一种传感器件, 其工作的物理根底是光电 效应3.2.1 光电效应：由于吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的 电效应；外光电效应：在光的照射下,使电子: 逸出物体外表而产生光电子发射的现象内光电效应光电导效应：在光线 作用 下,物 体的导 电性能 发生变 化,引 起电阻 率或电 导改变 的现象光生伏特效应阻挡层光电效应在 光 线 作 用 下物 体产 生定 方 向 的 电 动 势 的 现把PN结的两端通过

11、外导线短接形 成 流 过 外 电 路 的 电 流也 称 为 光 电 池 的短 路 输 出 电 流3.2.2 光电器件的特性：光照特性?伏安特性：是指光照一定时,这些光【电元 件 的端 电 压U与 电流 I之 间 的 关 系光谱特性频率特性温度特性光电流：光敏元件两端加上一定偏置电压,在某种光源的特 定照度下产生或增加的 电流暗电流：光敏元件在无光照射下, 两端加电压后产生的电 流3.2.3光电传感器按其接收状态可分为模拟光电传感器开关式光电传感器：利用光电元件 受光照或无 光照时“有/ 无电信号输 出的特性,将 被测量转换 成断续变化 的开关信号3.2.4其他光电检测器：电荷耦合器件(CCD)

12、是典型 的固体图象 传感器一一 应用：图像传 输、尺寸自 动检测、缺 陷检测3.3霍尔效应：在通有电流的金属板上加 一匀强磁场,当电流方向与 磁场方向垂直时,在与电流 和磁场都垂直的金属板的 两外表间出现电势差的现3.3.1 产生霍尔效应原因是根据电磁感应 定律,电子在磁场 中以速度v运动 时,受到洛伦兹力 fL； fL与电子的电 荷量e、运动速度 v及磁场强度B成 正比；fL=evB; 随着感应电动势 日的增加,fE不 断增加,最终 f L 与fE半到达某一 平衡值,即：fL +fE =03.3.2 霍尔元件材料：错(Ge), N型及P 型均可、硅(Si) . N 型及P型均可、碑 化锢(I

13、nAs)和锦 化锢(InSb)3.3.3 霍尔元件材料为什么必须用薄片由于 E=IB/end3.3.4 霍尔元件的主要技术指标：最大磁感 应强度&额 定鼓励电流 I H、输入电阻 R、输出电阻 RL、不等位电 势E、寄生直 流电势V热 阻R3.3.5 霍尔集成电路可分为线性型和开关 型两大类：线性型集成电路是将霍 尔元件和恒流源、线性差动放大器 等做在一个芯片上,输出电压为伏 级,比直接使用霍尔元件方便得多； 开关型霍尔集成电路是将霍尔元 件、稳压电路、放大器、施密特触 发器、OC门集电极开路输出门 等电路做在同一个芯片上3.5.6 霍尔传感器优点：磁场敏感、结构简 单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿 命长等优点3.5.7 霍尔传感器的应用：可测量压力、质 量、液位、流速、 流量3.6 传感器的选用原那么：灵敏度：传感器的响应特性是指,在所测频率范围内,保持不失真的测量条件响应特性：在线性范围内,传感器的输