传感器原理及应用全套教学课件PPT

1、客观物理量光学转换气液转换机械转换电气转换机械参数机械测试法光学测试法光学参数气液测试法气液参数电测法电参数电阻、电容、电感电压、电流力位移力光电移动力气液的压力变化力电阻的变化（明暗条纹的变化）FxF反光镜FPF应变片非电量电测法测试系统的组成人为驱动信号驱动装置对象被测标定装置信号标准控制系统传感器中间电路显示记录观察者被测量敏感元件传感元件信号调节转换电路辅助电源电量 电位计式：电位计式：应变式：应变式：物理量变化物理量变化电阻变化电阻变化传感元件传感元件属于大电阻变化型，属于大电阻变化型，R：0R传传物理量变化物理量变化变形变形（应力、应变）（应力、应变）敏感元件敏感元件属于微电阻变化

2、型，属于微电阻变化型，R：020%R传传传感元件传感元件电阻变化电阻变化电阻或电压的变化电阻或电压的变化一定函数关系一定函数关系变变阻阻器器式式变变压压器器式式按输出按输出-输入特性输入特性线性电位计线性电位计非线性电位计非线性电位计按结构形式按结构形式线绕式线绕式在传感器中应用较多在传感器中应用较多薄膜式薄膜式具有较高的精度和线性特性具有较高的精度和线性特性光电式光电式无摩擦和磨损，分辨率高无摩擦和磨损，分辨率高AlR以线位移型为例：以线位移型为例： 若变阻器式：若变阻器式： xSLxRRRx SR 电阻灵敏度：表示电刷单位位移能引起的电阻灵敏度：表示电刷单位位移能引起的输出电阻的变化量输出

3、电阻的变化量 若分压器式：若分压器式： xSLxUUVc SV 电压灵敏度：表示电刷单位位移能引起的输电压灵敏度：表示电刷单位位移能引起的输出电压的变化量出电压的变化量 SR、SV均是常数均是常数 一般表达式：一般表达式： LLKrKrrY21负载系数的倒数电刷的相对变化相对输出电压RRKRRrUUYLLxcRRKLL金属电阻应变片金属电阻应变片半导体应变片半导体应变片根据欧姆定律：根据欧姆定律： SlRdRdSSRdLLRdRdSLdSSRdLSdRdLdLLdLSdSdSdSLdLRdR)1 (rdrLdLyx金属丝横向应变金属丝轴向应变LdLrdrrdrSdS2xxdRdR)21 ()2

4、1 (dRdRx)21 (xxsdRdRK)21 (令令Ks越大，越灵敏越大，越灵敏 Ks 金属丝的灵敏系数：表示金属丝产生单位金属丝的灵敏系数：表示金属丝产生单位变形时，电阻相对变化的大小。变形时，电阻相对变化的大小。 Ks只能靠实验求得，而只能靠实验求得，而 xRdRxsKRRxRRK电阻应变片的灵敏系数 一般一般 K 气隙气隙，所以，所以，R铁芯铁芯+R衔铁衔铁R气隙气隙 SRM02),(2022SfSNRNLM1122112iNiM1112MidtdiMetisin1若MIjE112NN1 1 初级线圈的匝数初级线圈的匝数NN2121、NN2222 次级线圈的匝数次级线圈的匝数111L

5、jREI次级线圈中的感应电势次级线圈中的感应电势 12IMjEaa12IMjEbb1111222)()(LjREMMjIMMjEEEbababa感应电势的有效值感应电势的有效值 1121212)()()(EMMkELRMMEbaba11221122INMINMbbaabbaalNlN2222即bbaalkMlkM221222)(EllKEba则 初始位置，衔铁处于中间位置初始位置，衔铁处于中间位置 02022EMMMlllbaba当衔铁上升当衔铁上升 L MMMlllaa02MMMlllbb0211222lEKMEkE当衔铁下降当衔铁下降 L MMMlllaa02MMMlllbb0211222

6、lEKMEkEE2与与E2a同相同相 E2与与E2b同相同相 线圈上通交变高频电流线圈上通交变高频电流线圈产生高频交变磁场线圈产生高频交变磁场产生高频交变涡流产生高频交变涡流涡流产生反磁场涡流产生反磁场阻碍线圈电流交换作用阻碍线圈电流交换作用等效于等效于L或阻抗的改变或阻抗的改变 可测钢材压延时压可测钢材压延时压滚温度，液、气态介质滚温度，液、气态介质温度，且测温时有一个温度，且测温时有一个很大的特点是热惯性小很大的特点是热惯性小（约（约0.001s），动态响），动态响应好，能做快速测温工应好，能做快速测温工作。作。SC0AC0分类分类 天然物质：石英晶体天然物质：石英晶体压电效应弱，但稳定，

7、压电效应弱，但稳定， 可用作标准的加速度计可用作标准的加速度计人工制造：压电陶瓷人工制造：压电陶瓷压电效应强，但稳定性差，压电效应强，但稳定性差， 用作工作时的加速度计用作工作时的加速度计 SCr0 r 晶片相对介电常数晶片相对介电常数 0 真空介电常数真空介电常数S 工作面面积工作面面积 晶片厚度晶片厚度 和普通电容器不同的是极板上的电荷是在和普通电容器不同的是极板上的电荷是在外力作用下产生的，若力的作用终止，则电荷外力作用下产生的，若力的作用终止，则电荷也随之消失。也随之消失。 xSCUCiCcCaRRCaU2)(1)(1CiCcCaRxSCUCiCcCaCaUfKRC1ffSCCQUxCCaUdtdNesinNBlve sindtdxNBle dtdxe dtdxNBle kWBAe e出edtddtdRdttddttdxtvM)()()(电压或电流测量电路LRttxM)()(读出被测扭矩）脉冲信号（宽度时间差指示仪表测量电路00 PtZn60qvBFlBvqFlelFF bdvnqI nqdIBUHnqRH1dRkHHIBkdIBRUHHH0)(iPRR0iPRR)(1 )(1 0000ttRRttURUoLHLL0)(0ttddUL）（10oLRR)1 ()(0tRR