工业仪表与工程测试第章传感器

第二章传感器内容：1、参数型传感器：电阻式传感器；电容式传感器；电感式传感器（自感型；互感型）2、发电型传感器：磁电式传感器；压电式传感器；光导纤维传感元件（反射式；吸收式；调制式）4、智能传感器：智能传感器的概念；智能传感器的功能与特点；智能传感器系统。2.1概述传感技术：将观测信息转换为电、光等信号的技术。传感元件：实现机—电、热—电、声—电、机—光、热—光、光—电等信号转换的元件。传感器：将传感元件通过机械结构支承固定，并通过机械电气或其他方法连接起来，将所获信号传输出去的装置。在动态测试中，最常用的传感技术是将被测物理量转换成电输出信号—电信号传感器。线性度好；灵敏度高与灵敏度误差小有较好的重复性和稳定性滞后误差小、漂移小；具有较高的分辨力；动态性能好；被测对象的影响小，即“负载效应”较低。

其它技术要求：抗腐蚀、抗震、抗干扰、耐高温、非接触或远距离测量传感器应具备的技术性能：传感器的类型(Thetypesofsensors)按输入量分类：测力传感器―输入信号为力信号；位移传感器―输入信号为位移信号；温度传感器―被测量为温度。等按输出量分类：就是按照输出何种参量来分类，分为主动型，如发电型传感器；被动型，如电路参量型传感器。便于选择使用便于学习研究电量输出传感器电路参数型发电型：电阻式电容式电感式输出电源性参量如电势、电荷等按工作机理分类结构型：靠结构参数变化实现信号变换

物性型：靠传感器内部的物理、化学性质变化实现传感功能如变极距式电容传感器如光电、热电传感器模拟式(传统式)传感器：以连续变化信号作输出量；数字式传感器：以数字量输出的传感器。智能传感器：带微处理器并兼有监测和信息处理功能2.2参数型传感器2.2.1电阻式传感器(1)大电阻变化式在输入量变化时，传感器起点阻值可由零变至相当于原电阻值很大百分比的数，甚至可在全部阻值范围内变化。

代表型式：用来测量线位移或角位移的滑线式变阻器，或称电位器。结构特点：电阻材料导线覆以绝缘涂层后排绕而成，在工作表面上磨去绝缘层。弹性导体制成的电刷在工作表面上滑动，随着电刷位移的变化而引起电阻值的变化。将被测物理量转化为电路参数：电阻、电容、电感缺点：分辨率较低测量直线位移的电位计测量应变的电阻应变片测量温度的热敏电阻热线风速计测量流体压力的金属丝压敏传感元件(2)微电阻变化式电阻值变化范围很小，变化范围：原始阻值的百分之几以内。

代表型式：电阻应变式传感元件(电阻应变片)，体积小、动态响应快、测量精度高、使用简便。电阻应变片的结构：电阻丝基片覆盖层基片电阻丝覆盖层

应变电阻丝胶接在绝缘薄膜材料基片上。使用时，将此带有应变电阻丝的基片再胶接在被测应变构件上，使被测应变通过基片带动应变电阻丝变形，使电阻发生相应的变化，电阻的变化值与被测构件的应变值存在一定的函数关系，从而实现应变到电阻的转换。电阻丝在长度方向变形时，其长度l，截面积F和电阻率ρ均会变化，且三者的变化均会引起电阻R的变化。电阻丝的截面是半径为r的圆形，则导体的电阻率电阻丝横截面积电阻丝长度工作原理：(2-3)所以电阻丝材料的压阻系数泊松比电阻丝材料的弹性模量ε上述各式代入式(2-3)得＞＞对于金属材料故被测构件表面的打磨、清洗、胶层涂布、粘贴以及胶层固化等各工序均非常重要!2.2.2电容式传感器(1)工作原理两平行平面导体间的电容

极板间介质的相对介电常数真空中的相对介电常数两极板间相互覆盖面积极板间距离可做成：变极距型，变面积型、变介电常数型

定极各板固博定，顷动极川板随挠被测烛位移擦而移刑动上、萍下极选板固以定，杨中间袭极板务活动拴。电容码～极领距→非线稠性关俗系为减家小非运线性尿误差肾，通师常该酿传感画器在符极小食测量车范围股内工还作，性使之晓获得向近似役线性奏的特史性。为提意高灵甚敏度层和线辽性度舌、克躬服某锅些外门界条告件(电源起电压矛、环蓄境温津度)变化吩的影伏响，盒采用棋差动畅型式怪电容宪传感坊器。优点副：灵敏固度零点遍附近车的线邮性度上、亮下两俗极板聪固定捞，中物间极流板活欣动。未开里始测冲量时秒将活显动极半板调户整在围中间沉位置援，二廉边电滤容相劲等。测量貌时，野中间饰极板歇向左闯或右饮平移腰，就熟会引规起电债容量蛾的左穴增右枕减或杆反之沟。两边醒电容币的差舞值Cl—C2为二青者之调和2.葛2.四3电感果式传贴感器将被尿测物疲理量悔如位和移、嫁力等肌参量扩转化因为自者感L、互头感M变化形式核：自感题式、摇互感脾式、果涡流骑式、云压磁反式等优点肤：输出椅功率愧大、珠灵敏钓度高孤、稳登定性扎好、您使用抬调整咱方便耻等2.满2.临3.俭1自感欣式传袋感器链的结捷构和税工作嗓原理缠绕葛在铁镇芯上继的线扫圈中吸通以酿交变功电流i，产播生磁刻通诸，伏形成纵磁通谜回路音。磁通亮与电掩流的普关系踪蝶：线圈戚匝数比例冰系数导磁测长度导磁滩面积气隙蛇宽度磁路锐欧姆丽定律情：磁阻磁动势代入扔上式懂，得能：磁阻战的计伪算虑：自感酬量L是N、S、δ的函览数，蚊若仅繁使其供中一融个参糟量变也化，灿即得L与该鹊参量优的单炭值函基数关煮系，蒜因而港可做洗成各渗种电框感式中传感遣器。改变桂气隙压厚度改变基导磁段面积改变拖有效旅线圈码匝数为提兼高自采感传输感元糖件的政精度倡和灵混敏度支，增而大特缩慧性的淘线性劫段，呀多做鼠成差沙动式咳，其胖机械伍部分婆相当拉于两铺个上赛述变样气隙浙厚度事元件病的组马合。2.松2.妨3.拦2互感睁式传尖感器锯的结励构和枪工作谋原理结构岛和工袋作原停理与爪变压糟器相兼似，恋故也翼称变压鼓器式馋传感擦器。原线谋圈副线夹圈它是坚将被执测物葛理量董，如至力、舞位移于等转悔换成钓互感洲系数惹的一苏种传鸟感器坊。互感章系数落是原蜜、副昌线圈详的匝贸数、智长度呼、相危互位穷置，防以及秀整个盾磁路嫂磁阻戚等因丛素的深函数纱。变泉化其容中一令个参木数都龄会改摘变互点感大杨小，呢进而捐改变贿感应卵电势震。测鲁量感顽应电你势的哨改变誉可以源测量泳各个锤参数芬的变烧化。副线龄圈感闻应电检势原线波圈交俱变电变势原线炼圈自鹊感原线峰圈电胸阻交变装电流街角频过率互感肃系数2.唐3发电征型传穗感器2.且3.划1磁电竟式传哲感器将被扔测机援械量齿转化验为感功应电圆动势榨，故积又称电动吧力式枝传感原器。根现据电腥磁感左应定帐律，室匝数识为N的线咱圈处筝在变项化的随磁场僵中所缴感生障的电壁势e取决循于穿糠过线姿圈的岂磁通族的泰变化粒率，火即有：叉磁电甘型、丑压电默型、湾热电隐型和步光电盗型等猎。又分馒：动织圈式果、动各磁铁铲式和矿变磁坛阻式悠传感贷器。动圈犬式：墓测量毒直线差速度动圈眨式：脆测量堵角速絮度动磁羊铁式：测哄量直盖线速付度磁电盏式：测享量直沿线速蚂度传感碧器的讽线圈堵处于天永久盈磁铁永所形段成的年闭合档磁路边工作箩气隙哀中，睬当此廉线圈罪相对形磁场赌作直阀线运泡动时炎，在草其上枕所感浆生的垃电势见为工作椒气隙烛中的卷磁感捐应强接度线圈搅运动剂方向湿相对谈于磁圾场方击向的是夹角线圈刷相对菠于磁饿场的凭运动帝线速协度线圈近的单皂匝长倍度若θ=锋900，则若B、l和N已定轨，则e与v呈单腿值函胸数关密系。善故可尾用输劣出电寒势值抬测量影线圈弟运动柏速度―速度歼传感似器。对速贪度传健感器督的输层出积分―反映塔位移翠的信铸号；凯对速违度传冻感器股的输厌出微分―反映何加速恭度的矮信号汉。利用工此原剥理可舱制成袋两种脑实用神速度绣传感弯器：测量凶较长南行程墓的直甘线速衰度传涌感器走；测量牙振动选速度耍的传险感器赤。两层貌线圈部，线简圈1绕在恐薄层朵绝缘它材料嚷圆筒2上，倒与外身壳4固结语在一糟起；雾线圈3绕在甘由铁检磁材猫料制查成的蛾内轴灿上，教分两黎段绕蝴制；怕外壳4由铁慰磁材清料制杯成。线圈1线圈3外壳圆筒工作磁原理筝：对线败圈l通以堆直流抢电流初，所早产生剩的磁洲通量搏沿内方轴一画气隙—外壳雄形成肯封闭尽回路却。内轴岂与外鹅壳相公对运训动时陕，两卫边气嫌隙中脏的线鉴圈切秘割磁榆力线表而使先线圈陵中产姐生感畜应电雷势，位因两赢边气毫隙中葡磁通辽量方页向相丹反，俗故左谁右两铅边线弓圈所牌产生缎的感加应电诞势方残向相靠反。如作岩反向洋串接钱．则熟两边茫的感疾应电抽势相谦互相纹加而山提高骑其灵柔敏度冶。输出砖感应亏电势雄与内暴轴和利外壳科相对庄运动军速度项成正丘比。衰因此右，可踩用输樱出电停势来沈测量猪相对斗运动炉速度粒。中心债细轴l由片奔状弹椅簧2支承及在外滋壳6上，忽可以尊作左炭右直宰线移露动，怕轴上竹安装诊有感拴应线侄圈4。永应久磁趁铁3固定才在外晓壳6上，卵与外怜壳形沸成封贤闭回阿路，咳留有令一工稍作气球隙。兆线圈4处于跳此工赛作气倾隙中我。2.赏3.益2压电论式传冬感器2.碎3.辅2.毯1工作碍原理正压尽电效峡应：沿一锯定方热向对草某些葡晶体页电介葡质材勇料施倒加外嘱力使陕之变称形时向，其是表面症将产四生电冷荷，抢外力博去除邻后，孔介质破表面饰又回衰到不才带电贺的状胆态。逆压管电效迅应：对电送介质采表面遗施以夹电场受，则旋介质当将产确生机言械变注形。压电盯效应穴具有每极性!若外秋加作尊用力堪由压香力变被为拉某力，坟则介博质表查面上栏所产浆生的甲电荷崇的符机号相内应改附变。压电演材料宏：具有规压电经效应燥的材住料：压电匀晶体―天然尝的单钉晶体旨，如躁天然沟石英灯晶体免等；压电未陶瓷―人工差制造目的多付晶体掏，如援钛酸哪钡、哄锆钛搞酸铅(简称PZ腔T)等；压电庙薄膜:用有师机聚彼合物番的铁朋电体徐加工倒出―具有蛇柔性像的薄庙膜压烈电材曲料，龙常用血的有愚聚偏矛氟乙然烯(P傍VF左2)等，谈它适遮用于鞭特殊比表面哑形状道上的霸测力坦处，排是一六种很且有前短途的述压电建材料凳。性能仍稳定蜓，机束械性境能好灵敏锹度较熟高2.塞3.驳2.烤2压电裙传感些器两片咳压电批晶体狸片对爱放(以提渐高传杨感器盲灵敏陈度)。被扁测力哄作用锄在弹伪性顶惑盖上贱，直染接传炮递到题压电套片上怪，压汪电片府受力默变形降产生陷电荷和，由城引线街输出产。所减输出溪的电迹荷大粪小反虫映作肝用力咏的数受值。图2-圾19压电干力传掏感器内部变含有捡分别耗敏感管三个厨方向笋力的挣压电怨片，排醉列(a赢)所示诱。每一锅方向渣敏感堤压电河片均阁为二栏片。为齿分别妻敏感富三个差方向漂的分去力，贴三组痒压电蚂片利旋用了胡两种泽不同轨的压框电效朝应：横向堪或纵灿向压展电效反应：感就受z方向科正压农力；剪切仔压电私效应：感经受x和y方向丈的侧奥向压艳力。三对蚂压电衬片的督电荷舅输出稻分别也反映芬三个查方向膊的力榆分量亏。图2-膝20三向恭压电罩力传搏感器2.广4光导盾纤维慌传感扶元件2.蔑4.坦1定义芽及特挖点光纤乘是用昏玻璃析、石托英、毫塑料没等光鞋透射沟率高捐的电文介质蜓制作翼的极般细纤季维，扎在近固红外丛线至它可见皆光范岭围内施传输名损耗较非常倦小，撤是极岩为理粗想的以传输警线路颂。光导悠纤维游传送执信息帝的特妈点：低衰盖减、懂柔性欢好、高信息礼量大晚、频滑带宽羊以及鸽不受毁外界卷干扰拔、防醉水性求、绝剃缘性讽、尺筒寸小烧、质暮量轻顾、节幕省贵膏重金满属、碌成本陶低。2.撕4.蹄2光纤紫结构中心搂部分(纤芯)之外府覆盖池一层遮折射封率比蜡它稍振低的岗介质(包层)。被测听光在毅光纤拾断面凤的入穴射角倾小于鸟临界止角时隶，光认线在即界面胶上产塞生全尤反射裳，并撒沿光垦纤轴与向传赢播。图2-践21光导悉纤维僵原理未结构2.良4.跪3光纤把传感麦器类仅型利用堤光纤缠制造从的传悦感元询件的震类型辞：传输六型光趴纤传龙感元狱件：利用什光纤仁的低桶损耗员传输或功能锋；传感蹦型光米纤元妻件：利用掘光纤份本身写特性蹈受被岂测参积数影砌响发挨生变乳化，铸如其隶中光饲波的央强度蜜、相保位、羊偏振兰面或羡频率掌，通瞒过测护量光漂纤中阿光波公的这摆些特虏性参黑数，直来感突知被阶测量划大小章。以达此原窑理制置成的投传感窝元件您为传堆感性悬光纤犯元件夫。2.稠4.煤4反射封式光源去发出蛇的光俊沿光纯纤传挨输，誉在传卸感元仓件上边有一翅反射馒面将榴此光怠束反悲射至住接收讲光纤腹，再抄将之退传输杠至接配收器洁后加传以处碑理，套由显梨示器液读出知读数舱。工作明时，免传感叹元件赏的反更射表铺面角骗度随子被测惭参数民变化程，使岩接收冷光纤总所接与受的答光通幅量改塔变，拦显示哈器显断示光戒通量擦变化射，即婶反映蜜出被袄测参举数的斥变化衫。据此活原理虎可做斯成反映食位移抚变化朋或可棚转化景成位雕移变事化参守数的瓜传感描器。2.娘4.州5吸收派式由光底源发驳射的为光经舞敏感角元件皆二次庭反射捉后由越接收普光纤题送到郑接收洁器处姻理后衬作显贷示。工作思时，休敏感鸡元件恭材料宗对光住的吸急收率熄随被姿测参腥数变鲜化，析而使加显示饶值发绍生变菠化。用此梅原理主制成径的光陵纤温彩度传届感器迟：用赔半导屑体砷南化钾萝作敏鼓感元泰件，受其光迷吸收家率随叮温度教而变既化。2.弃4.虾6调制骡式光源总发出度的光它经半机透明授反分胜光镜园分光删后，一束由参白考光松纤传懒输，另一锣束由敏铸感光婚纤传梳输，两束猾光均让送入恋接收追器，些经比房诚较后障，显快示器邻显示摆出其申差异严值。参考少光纤盟不发缸生变加化，舍敏感进光纤辞受被辉测参获数作尸用而减产生鸽传输浇特性牌变化难，使座通过夕光波尺的有径关参廊数(光强隙、相齐位、应偏振恼面、畏频率)发生震变化丸，将艰此变纸化的室光波吗与末察变化工的参尽考光历波相忌比较痰后作色出显卸示，真反映鼓被测歌参量谷的数笛值。用此赚原理捕可做亚成测量鹿压力搅、水屿声、赶振动耻、温离度以及粉大电背流测盖量的赵传感镜器。问题次：反射袜式、采吸收束式和斤调制杰式光亿纤传定感器汉的工婶作原伶理有平何不堪同？智能况传感狂器2.钳5.袍1智能趟传感枪器的木概念传感遗器(通过休信号议调理款电路)与微醋处理减器赋待予足啊够的豆智能鲁结合放，并鄙兼有骆信息羞检测镇与信表息处聋理功告能的酸传感师器。说明腹：不是农简单施的将鹊传感办器和肆微处秧理机珠集成铜在一散块芯漂片上隐。智能于传感炭器的党主要顺功能自校至零、况自标却定、俯自校友正功见能；自动朱补偿延功能勉；自动蝴采集捷数据薪，并挪对数拦据进填行预定处理赏；自动素进行基检验蛇、自矮选量盈程、骑自寻海故障轮；数据雅存储闻、记寻忆与孩信息准处理里功能医；双向姐通讯吧、标寇准化是数字闯输出限或者敌符号殊输出康功能厚；判断栗、决醒策处释理功骆能。智能嫁传感毕器的弯特点疯：(1吃)精度河高：非线棕性系制统误原差的进自动竭校正贺，对阅大量债数据衫统计侮处理轧以消漂除偶派然误电差的根影响湾。(2剃)可靠傍性和椒稳定预性高：自怎动补浓偿因浇工作彻条件类与环羞境参钥数变常化引功起的益系统润特性种的漂机移，继实时拢进行撤系统惯的自排动检致验，积分析域、判汪断数峰据的启合理盏性．坝并给胃出异蹈常情蹈况的戴应急炊处理(报警成或故淋障提薪示)。(3及)信噪唉比和县分辨拒力高：去狗除输量入数历据中就的噪军声，己将有渔用信睡号提贝取出贤来，继通过酿数据滨融合劝、神普经网奖络技妄术，表消除躺多参戴数状堪态下湖交叉快灵敏兄度的丸影响窝。(4蛋)自适提应性骨强：根芳据系优统工职作情洗况进次行决孩策，凭使系鄙统处畜于最绸低功晚耗状距态，痒优化愤传送寇效率制。(5标)性价扒比高2.旧5.哨3智能绑传感颜器系歼统(1雹)非集罢成化疑实现宝系统(2丢)集成岩化实桶现系智统(3熟)混合拨实现图2-册26模糊遣传感丘器的村简单瓦结构叹示意钉图图2-熄25非集规成式街智能折传感脉器框客图图2-汤27集成厕智能倡传感夺器外栋形示创意图采用肠微机那械加忘工技央术和侨大规奖模集增成电般路工拥艺技多术，里利用亩硅作才为基工本材扮料来敲制作中敏感叼元件跃、信质号调额理电腹路、朝微处付理器刷单元观，并苹把它财们集和成在暑一块锻芯片讲上而蜘构成传。第2章作墙业题请说爷明参艰数型剑传感帜器的猪种类伙、工衬作原墓理、内特点鱼。各摊类传剖感器迎分别氏通过哥何种匆措施妄可做势成哪屡些型冲式？根据净需要危与可钥能，泡将系打统各傻个集路成化钩环节性如敏还感单即元、质信号芹调理东电路细、微填处理泼器单牛元、孩数字许总线伐接口狠等以狱不同岂的组往合方肥式集清成在呈两块伐或三船块芯窝片上苹，并晋装在醋一个伞外壳