第三章 第一、二节 传感器

第三章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平安检测技术及应用第三章传感器3.1概述1.传感器定义传感器是将被测物理量直接转换为相应的容易检测、传输或处理的信号的元件。

物理量电量

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。辅助器件那么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dV3.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,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)按工作的物理根底分类:3.1概述能量转换型和能量控制型.3)按信号变换特征: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.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:电阻应变式、电位计式、热敏式、光敏式、电敏式.3.2电阻式传感器一、电阻应变式传感器--应变片1、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。3.2电阻式传感器

3.2电阻式传感器电阻应变片工作原理说明图2、电阻式传感器分类〔1〕测力传感器〔2〕位移传感器〔3〕压强传感器〔液压传感器〕〔4〕压力盒电阻应变片式压力盒采用膜片结构，它是将转换元件〔应变片〕贴在弹性金属膜片式传力元件上，当膜片感受外力变形时，将应变传给应变片，通过应变片输出的电信号测出应变值，再根据标定关系算出外力值。3.2电阻式传感器3.2电阻式传感器压力盒产品二、电位计式传感器3.2电阻式传感器1、构成由电阻率很高的绝缘细导线密绕在绝缘骨架上而制成，另有一电刷与导线绕组保持接触并能移动。分为变阻器和分压器两种，变阻器是输出电阻，分压器是输出电压。2、工作原理滑动臂通过机械装置由被测位移量x控制，当位移有变化时，滑动臂产生线位移x，改变了滑动臂与电位计起始端A之间的电阻值，从而实现了机械位移量到电阻输出值的转换。3.2电阻式传感器xL3、工作原理理论分析3.2电阻式传感器xLL-变阻器总长x-电刷移动量R-总电阻

Rx-输出电阻电位计在理想空载〔即输出端开路〕的特征方程式3.2电阻式传感器变阻器分压器式中SR、SU——电阻灵敏度和电压灵敏度；Rx、Ux——输出电阻和输出电压。由上式可以看出，当输出端开路时，输出电阻或输出电压是与电位计的线位移成正比的。4、电位计式传感器优缺点主要优点：〔1〕结构简单，使用方便〔2〕稳定性和直线性好〔3〕变阻器可根据需要做成不同的形状主要缺点：〔1〕分辨率受到电阻丝直径和线圈螺距的限制，只能适用于较大位移量的测量3.2电阻式传感器5、变阻器式传感器的分类3.2电阻式传感器〔1〕按测量类型单圈电位器多圈电位器直线滑动式电位器3.2电阻式传感器〔2〕按制作方式：线绕电位器导电塑料电位器普通塑料基底导电材料粉6、变阻器式传感器产品3.2电阻式传感器案例1：重量的自动检测--配料设备

比较重量设定原材料3.2电阻式传感器原理：弹簧->力->位移->电位器->电阻案例2：煤气包储量检测煤气包钢丝3.2电阻式传感器原理：钢丝->收线圈数->电位器->电阻案例3：玩具机器人〔广州中鸣数码〕3.2电阻式传感器原理：电机->转角->电位器->电阻三、热电阻式传感器1、热电阻传感器工作原理热电阻传感器是利用某些金属导体的电阻率随温度变化而变化的特性，制成各种热电阻传感器，用来测量温度，到达将温度变化转换成电量变化的目的。因而，热电阻传感器一般是温度计。3.2电阻式传感器2、热电阻和热电偶传感器将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器；将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。3.2电阻式传感器3、金属导体的电阻和温度的关系3.2电阻式传感器式中、——分别为温度和时的电阻值——温度的变化值——温度在之间时金属导体的平均电阻温度系数电阻温度系数：温度每变化时材料电阻的相对变化值。3.2电阻式传感器4、电阻温度系数的作用：越大，电阻温度计越灵敏。因此，要求制造热电阻温度计的材料应具有较高的、较稳定的电阻温度系数和电阻率，并且在工作温度范围内，其物理性质和化学性质要稳定。常用的热电阻材料有铂、铜、铁等金属材料。5、热电阻分类〔1〕按材料分，热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前者简称热电阻，后者简称热敏电阻。〔2〕按结构分，普通型热电阻、锴装热电阻、薄膜热电阻〔3〕按用途分，工业用热电阻、精密标准电阻3.2电阻式传感器感温元件结构普通〔装配式〕铂电阻四、半导体热能电阻传感器半导体热能电阻传感器是由半导体材料做成的新型电阻，它与一般电阻不同，不仅可具有正的电阻系数，而且还可具有负的电阻温度系数，即当温度升高时，它的电阻值反而减小，且电阻温度系数的绝对值比金属的大4~9倍。优点是灵敏度高、电阻率大、体积小，可测点温度和固体外表温度，结构简单