传感器技术概述课件

感測器技術概述感測器的定義與組成

感測器的定義與組成感測器的分類感測器的分類敏感元件將被測信號轉換為中間變數，如膜片、環的變形等；變換器（在輔助電源作用下）將中間變數轉換為電量變化，如應變式電阻變換器。結構型敏感元件或彈性元件＋變換器物性型無中間轉換機構，如熱敏電阻感測器的分類能量轉換型（自源型）能量控制型（外源型）感測器的分類(5)按感測器輸出量分為電量型、電參數型： 電量－電壓、電流、電荷； 電參數－電阻、電感、電容、互感1）容量——輸入信號工作範圍或量程；2）驅動——輸出的負載能力（包括數字輸出介面）、 電氣、機械特性3）靜態特性指標——線性度、靈敏度、解析度、遲滯、重複性、穩定性等；4）動態特性指標——固有頻率、阻尼比、時間常數等；5）可靠性——工作壽命、故障率、絕緣、耐壓、耐溫等；6）對環境要求的指標——工作溫度範圍、抗潮濕、抗電磁干擾、抗沖振要求等；7）使用配電要求——供電方式、安裝方式、輸入輸出阻抗等。感測器的常用技術性能指標2）高精度、高可靠性、無遲滯性、工作壽命長（耐用性）3）高回應速率、可重複性、抗老化、抗環境影響（熱、振動、酸、堿、空氣、水、塵埃）的能力4）選擇性、安全性（感測器應是無污染的）、互換性、低成本5）寬測量範圍、小尺寸、重量輕和高強度、寬工作溫度範圍1）高靈敏度、線性、抗干擾的穩定性（對雜訊不敏感）、容易調節（校準簡易）感測器性能的基本要求彈性敏感元件彈性敏感元件

彈性模量、剛度的關係金屬在彈性範圍內，外力和變形成比例地增長，即應力與應變成正比例關係時（符合虎克定理），這個比例係數就稱為彈性模量，根據應力，應變的性質通常又分為：彈性模量和切變模量，彈性模量的大小，相當於引起物體單位變形時所需應力之大小，是衡量材料剛度的指標，彈性模量愈大，剛度也愈大。彈性敏感元件的基本特性彈性敏感元件的基本特性k——彈性敏感元件的剛度

——其等效振動品質上式為固有頻率估算式，其中彈性敏感元件的基本特性A——諧振狀態下的振幅A0——靜態振幅彈性敏感元件的基本特性彈性敏感元件的基本特性彈性敏感元件的材料彈性敏感元件的結構與力學特性F——被測作用力，E——材料的彈性模量，A——橫截面積，μ——材料的泊松係數，ρ——材料的密度，l——柱式彈性元件的長度柱式彈性敏感元件主要用於電阻應變式拉（壓）力等感測器。在梁的根部（x=0），應變最大，在x=l處應變為零；梁的上下表面應變性質相反。彈性敏感元件的結構與力學特性2）梁式彈性敏感元件(a)等截面梁彈性敏感元件的結構與力學特性2）梁式彈性敏感元件

梁的截面成等腰三角形，集中力F作用在三角形頂點。梁內各橫截面產生的應力是相等的，表面上任意位置的應變也相等。

用梁式彈性元件製作的力感測器適於測量5,000N以下的載荷，最小可測約0.01N的力。這種感測器結構簡單，加工容易，靈敏度高，常用於小壓力測量中。(b)等強度梁結構簡單，靈敏度高，多用於較小力的測量。以應變或自由端的位移作為輸出量。

實際應用中常採用特殊形狀的梁式彈性元件，如雙孔梁、S形元件等，克服了力的作用點移動或受側向力作用的影響，有效改善了梁的特性，多用於高精度測量，如工業電子稱等。彈性敏感元件的結構與力學特性3）環式彈性敏感元件

圓環受力後較容易變形，因此多用於測量較小的力。為了提高圓環的剛度和抗超載能力，改善非線性，實際應用中常採用變截面圓環。彈性敏感元件的結構與力學特性4）扭轉軸——測量扭矩5）膜片——壓力測量當模片受到壓力時，將彎向壓力低的一面，從而將壓力變換為薄板的位移或應變。扭轉軸專門用於扭距測量彈性敏感元件的結構與力學特性6）薄壁圓筒——壁厚和筒徑之比<1/20結構簡單，剛度好，較大壓力測量多用。彈性敏感元件的結構與力學特性7）彈簧管和波紋管自由端的位移與管內壓力成線性關係。將管內壓力或軸向力轉換為波紋管的形變（拉伸或壓縮）。彈性敏感元件的結構與力學特性彈性