测试技术第三章

第三章本章内容

常用传感器

1. 传感器的分类和选用原则； 2. 几种常用传感器(电阻传感器、电容传感器、电感传感器、压 电传感器等)的工作原理、用途和特点； 3. 部分传感器的后接电路； 本章要求 了解传感器的分类；掌握常用传感器的工作原理、用途和特点； 了解传感器的后接电路和新型传感器的基本知识。 本章重点

几种常用传感器的工作原理、用途、特点。机械工程测试技术基础 http://www.77cn.com.cn 郑州大学机械工程学院

第三章

常用传感器

§ 3.1 传感器概述 § 3.2 电阻式传感器

§ 3.3 电容式传感器§ 3.4 电感式传感器

§ 3.5 压电式传感器§ 3.6 磁电式传感器

§ 3.7 新型传感器http://www.77cn.com.cn 郑州大学机械工程学院

机械工程测试技术基础

§ 3.1 概述传感器是测试系统中的第一级，是感受和拾取 被测信号的装置 。 在现代生活和生产及科学试验中，有大量的、各种各样的传感器 在各种系统中得到应用。下图中的麦克风是将声音这种物理量转 换成相应电信号的装置，而彩色电视机中的光电二极管则是将遥 控器发出的红外线这种物理量检测并变换成器件通断电信号以控 制相应的装置，它们是日常生活中常见的传感器的例子。

机械工程测试技术基础

http://www.77cn.com.cn

郑州大学机械工程学院

3.1 概述1. 传感器定义传感器是直接作用于被测量、并能按一定规律 将其转化为同种或别种量值输出的器件。 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。尺寸、位移、 温度、力等 电压、电流、 频率、脉冲等

物理量

传感器

电量

传感器处于测试装置的输入端，其性能将直接影响着 整个测试装置的工作质量。机械工程测试技术基础 http://www.77cn.com.cn 郑州大学机械工程学院

2. 传感器的构成传感器一般由敏感器件与辅助器件组成。 敏感器件是传感器的核心，它的作用是直接感受被测物理 量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输 出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。

d V

机械工程测试技术基础

http://www.77cn.com.cn

郑州大学机械工程学院

3. 传感器的分类(1)按被测物理量分类:这种分类方法对使用者是方便的， 但由于这种分类方法把用途相同而 位移,力,温度,流量等.变换原理不同的传感器分为一类， 对研究和学习是不方便的。例如同 (2)按工作的物理基础分类: 是测量加速度用的传感器，可利用 各种变换原理和不同的传感元件组 机械式,电气式,光学式 ,流体式等. 成，有应变式、电容式、电感式和 压

电式加速度传感器等。因此，要 (3)按信号变换特征: 研究一种用途的传感器，必须研究 物性型,结构型. 多种传感元件和传感机理。

(4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系:能量转换型和能量控制型.机械工程测试技术基础 http://www.77cn.com.cn 郑州大学机械工程学院

A 物性型与结构型传感器 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. 例如:水银温度计,压电测力计等. 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等.

B 能量转换型和能量控制型传感器 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,压电式加速度计等. 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，电容式传感器等.机械工程测试技术基础 http://www.77cn.com.cn 郑州大学机械工程学院

§ 3.2

电阻式传感器

电阻式传感器是一种把被测量转换为电阻变化 的传感器。按其工作原理分为变阻器式和电阻应变式两类。 一、变阻器式传感器 1.变阻式传感器的工作原理及分类 变阻式传感器又称为电位器式传感器，由线圈、骨架及电 刷三部分组成。根据 R=ρ x/A ,其灵敏度S=ρ /A=常值。 常用的变阻器式传感器有直线位移型、角位移型和非线性型等

机械工程测试技术基础

http://www.77cn.com.cn

郑州大学机械工程学院

2. 变阻器式传感器特点应用

优点：

①结构简单，尺寸小，重量轻，价格低廉且性能稳定， 线性度好；②受环境因素(如温度、湿度、电磁场干 扰等)影响小；③可以实现输入-输出间任意函数关 系； 由于电阻丝直径限制，分辨率不高。且电刷与线圈之

缺点：

间存在干摩擦，不仅容易磨损，影响到使用寿命、降低可靠性和测量精度，而且要求输入能量大。

应用： 综上所述，此类传感器适用于对精度要求不高、动作不太频繁的较大线位移和角位移的测量。机械工程测试技术基础 http://www.77cn.com.cn 郑州大学机械工程学院

二、电阻应变式传感器(-)概述电阻应变式传感器又称电阻应变计，其敏感元件是电阻应变片， 应变片是在用苯酚、环氧树脂等绝缘材料浸泡过的玻璃基板上，粘贴 直径为0.025mm左右的金属丝或金属箔制成，如图所示。敏感元件也 叫敏感栅。 根据其材料不同，应变片可分为：金属电阻应变片和半导体电阻 应变片两大类。

金属电阻应变片机械工程测试技术基础 http://www.77cn.com.cn

半导体应变片郑州大学机械工程学院

(二)、工作原理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。

机械工程测试技术基础

http://www.77cn.com.cn

郑州大学机械工程学院

(二)、工作原理电阻应变效应：设金属应变片金属丝的长度为L,截 面积为A、半径为r、电阻率为ρ ,则金属丝的初始 电阻R可表示为： R l l 2 A r 当电阻丝受到拉力F 作用时， 将伸长Δl,横截面积相应减小 ΔA,电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了dρ,从而引 起电阻值相对变化量为 ： R dR dl dA d dl 2dr d R R l A l r

式中：

dl l

——电阻丝轴向相对变形，称纵向应变； ——电阻丝材料的泊松比；

dr dl ——电阻丝径向相对变形，称横向应变； r l

μ

dρ/ρ= λEε λ E机械工程测试技术基础

——电阻率相对变化； ——电阻材料的压阻系数； ——电阻材料的弹性模量。http://www.77cn.com.cn 郑州大学机械工程学院

得：ΔR/R=(1+2μ+ λE )ε =S0ε R R 1 2 E S0

式中：S0 ——单位应变引起的电阻值变化，称为金属单丝的灵敏系数。 1+2μ——金属丝受力后材料几何形状的变化引起的电阻相对变化； λE——材料电阻率ρ发生变化引起的电阻相对变化。 材料确定，则μ、λ、E均为常数 ，则应变片电阻的相对变化率ΔR/R 与ε成线性关系。 1、对金属材料来说，电阻的变化与上述两因素有关，但以前者为主。 即： S0≈ 1+2μ 。其灵敏度取值一般为1.7~5.6。 2、对于半导体材料，因半导体应变片是利用压阻效应进行工作的，由 于其压阻系数λ 及弹性模量E都比较大，所以其灵敏度主要取决于 λ E 项。而其几何变形引起的电阻的变化则很小，可忽略。即S0≈λ E,其 灵敏度取值一般为60~170。机械工程测试技术基础 http://www.77cn.com.cn 郑州大学机械工程学院

(三)金属电阻应变片的结构及参数常见的 …… 此处隐藏：2612字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……