传感器原理和应用教材

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

2、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rdrLdLyx金属丝横向应变金属丝轴向应变LdLrdrrdrSdS2xxdRdR)21 ()21 (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

3、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 KKs，K是通过抽样测定的是通过抽样测定的 ，故称标称，故称标称灵敏系数。灵敏系数。 dRdRx)21 (xEd半导体应变片的灵敏系数 ERdRKxBURRRRRRRRU)(432132410电桥平衡条件为：电桥平衡条件为： R1R4=R2R3一般取一般取 R1= R2= R3= R4=R当当R RR 时，时，U0相应变化相应变化 假设假设 R1= R2= R3= R4 根据参与工根据参与工作的桥臂数作的桥臂数半桥半桥半桥单臂半桥单臂半桥双臂半桥双臂URRU410URRU210全

4、桥全桥URRU0URRSU桥0RRU0022URRRRUZZZZZZZZU)(4321324103241ZZZZjZeZ )(32)(413241jjeZZeZZ3241ZZZZ3241被测物理量被测物理量位移位移振动振动压力压力流量流量比重比重的变化的变化传感器传感器自感系数自感系数 L互感系数互感系数 M的变化的变化电路电路电压电压电流电流1122112iNiM1112MidtdiMetisin1若MIjE112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

5、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，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

6、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 ()(0tRRi，UH模拟式传感器模拟式传感器 其