传感器的分类与原理

传感器的分类与原理第一页，共三十五页，2022年，8月28日1、传感器的概念传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。第二页，共三十五页，2022年，8月28日机械系统中常见的物理量几何量—长度、角度、表面几何形状机械量—振动（速度、加速度、位移）、力、

压力、力矩、扭矩、功率、质量、硬度热工量—温度、温度场、湿度、流量光学量—照度、光学参数（焦距、透光率）电磁量—电压、电流、电势、磁场强度第三页，共三十五页，2022年，8月28日测试技术的方法（以测力为例）第四页，共三十五页，2022年，8月28日2、传感器的分类分类方法

说

明

举

例

按输入量分类传感器以被测物理量分类，也即按用途分类，便于用户选择。

位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器等

按工作原理分类（变换原理）传感器以工作原理命名，便于生产厂家专业生产。

应变式、电容式、电感式、压电式、热电式等

按物理现象分类（信号变换特征）

结构型

传感器依赖其结构参数变化实现信息转换

电容式传感器：利用电容极板间隙或面积的变化

C物性型

传感器依赖其敏感元件物理特性的变化实现信息转换

压电式传感器：压电效应，力电荷热电偶：热电效应

按能量关系分类

能量控制型由外部供给传感器能量，而由被测量来控制输出的能量电容传感器：需外部供电，使x(t)C电流或电压

能量转换型传感器直接将被测量的能量转换为输出量的能量温度计：吸收被测物的能量磁电式：线圈切割磁力线感应电势

按输出信号分类

模拟式

输出量为模拟量

数字式

输出量为数字量

第五页，共三十五页，2022年，8月28日3、传感器的原理及组成第六页，共三十五页，2022年，8月28日3、传感器的原理传感器感受被测物理量并把它变换为便于传输处理的电信号。它是整个测试系统实现测试和自动控制的首要的、关键的环节。中间电路将传感器输出的微弱电信号进行再次变换、放大、衰减、滤波、调制和解调等，使它们成为便于显示、记录或进行数据处理的信号。显示与记录器将中间变换与测量电路送来的电压或电流信号不失真地显示和记录出来。驱动装置产生人为驱动信号，是被测对象处于人为的工作状态下，把内部特性表现得更明显。标定装置产生标准输入以便用实验的方法来得到被测量与显示记录之间准确地量的关系。第七页，共三十五页，2022年，8月28日以测量汽车油箱中汽油液位的装置为例第八页，共三十五页，2022年，8月28日4、公司涉及的传感器4.1、压力传感器4.2、压差液位计4.3、雷达液位计4.4、温度传感器4.5、流量计4.6、音叉开关第九页，共三十五页，2022年，8月28日4.1、压力传感器第十页，共三十五页，2022年，8月28日压力传感器的金属膜片工作压力使膈膜密封膜片产生偏移，并通过填充液把压力送到传感器膜片上，该膜片产生的形变再通过填充液把压力传送到电桥上，与压力相关的桥路输出电压的变化被测量并进一步处理。第十一页，共三十五页，2022年，8月28日压力传感器测液位的原理第十二页，共三十五页，2022年，8月28日温度对于零点的影响第十三页，共三十五页，2022年，8月28日双压力测液位的测量原理第十四页，共三十五页，2022年，8月28日4.2、压差液位计第十五页，共三十五页，2022年，8月28日D=CT/2式中：D—雷达液位计到液面的距离C—光速T——电磁波运行时间因空罐的距离E已知，则物位L为：L=E-D4.3、雷达液位计第十六页，共三十五页，2022年，8月28日任何雷达物位计的测量都要求有足够的反射信号.以下因素将影响反射信号强度:1) 测量距离.距离越大,信号越弱2) 表面状态.动荡不稳定的表面将降低反射雷达波的强度.3) 介电常数.介电常数越大,反射越强大.4) 泡沫.

5)天线尺寸.天线尺寸越大,将得到越窄的雷达波束角和更集中的雷达波能量6) 天线上的积垢灰尘.雷达液位计精度影响因素第十七页，共三十五页，2022年，8月28日4.4、温度传感器测量原理-TR10铂热电阻铂热电阻的特点是精度高、稳定性好、性能可靠,所以在温度传感器中得到了广泛应用。按IEC标准,铂热电阻的使用温度范围为-200~+850℃。铂热电阻的特性方程为在-200~0℃的温度范围内:Rt=R0［1+At+Bt2+Ct3(t-100)］在0~850℃的温度范围内:Rt=R0(1+At+Bt2)第十八页，共三十五页，2022年，8月28日温度传感器安装要求第十九页，共三十五页，2022年，8月28日4.5、流量计4.5.1、电磁流量计4.5.2、涡街流量计4.5.3、涡轮流量计4.5.4、质量流量计第二十页，共三十五页，2022年，8月28日4.5.1电磁式流量计Electromagneticflowmeter测量原理当导电流体流过磁极之间的绝缘管道时，相当于长度为管道内径的导体以流速v移动切割磁力线，则在导电流体中必然会产生电动势，其大小为：其中：K——与磁场分布及轴向长度有关的系数；B——磁感应强度；V——导电液体平均流速；D——电极间距（测量管内直径）；第二十一页，共三十五页，2022年，8月28日

电动势E的方向为，大小与流量成正比。在管道的电场E方向两点加上电极（石墨等耐腐蚀材料），将电动势引出测量，就可以得到流速v，乘以管道截面积得流量（流量计上的微电脑芯片自动计算显示和上传）：第二十二页，共三十五页，2022年，8月28日电磁式流量计的使用优点：不受其他因素影响，测量范围宽，可测强腐蚀、含杂质流体。无压降损失。电磁流量计的结构第二十三页，共三十五页，2022年，8月28日安装方式第二十四页，共三十五页，2022年，8月28日4.5.2涡街式流量计Vortexstreetflowmeter

测量原理在流量计管道中，设一滞流件，流体流经滞流件时，下游会产生两列不对称的旋涡，在滞流件的侧后方分开，形成卡门（Karman）旋涡列——卡门涡街，旋涡产生的频率f与流量计管道中流体流速υ的关系为：滞流件漩涡是低压区，用压电式传感器检测出压力脉冲的频率d——柱形滞流件的直径（迎流宽度）s——无量纲常数，称为Strouhal数，与流体流动状态的雷诺数Re有关。第二十五页，共三十五页，2022年，8月28日

风大电线声尖锐。汽车后面因卡门涡街而必须关窗。用压电等传感器测出漩涡的振动，上传给频率电压转换电路。直接用微电脑计数，测频率（不转换）更准确。优点：简单、准确，阻力小、寿命长。

对于一种固定的滞流件，卡门涡街得频率与流速一一对应，电脑用查表或解析算法就能算出流速v。第二十六页，共三十五页，2022年，8月28日涡街流量计安装注意事项第二十七页，共三十五页，2022年，8月28日涡街流量计安装注意事项补偿测量点的安装冷热介质的保温第二十八页，共三十五页，2022年，8月28日4.5.3涡轮流量计TurbineFlowmeter测量原理在流体作用下，叶轮受力旋转，转速与平均流速成正比，叶轮转动周期改变磁电转换器的磁阻。检测线圈中磁通随之发生周期性变化，产生周期性感应电势，即电脉冲信号，经放大器放大后，送至显示仪表显示。TUF的实用流量方程为：qv=f/K

f－流量计输出信号的频率，Hz；K－流量计的仪表系数，P/m3。第二十九页，共三十五页，2022年，8月28日涡轮流量计安装注意事项1、对直管段的要求前5后32、介质应该满管3、垂直安装尽量水由下向上4、水流相对较稳，无脉冲第三十页，共三十五页，2022年，8月28日4.5.4质量流量计测量原理–质量流量计中的科里奥利力第三十一页，共三十五页，2022年，8月28日第三十二页，共三十五页，2022年，8月28日质量流量计的安装方式理想安装方式第三十三页，共三十五页，2022年，8月28日5、传感器的误差与校准-误差来源人为疏忽气流辐射噪声尘埃仪器环境观察温度归零负载水平磨耗混用干扰振动压力湿度记忆力