传感器测量原理

传感器测量原理第一页，共37页。第三章、传感器测量原理3.1概述1.传感器定义

传感器是借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的装置。

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。第二页，共37页。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。3.1概述dV第三页，共37页。3.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,

压力,真空度,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，色彩第四页，共37页。3.1概述机械式,电气式,光学式,流体式等.2)按工作的物理基础分类:第五页，共37页。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.第六页，共37页。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.第七页，共37页。3.2电阻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:变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式.1变阻器式传感器第三章、传感器测量原理第八页，共37页。等效电路分析:xL3.2电阻式传感器L-变阻器总长;x-电刷移动量.R-总电阻;RL电刷电阻;R=K*ll=R/KEE1Lx=RRL=EE1x=L*E1/E第九页，共37页。3.2电阻式传感器x=L*E1/E=K*E10LEE1x第十页，共37页。3.2电阻式传感器EE1VRmRxR-Rx1EE1=xLRmR+Lx()-第十一页，共37页。3.2电阻式传感器负载效应1EE1=xLRmR+Lx()-[]0LE第十二页，共37页。(2)变阻器式传感器的性能参数:1)线性(或曲线的一致性);4)移动或旋转角度范围;2)分辨率;5)电阻温度系数;3)整个电阻值的偏差;6)寿命;(3)变阻器式传感器的分类3.2电阻式传感器按测量类型：单圈电位器多圈电位器直线滑动式电位器第十三页，共37页。3.2电阻式传感器按制作方式：线绕电位器导电塑料电位器普通塑料基底导电材料粉第十四页，共37页。变阻器式传感器产品3.2电阻式传感器第十五页，共37页。案例：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->电阻第十六页，共37页。案例：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

->电阻第十七页，共37页。案例：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

->电阻第十八页，共37页。2电阻应变式传感器--应变片

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)的变化而发生变化象。3.2电阻式传感器第十九页，共37页。1)工作原理上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数3.2电阻式传感器金属应变片的电阻R为代入第二十页，共37页。3.2电阻式传感器有：金属丝：金属丝体积不变：第二十一页，共37页。3.2电阻式传感器有：对金属材料，导电率不变：金属丝应变片：第二十二页，共37页。应变计3.2电阻式传感器金属应变计第二十三页，共37页。3.2电阻式传感器半导体应变计简化为：优点：灵敏度大;体积小;缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。第二十四页，共37页。3)应变片的主要参数

4）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。

3.2电阻式传感器1）几何参数：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用

b×L表示。2）电阻值：应变计的原始电阻值。3）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。第二十五页，共37页。3.2电阻式传感器3)应变片测量电路VER1R2R3R4第二十六页，共37页。3.2电阻式传感器令：金属丝应变片：V与应变成线形关系，可以用电桥测量电压测量应变第二十七页，共37页。3.2电阻式传感器电阻应变片的选择、粘贴技术

1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。2.用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一电桥中各应变片之间阻值相差不得大于0.5欧姆.3.试件表面处理：贴片处置用细纱纸打磨干净，用酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。4.应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴502胶水，轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。第二十八页，共37页。3.2电阻式传感器5.焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。6.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应大于500M欧。7.应变片保护：用704硅橡胶覆于应变片上，防止受潮。第二十九页，共37页。3.2电阻式传感器电阻应变式传感器的应用：测力第三十页，共37页。3.2电阻式传感器标准产品第三十一页，共37页。案例：桥梁固有频率测量3.2电阻式传感器第三十二页，共37页。案例：电子称原理将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。3.2电阻式传感器第三十三页，共37页。案例：冲床生产记数和生产