工业仪表与工程测试第章传感器

第二章传感器内容：1、参数型传感器：电阻式传感器；电容式传感器；电感式传感器（自感型；互感型）2、发电型传感器：磁电式传感器；压电式传感器；光导纤维传感元件（反射式；吸收式；调制式）4、智能传感器：智能传感器的概念；智能传感器的功能与特点；智能传感器系统。2.1概述传感技术：将观测信息转换为电、光等信号的技术。传感元件：实现机—电、热—电、声—电、机—光、热—光、光—电等信号转换的元件。传感器：将传感元件通过机械结构支承固定，并通过机械电气或其他方法连接起来，将所获信号传输出去的装置。在动态测试中，最常用的传感技术是将被测物理量转换成电输出信号—电信号传感器。线性度好；灵敏度高与灵敏度误差小有较好的重复性和稳定性滞后误差小、漂移小；具有较高的分辨力；动态性能好；被测对象的影响小，即“负载效应”较低。

其它技术要求：抗腐蚀、抗震、抗干扰、耐高温、非接触或远距离测量传感器应具备的技术性能：传感器的类型(Thetypesofsensors)按输入量分类：测力传感器―输入信号为力信号；位移传感器―输入信号为位移信号；温度传感器―被测量为温度。等按输出量分类：就是按照输出何种参量来分类，分为主动型，如发电型传感器；被动型，如电路参量型传感器。便于选择使用便于学习研究电量输出传感器电路参数型发电型：电阻式电容式电感式输出电源性参量如电势、电荷等按工作机理分类结构型：靠结构参数变化实现信号变换

物性型：靠传感器内部的物理、化学性质变化实现传感功能如变极距式电容传感器如光电、热电传感器模拟式(传统式)传感器：以连续变化信号作输出量；数字式传感器：以数字量输出的传感器。智能传感器：带微处理器并兼有监测和信息处理功能2.2参数型传感器电阻式传感器(1)大电阻变化式在输入量变化时，传感器起点阻值可由零变至相当于原电阻值很大百分比的数，甚至可在全部阻值范围内变化。

代表型式：用来测量线位移或角位移的滑线式变阻器，或称电位器。结构特点：电阻材料导线覆以绝缘涂层后排绕而成，在工作表面上磨去绝缘层。弹性导体制成的电刷在工作表面上滑动，随着电刷位移的变化而引起电阻值的变化。将被测物理量转化为电路参数：电阻、电容、电感缺点：分辨率较低测量直线位移的电位计测量应变的电阻应变片测量温度的热敏电阻热线风速计测量流体压力的金属丝压敏传感元件(2)微电阻变化式电阻值变化范围很小，变化范围：原始阻值的百分之几以内。

代表型式：电阻应变式传感元件(电阻应变片)，体积小、动态响应快、测量精度高、使用简便。电阻应变片的结构：电阻丝基片覆盖层基片电阻势丝覆盖股层应变滩电阻样丝胶接在绝范缘薄轻膜材口料基片上。使用盾时，聋将此脆带有绑应变搬电阻抬丝的基片再胶接在被测览应变篇构件上，砌使被测罚应变籍通过深基片院带动护应变覆电阻行丝变切形，割使电纪阻发墓生相定应的刑变化，电究阻的毙变化格值与宫被测鉴构件跨的应接变值陡存在虹一定喊的函猾数关音系，励从而障实现西应变酒到电挽阻的嫂转换残。电阻叮丝在盼长度霞方向骗变形径时，刺其长型度l，截姻面积议F和拔电阻持率ρ均会妙变化法，且粗三者普的变疫化均切会引专起电款阻R的变持化。电阻船丝的逗截面沙是半宗径为迫r的甲圆形切，则导体殊的电阻损率电阻旗丝横资截面植积电阻低丝长设度工作勾原理踪蝶：(2短-3亭)所以电阻辜丝材珍料的辫压阻况系数泊松业比电阻匆丝材河料的四弹性泪模量ε上述掩各式属代入择式(历2-垃3)添得＞＞对于单金属柱材料故被测奇构件意表面钓的打邻磨、吊清洗桑、胶伯层涂狐布、显粘贴理以及币胶层贩固化序等各服工序哀均叨非常骡重要盒!2.千2.锄2套电容发式传时感器(1欣)拿工作伍原理两平破行平积面导妇体间母的电妨容极板拐间介饶质的相对接介电截常数真空尸中的相对津介电这常数两极革板间劳相互她覆盖刃面积极板邻间距链离可做恳成：变极船距型墓，变扒面积在型、孩变介漆电常煌数型定极累板固陷定，洲动极船板随拥被测词位移污而移秧动上、僻下极踩板固携定，援中间令极板钟活动埋。电容您～极顽距→非线慨性关表系为减较小非退线性束误差哗，通刊常该陪传感识器在达极小形测量持范围怠内工诵作，卧使之毯获得肿近似印线性济的特登性。为提队高灵螺敏度鼻和线伸性度密、克堂服某跳些外响界条银件(脱电源云电压食、环涨境温畜度)身变化扬的影库响，佛采用跟差动胖型式弓电容磨传感烤器。优点甲：灵敏雨度零点掀附近滔的线斧性度上、喂下两惰极板委固定摊，中泡间极赛板活倦动。未开兔始测粱量时袄将活恐动极杀板调磨整在膝中间鼠位置刊，二赚边电滚容相网等。测量密时，辨中间震极板楚向左图或右药平移葱，就仔会引呼起电衔容量耽的左丸增右恐减或剥反之雨。两边窝电容爹的差亭值Cl—C2为二眨者之东和2.鸽2.庄3招电感咏式传缠感器将被倘测物鞭理量深如位序移、廊力等圆参量泻转化仓为自验感L膜、互电感M厘变化形式托：自感泉式、兔互感页式、叮涡流影式、胞压磁如式等优点作：输出告功率挪大、译灵敏技度高思、稳桌定性瓜好、唤使用座调整毙方便荒等自感滤式传救感器恢的结挎构和阀工作腰原理缠绕轰在铁翠芯上伪的线摘圈中伟通以屈交变富电流i，产策生磁暂通扔，丘形成五磁通极回路天。磁通晴与电税流的膝关系范：线圈洲匝数比例贩系数导磁奶长度导磁哨面积气隙正宽度磁路闸欧姆们定律萄：磁阻磁动势代入涨上式牌，得柄：磁阻阵的计煮算悲：自感相量L舅是N忘、S列、δ的函膏数，搂若仅依使其述中一吐个参厕量变舌化，装即得齿L与月该参好量的托单值茅函数起关系持，因叠而可骄做成薪各种盯电感释式传怕感器硬。改变怪气隙掠厚度改变别导磁挡面积改变炕有效激线圈榜匝数为提捷高自塞感传捆感元右件的湖精度仪和灵汇敏度妈，增祝大特浮性的嫂线性伐段，千多做慎成差榆动式滔，其掉机械辱部分蹲相当王于两丑个上衬述变狠气隙配厚度皮元件趁的组尺合。2.押2.昆3.宪2延互感协式传懂感器巡寿的结右构和煮工作逃原理结构槽和工习作原缎理与舌变压窑器相趣似，朝故也蓄称变压安器式湿传感届器。原线幸圈副线贺圈它是福将被血测物冲理量汤，如班力、锤位移造等转远换成怎互感籍系数叠的一屈种传哄感器罢。互感咳系数孩是原后、副螺线圈勾的匝份数、博长度益、相腊互位热置，伏以及争整个尘磁路面磁阻鲁等因幕素的刊函数种。变床化其掘中一驶个参科数都周会改禽变互驱感大货小，欲进而民改变兄感应蔬电势尽。测锻量感叔应电拨势的历改变塌可以昆测量龙各个待参数战的变眯化。副线义圈感饱应电然势原线喷圈交原变电辫势原线甚圈自女感原线鄙圈电链阻交变微电流渣角频木率互感答系数2.走3罗发电握型传允感器2.撒3.句1吐磁电菊式传词感器将被守测机喷械量挤转化兽为感缎应电古动势纠，故努又称电动悟力式得传感运器。根亲据电拾磁感闪应定护律，泉匝数尚为N启的线徐圈处妄在变屑化的斗磁场辉中所闻感生冰的电止势e取决坊于穿竖过线鹿圈的崭磁通罢的魄变化培率，钳即有：会磁电糖型、男压电疑型、耀热电喜型和佣光电被型等报。又分县：动胃圈式钱、动坡磁铁拴式和芹变磁请阻式项传感撤器。动圈票式：村测量症直线朵速度动圈桑式：骄测量阀角速刺度动磁艘铁式：测自量直躬线速贝度磁电薯式：测窝量直绣线速反度传感书器的低线圈词处于川永久并磁铁哥所形梨成的胀闭合祖磁路桐工作旋气隙赢中，劝当此怖线圈踢相对阅磁场照作直蜂线运弊动时婚，在掏其上纳所感痰生的是电势留为工作哑气隙辩中的饲磁感衔应强扯度线圈圆运动往方向风相对电于磁温场方榆向的苗夹角线圈君相对着于磁毁场的博运动地线速蜜度线圈蕉的单漆匝长忽度若θ播=9印00，则若B锈、l和N绸已定娘，则尘e与难v基呈单针值函胡数关钥系。乘故可石用输灯出电爽势值绕测量疑线圈百运动忙速度甘―速度印传感轮器。对速密度传捐感器女的输播出积分―反拴映位卷移的容信号怜；对刚速度钢传感裕器的父输出微分―反肉映加疤速度没的信翁号。利用祥此原岛理可跟制成罗两种催实用隆速度向传感饥器：测量舍较长适行程仅的直锡线速叮度传搞感器邀；测量落振动胡速度印的传闻感器摄。两层距线圈摄，线且圈1到绕在喜薄层练绝缘摄材料境圆筒事2上兆，与决外壳锅4固氏结在滴一起君；线位圈3驾绕在霜由铁柜磁材场料制县成的茶内轴点上，售分两群段绕眠制；凑外壳袍4由展铁磁狮材料杯制成平。线圈助1线圈偷3外壳圆筒工作杠原理论：对线害圈l勉通以强直流纺电流室，所纽奉产生贿的磁夹通量猴沿内若轴一幅气隙堆—外贸壳形我成封被闭回颤路。内轴裤与外沫壳相蒸对运猪动时链，两歌边气搬隙中耀的线如圈切王割磁狭力线说而使锐线圈疏中产苍生感说应电擦势，蹈因两吴边气趁隙中秀磁通斥量方阵向相愈反，冲故左恳右两孤边线挪圈所陶产生蜻的感苍应电军势方进向相日反。如作桃反向稻串接乐．则战两边汗的感碎应电芳势相游互相悬加而遭提高耀其灵西敏度博。输出丸感应树电势课与内纲轴和宫外壳册相对持运动禾速度券成正奇比。拳因此贺，可征用输拐出电饭势来禾测量嘴相对跌运动雹速度陵。中心躺细轴型l由直片状在弹簧渣2支搞承在宵外壳它6上爹，可气以作户左右碎直线渴移动绍，轴腾上安思装有迹感应证线圈充4。欢永久传磁铁侄3固剂定在劝外壳辣6上恨，与午外壳师形成踩封闭作回路誓，留响有一既工作部气隙黄。线右圈4活处于躁此工艰作气事隙中相。2.伴3.蛛2匠压电疤式传竭感器2.努3.州2.酱1取工作计原理正压毯电效饭应：沿一扒定方帐向对烤某些陷晶体刺电介冲质材敞料施粥加外秆力使哄之变叶形时持，其来表面婚将产转生电迈荷，迅外力追去除寄后，嘉介质啄表面究又回木到不削带电宰的状需态。逆压斗电效宁应：对电独介质槽表面毙施以捡电场刊，则斑介质邀将产联生机焦械变葱形。压电科效应奔具有匙极性最!若外忠加作材用力术由压嘉力变测为拉宰力，安则介谅质表值面上誓所产母生的茫电荷茎的符队号相售应改记变。压电表材料跨：具有倦压电嫩效应管的材饰料：压电微晶体―天然康的单碰晶体聚，如巨天然悦石英孕晶体冒等；压电趁陶瓷―人工成制造主的多够晶体持，如塔钛酸云钡、吼锆钛谨酸铅讨(简福称P将ZT梯)等丑；压电双薄膜新:用有行机聚送合物幕的铁奸电体样加工劈燕出―具有本柔性胞的薄候膜压烂电材盾料，品常用芬的有血聚偏捐氟乙酷烯(终PV沙F2米)等撇，它构适用枝于特形殊表商面形掩状上转的测睁力处槽，是然一种兄很有记前途奖的压董电材烫料。性能邻稳定肆，机台械性栋能好灵敏承度较住高2.林3.铸2.守2尖压电卧传感筒器两片吊压电哪晶体胜片对榆放(蝇以提俊高传挎感器丝式灵敏玩度)犁。饼被测殖力作侮用在辽弹性叔顶盖宴上，锡直接死传递航到压来电片心上，多压电幕片受妨力变钻形产绵生电崇荷，垮由引可线输尸出。辩所输流出的稍电荷猪大小宇反映拘作用描力的床数值宗。图2斧-1握9赤压爽电力思传感开器内部湿含有定分别鹿敏感带三个贱方向匀力的品压电贼片，排震列(左a)虑所示壳。每一诱方向呼敏感品压电呜片均警为二慰片。为场分别索敏感章三个吧方向置的分欧力，迈三组芦压电俩片利余用了召两种厅不同绩的压深电效蹦应：横向弓或纵枣向压天电效促应：感接受z课方向标正压笑力；剪切怨压电银效应：感巨受x壁和y直方向氏的侧终向压须力。三对柴压电昼片的猾电荷汇输出轧分别猛反映桃三个变方向扔的力落分量净。图2表-2许0狱三向经压电绍力传食感器2.颜4仙光导迎纤维遥传感劫元件定义行及特范点光纤马是用列玻璃轮、石闪英、否塑料穿等光违透射桃率高朝的电怀介质掠制作细的极杠细纤燥维，圾在近抖红外归线至像可见哑光范忘围内峡传输莫损耗她非常膛小，偿是极滴为理蚁想的列传输拆线路做。光导贯纤维洁传送硬信息异的特伍点：低衰疑减、叉柔性蹄好、继信息驻量大拥、频佣带宽过以及犬不受凯外界笨干扰艇、防解水性圆、绝市缘性域、尺晕寸小喇、质围量轻董、节馅省贵哭重金砖属、个成本滩低。2.民4.铁2纸光纤幸结构中心登部分赢(纤谁芯)怠之外迎覆盖慰一层孝折射兰率比粗它稍猎低的身介质慨(包贸层)盾。被测均光在渡光纤脊断面丛的入报射角隐小于量临界夏角时蜂，光听线在龟界面垦上产象生全陷反射导，并讨沿光诊纤轴门向传桌播。图2岩-2是1场光另导纤育维原锦理结姜构2.界4.喉3仆光纤汉传感解器类灿型利用翼光纤织制造佳的传挠感元询件的事类型抬：传输凑型光蛇纤传轨感元烤件：利用谈光纤案的低昨损耗熊传输搏功能认；传感病型光猛纤元冶件：利用伙光纤碧本身基特性纠受被乓测参催数影帐响发隔生变矩化，遇如其电中光静波的杠强度胀、相醋位、写偏振渔面或歉频率违，通朝过测捕量光尊纤中特光波切的这裹些特迅性参财数，捉来感租知被鬼测量耗大小鼠。以俭此原拼理制饥成的羊传感消元件呀为传扛感性固光纤址元件锈。2.乓4.偏4活反射捐式光源案发出浮的光关沿光布纤传储输，著在传玻感元稻件上付有一币反射蓄面将驻此光极束反庭射至像接收柳光纤挠，再窄将之过传输贝至接兴收器种后加蔽以处司理，辆由显照示器箩读出掠读数狐。工作税时，怖传感宾元件瓶的反荒射表坡面角册度随精被测逝参数河变化苍，使圆接收斜光纤窝所接妹受的女光通箭量改光变，惭显示勿器显奶示光映通量瘦变化卸，即旋反映倚出被变测参龟数的轮变化仍。据此构原理凡可做充成反映劈燕位移究变化膏或可透转化贯成位浸移变高化参史数的弃传感锤器。2.仰4.辰5驱吸收防式由光妖源发绘射的姻光经摧敏感盖元件近二次久反射炎后由划接收星光纤毯送到腐接收腹器处巾理后挥作显创示。工作掌时，侮敏感周元件粪材料踪蝶对光史的吸乎收率追随被夺测参辈数变惧化，他而使肃显示觉值发扒生变欠化。用此蛇原理夸制成叨的光暗纤温涉度传搏感器山：用尺半导晃体砷转化钾盈作敏鸟感元革件，俗其光宽吸收否率随宣温度琴而变即化。2.胞4.问6待调制档式光源泥发出害的光双经半栽透明肯反分香光镜刻分光受后，一束由参制考光牙纤传匆输，另一弓束由敏坝感光刮纤传爪输，两束拌光均模送入腐接收诞器，肌经比朽较后秆，显沟示器擦显示颤出其谦差异艘值。参考庭光纤援不发峰生变胞化，致敏感鄙光纤签受被普测参堤数作急用而译产生和传输炎特性律变化欲，使量通过炮光波下的有镇关参宪数(炼光强寄、相竟位、殃偏振元面、座频率中)发识生变协化，主将此敞变化飘的光却波与异末变天化的水参考忽光波鉴相比凑较后印作出慢显示呢，反秤映被卡测参迁量的客数值爬。用此宗原理毛可做士成测量雪压力城、水卷声、尸振动芦、温发度以及妇大电鸡流测侵量的叮传感付器。问题撤：反射肃式、贼吸收劳式和泰调制孤式光功纤传幸感器舞的工秧作原军理有途何不购同？智能患传感含器2.稳5.筝1庭智能巧传感宪器的枝概念传感归器(伐通过喜信号粮调理队电路受)与律微处狸理器持赋予熟足够旬的智磨能结桐合，绑并兼员有信益息检债测与脏信息糠处理狗功能秩的传输感器卵。说明形：不是萍简单杆的将撞传感怜器和杏微处滤理机累集成翅在一漠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