工程测试技术33

工程测试技术

第三章传感器原理及应用

本章学习要求：了解传感器的分类；掌握常用传感器测量原理；了解测量电路；了结智能传感器的概念；了解典型传感器的应用。工程测试技术本章目录3.1概述（4学时）3.2电阻式传感器3.3电感式传感器（2学时）3.4电容式传感器3.5磁电式传感器3.6压电式传感器3.7热电式传感器（2学时）3.8光电式传感器（2学时）3.9其它类型的传感器3.10传感器的应用工程测试技术传感器分类工程测试技术3.3电感式传感器

电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。

分类:电感式传感器自感型可变磁阻型涡流式互感型电磁感应（Electromagneticinduction）现象是指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势。此电动势称为感应电动势或感生电动势，若将此导体闭合成一回路，则该电动势会驱使电子流动，形成感应电流（感生电流）

工程测试技术3.3.1自感型--可变磁阻式1.原理:电磁感应可变导磁面积型差动型N-线圈匝数μ0-空气的导磁系数A0-导磁截面积工程测试技术2.应用a.电感式接近传感器（金属）

InductiveProximitySensorsb.位移传感器工程测试技术3.3.2涡流式1.原理：涡流效应在导体外面放置线圈，并让线圈通入交变电流，那么线圈就产生交变磁场。由于线圈中间的导体在圆周方向是可以等效成一圈圈的闭合电路，闭合电路中的磁通量在不断发生改变，所以在导体的圆周方向会产生感应电动势和感应电流，电流的方向沿导体的圆周方向转圈，就像一圈圈的漩涡，所以这种在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象。

工程测试技术2.原线圈的等效阻抗Z变化式中：δ-原线圈至导体的距离

ρ-导体的电阻率

μ-导体的导磁率

ω-励磁电流圆频率工程测试技术3.涡流式传感器的应用 涡流式传感器可用于位移、厚度、震动、无损探伤、接近开关等动态非接触测量。工程测试技术案例：无损探伤原理：裂纹，缺陷造成涡流变化。火车轮检测油管检测工程测试技术3.3.3互感型1.工作原理：互感现象WW1W2Esx-xEwEout工程测试技术2.分类单螺管线圈型螺管线圈差动双螺管线圈差动型传感器测量电路~工程测试技术3.差动变压器测量电路工程测试技术差动变压器位移传感器工程测试技术案例一：板的厚度测量

~工程测试技术案例二：张力测量工程测试技术3.4电容式传感器变换原理：将被测量的变化转化为电容量变化两平行极板组成的电容器,它的电容量为:+++

A

δ、A或ε发生变化时，都会引起电容的变化。工程测试技术3.4.1极距δ变化型++++++工程测试技术极距变化型传感器的灵敏度可以看出，灵敏度S与极距的平方成反比，极距越小，灵敏度越高。工程测试技术驻极体电容传声器

采用聚四氟乙烯材料作为振动膜片。这种材料经特殊电处理后，表面永久地驻有极化电荷，取代了电容传声器极板，故名为驻极体电容传声器。特点是体积小、性能优越、使用方便。

工程测试技术3.4.2面积变化型1.角位移型+++工程测试技术平面线位移型工程测试技术柱面线位移型工程测试技术常见产品 液体压力作用在陶瓷膜片的表面，使膜片产生位移。陶瓷电容压力传感器

压力变送器工程测试技术3.4.3介质变化型1.原理工程测试技术2.产品电容式液位传感器（液位计/料位计）工程测试技术电容式接近开关振荡电路被测物体感应电极被测电容 探头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化。接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。工程测试技术3.4.4测量电路1.电桥电路工程测试技术谐振电路工程测试技术运算放大器电路工程测试技术3.5磁电式传感器变换原理：磁电式传感器是在磁场的作用下把被测量的物理量转换为感应电动势的一种转换器。

感应线圈的感应电动势e为磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，改变其中一个因素，都会改变感应电动势。工程测试技术分类磁电式动圈式磁阻式线速度型角速度型N霍尔式工程测试技术3.5.1动圈式传感器1.线速度型工程测试技术2.角速度型测速电机工程测试技术3.5.2霍尔元件

金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。UH-霍尔电压RH-霍尔系数I-工作电流B-磁感应强度f(L/b)-几何修正因子工程测试技术霍尔元件的组成 霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图示。工程测试技术霍尔元件的应用工程测试技术测转角工程测试技术电流传感器 当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，磁场大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测。

工程测试技术叶片和齿轮位置传感器工程测试技术汽车速度测量工程测试技术3.6压电式传感器1.变换原理：压电效应+串联+并联某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。F+q=DF工程测试技术测量电