机械工程测试技术常用传感器与敏感元件

机械工程测试技术常用传感器与敏感元件汇报人：AA2024-01-31目录CONTENTS传感器与敏感元件概述常用传感器类型及原理敏感元件类型及原理传感器与敏感元件性能指标传感器与敏感元件选型与应用传感器与敏感元件校准与调试01传感器与敏感元件概述CHAPTER传感器定义01传感器是一种能将感受到的被测量信息转换成可输出信号的器件或装置。敏感元件定义02敏感元件是指能直接感受或响应被测量的部分，如热敏电阻、光敏电阻等。作用03传感器和敏感元件在机械工程测试技术中起着至关重要的作用，它们能够将被测量转换为易于处理和传输的信号，从而实现对机械系统的监测和控制。定义与作用传感器分类根据工作原理，传感器可分为电阻式、电容式、电感式、压电式、磁电式、光电式、热电式、气电式等；根据输出信号性质，可分为模拟传感器和数字传感器。敏感元件分类敏感元件可根据其敏感功能进行分类，如热敏元件、光敏元件、力敏元件、磁敏元件、气敏元件、湿敏元件等。传感器与敏感元件分类随着科技的不断发展，传感器和敏感元件正朝着微型化、智能化、多功能化、网络化等方向发展。同时，新材料、新工艺的应用也推动了传感器和敏感元件性能的提升。发展趋势传感器和敏感元件广泛应用于机械工程、航空航天、汽车制造、环境监测、医疗卫生等领域。例如，在机械工程中，压力传感器、温度传感器、位移传感器等被广泛应用于各种机械设备的监测和控制中。应用领域发展趋势及应用领域02常用传感器类型及原理CHAPTER工作原理应用领域优点缺点电阻式传感器电阻式传感器利用导体或半导体的电阻值随机械变形、温度等参数变化而变化的特性进行测量。结构简单、性能稳定、可靠性高。广泛应用于测量压力、位移、应变、温度等非电量参数。对于大应变和高精度的测量，电阻值的变化可能不够敏感。工作原理应用领域优点缺点电容式传感器01020304电容式传感器利用电容器极板间距离或介电常数的变化来测量机械量。常用于测量位移、振动、压力、加速度等参数。灵敏度高、动态响应好、结构简单。受温度、湿度等环境因素影响较大，需要进行相应的补偿和校正。电感式传感器利用线圈自感或互感系数的变化来测量机械量。工作原理常用于测量位移、振动、转速等参数。应用领域非接触式测量、分辨率高、线性度好。优点对于非金属材料的测量，灵敏度可能较低。缺点电感式传感器压电式传感器利用压电材料的压电效应，将机械能转换为电能进行测量。工作原理应用领域优点缺点常用于测量动态力、加速度、压力等参数。灵敏度高、频率响应宽、结构简单。需要外部电源供电，且易受电磁干扰影响。压电式传感器磁电式传感器利用磁场变化产生感应电动势的原理进行测量。工作原理常用于测量转速、角速度、流量等参数。应用领域无需外部电源、输出信号大、抗干扰能力强。优点对于静态或缓慢变化的磁场，感应电动势可能较小，导致测量精度降低。缺点磁电式传感器03敏感元件类型及原理CHAPTER利用导体或半导体的电阻值随温度变化的特性来测量温度。热电阻热电偶热敏电阻基于热电效应原理，将温度转换成电势差进行测量的元件。一种半导体电阻器件，其电阻值随温度显著变化，用于温度测量和控制。030201热敏元件光敏电阻利用半导体的光电导效应，将光信号转换为电信号进行测量的元件。光电二极管能将光信号转换成电信号的半导体器件，具有灵敏度高、响应速度快等特点。光电三极管在光电二极管的基础上增加了放大功能，提高了光信号的检测灵敏度。光敏元件030201

气敏元件半导体气敏元件利用半导体材料吸附气体后电阻率发生变化的特性来检测气体成分和浓度。固体电解质气敏元件利用固体电解质材料的离子导电性随气体浓度变化而变化的特性来检测气体。接触燃烧式气敏元件通过检测可燃性气体燃烧时产生的热量来检测气体浓度。将力或压力转换为电阻值变化的敏感元件，广泛应用于各种力学量测量。电阻应变片利用压电材料的压电效应，将力或压力转换为电信号进行测量的元件。压电元件通过测量受力后电容值的变化来检测力或压力的大小。电容式力敏元件力敏元件电容式湿敏元件利用高分子薄膜吸湿后介电常数发生变化的特性来测量湿度。电阻式湿敏元件利用吸湿膜片随湿度变化而改变其电阻值的特性来测量湿度。光电式湿敏元件通过测量因湿度变化而引起的光强度变化来检测湿度的大小。湿敏元件04传感器与敏感元件性能指标CHAPTER指传感器或敏感元件输出量变化与输入量变化之间的比值，它反映了被测量变化时传感器或敏感元件的响应能力。指传感器或敏感元件能检测到的最小输入量变化，即被测量的最小变化量。分辨率越高，传感器或敏感元件对微小变化的检测能力越强。灵敏度与分辨率分辨率灵敏度线性度指传感器或敏感元件输出量与输入量之间的实际关系曲线与理论直线之间的最大偏差程度。线性度越好，传感器或敏感元件的输出越接近理论值。迟滞性指传感器或敏感元件在输入量由小到大（正行程）及由大到小（反行程）变化期间，其输入输出特性曲线不重合的程度。迟滞性越小，传感器或敏感元件的重复性越好。线性度与迟滞性稳定性与可靠性稳定性指传感器或敏感元件在长时间工作过程中，其性能保持不变的能力。稳定性越好，传感器或敏感元件的使用寿命越长。可靠性指传感器或敏感元件在规定的条件下和规定的时间内，能够完成规定功能的能力。可靠性越高，传感器或敏感元件的故障率越低。指传感器或敏感元件在受到外部干扰（如电磁干扰、机械振动等）时，仍能保持正常工作的能力。抗干扰能力越强，传感器或敏感元件的工作稳定性越好。抗干扰能力指传感器或敏感元件对不同工作环境（如温度、湿度、气压等）的适应能力。环境适应性越好，传感器或敏感元件的应用范围越广。环境适应性抗干扰能力及环境适应性05传感器与敏感元件选型与应用CHAPTERABCD选型原则及注意事项测量需求与传感器性能匹配根据测量目的、测量范围、测量精度等需求，选择具有合适性能的传感器。可靠性与稳定性要求优先选择经过长期实践验证、性能稳定可靠的传感器产品。环境适应性考虑针对工作环境中的温度、湿度、压力、振动等因素，选择具有相应适应性的传感器。成本与性价比综合评估在满足性能需求的前提下，进行成本效益分析，选择性价比较高的传感器。压力测量广泛应用于液压、气动系统中的压力监测与控制，以及石油、天然气等行业的压力测量。速度与加速度测量适用于汽车、航空航天、轨道交通等领域的速度与加速度监测。位移测量适用于机械加工、自动化设备中的位移监测与控制，如数控机床、机器人等。温度测量适用于各种工业环境中的温度监测与控制，如冶金、化工、电力等领域。常见应用场景分析案例一在电力系统中，利用温度传感器监测变压器油温，及时发现并处理潜在故障。案例二案例三案例四在石油钻井平台中，采用压力传感器实时监测井口压力，确保钻井作业安全。在航空航天领域，利用速度与加速度传感器监测飞行器的飞行状态，确保飞行安全。在汽车制造过程中，采用位移传感器监测车身焊接变形量，保证焊接质量。实际应用案例分享06传感器与敏感元件校准与调试CHAPTER123通过比较传感器输出与已知输入量之间的关系，对传感器进行校准。包括零点校准和量程校准。静态校准在动态条件下对传感器进行校准，以检查其动态响应特性。通常使用标准信号发生器或振动台等设备。动态校准利用计算机和校准软件，通过自动测试系统对传感器进行校准，提高校准效率和准确性。自动校准校准方法与步骤调试前准备检查传感器和敏感元件的完好性，确保其符合设计要求；准备好调试所需的设备和工具。调试后检查调试完成后，对传感器和敏感元件的性能指标进行全面检查，确保其满足使用要求。调试过程按照调试方案逐步进行调试，注意观察传感器和敏感元件的输出变化，及时调整相关参数。注意事项在调试过程中，应注意安全操作，避免对传感器和敏感元件造成损坏；调试完成后，应及时整理调试记录和资料。调试技巧及注意事项故障诊断与排除方法故障诊断通过观察、听声、