第三章 常用传感器与敏感元件

《第三章 常用传感器与敏感元件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章 常用传感器与敏感元件（81页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、测试技术基础测试技术基础 第三章常用传感器第三章常用传感器 第三章第三章 常用传感器常用传感器3.1 概概 述述 3.2 机械传感器机械传感器3.3 电阻传感器电阻传感器 3.4 电容传感器电容传感器 3.5 电感传感器电感传感器 3.6 磁电传感器磁电传感器 3.7 压电传感器压电传感器 3.8 磁敏传感器磁敏传感器 3.9 传感器选用原则传感器选用原则测试技术基础测试技术基础 第三章常用传感器第三章常用传感器 3.1 概概 述述1. 传感器传感器(Sensor)定义定义传感器是能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换传感器是能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置

2、。通常由成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件敏感元件和和转换元件转换元件组组成成(GB766-87)。 狭义上，狭义上，非电信号非电信号 电信号电信号。在非电量电测系统中的作用在非电量电测系统中的作用:敏感作用敏感作用:感受并拾取被测对象的信号感受并拾取被测对象的信号变换作用变换作用:被测信号转换成易于检测和处理的电信号被测信号转换成易于检测和处理的电信号测试技术基础测试技术基础 第三章常用传感器第三章常用传感器 2. 传感器的分类传感器的分类(1)(1)按被测物理量分类按被测物理量分类位移传感器位移传感器, ,力传感器力传感器, ,温度传感器等温度传感器等. .(2)(2)按传感器的工

3、作原理分类按传感器的工作原理分类机械式机械式, ,电气式电气式, ,光学式光学式, ,流体式等流体式等. .(3)(3)按敏感元件与被测对象之间的能量关系按敏感元件与被测对象之间的能量关系 能量转换型能量转换型: :直接由被测对象输入能量使其工作直接由被测对象输入能量使其工作. . 例如例如: :热电偶温度计热电偶温度计, ,压电式加速度计压电式加速度计. . 能量控制型能量控制型: :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. . 例如例如: :电阻应变片电阻应变片. .测试技术基础测试技术基础 第三章常用传感器第三章常用传感器 工作范围或

4、量程应足够大，具有一定的过载能力工作范围或量程应足够大，具有一定的过载能力 与检测系统匹配性好，转换灵敏度高与检测系统匹配性好，转换灵敏度高 精度适当，稳定性高精度适当，稳定性高 反应速度快，工作可靠性高反应速度快，工作可靠性高 适应性和适用性强适应性和适用性强(4)(4)按信号变换特征分类按信号变换特征分类物性型物性型: :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. . 如如: :水银温度计水银温度计. .结构型结构型: :依靠传感器结构参数的变化实现信号转变依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. . 例如例如: :电容式和电感式传感器

5、电容式和电感式传感器. .3. 传感器的性能要求传感器的性能要求测试技术基础测试技术基础 第三章常用传感器第三章常用传感器 4. 常见的被测物理量常见的被测物理量机械量机械量: 长度，厚度，位移，速度，加速度，旋转角，转数长度，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，流速，流量；质量，重量，力，压力，真空度，力矩，流速，流量；声声: 声压，噪声；声压，噪声；磁磁: 磁通，磁场；磁通，磁场；温度温度: 温度，热量，比热；温度，热量，比热；光：光： 亮度，色彩亮度，色彩 测试技术基础测试技术基础 第三章常用传感器第三章常用传感器 机械式传感器机械式传感器 一类

6、传感器的统称，指只含有机械的转换方一类传感器的统称，指只含有机械的转换方式。式。把机械量转换为另一种机械量的传感把机械量转换为另一种机械量的传感器。（常常以弹性体作为传感器的敏感元器。（常常以弹性体作为传感器的敏感元件）件）优点：结构简单，使用方便，价格低廉。优点：结构简单，使用方便，价格低廉。缺点：固有频率低，可测频带窄，适用于测量缓慢变化或者缺点：固有频率低，可测频带窄，适用于测量缓慢变化或者静态被测量。（为了提高频带，常与其它形式的传感器联合静态被测量。（为了提高频带，常与其它形式的传感器联合运用）运用）3.2 机械式传感器机械式传感器测试技术基础测试技术基础 第三章常用传感器第三章常用

7、传感器 电阻式传感器电阻式传感器 是把被测量转换为是把被测量转换为电阻变化电阻变化的一种传的一种传感器。感器。按工作的原理可分为按工作的原理可分为: : 变阻器式变阻器式 电阻应变式电阻应变式 热敏式热敏式 光敏式光敏式 湿敏式湿敏式 AlR 3.3 电阻式传感器电阻式传感器测试技术基础测试技术基础 第三章常用传感器第三章常用传感器 1EERRxLx R总电阻总电阻; Rx 电刷电阻电刷电阻;AlR 1. 变阻器式传感器变阻器式传感器测试技术基础测试技术基础 第三章常用传感器第三章常用传感器 2.应变式电阻传感器应变式电阻传感器丝式应变片丝式应变片 箔式应变片箔式应变片 AlR 半导体应变片半

8、导体应变片金属应变片金属应变片 丝式、箔式丝式、箔式半导体应变片半导体应变片测试技术基础测试技术基础 第三章常用传感器第三章常用传感器 比例关系比例关系 AlR 应变片受力应变片受力 应变应变 比例关系比例关系 应变片电阻的变化应变片电阻的变化 (1)应变效应应变效应 导体或半导体在外力作用下产生导体或半导体在外力作用下产生机械变形机械变形而引起导体或半而引起导体或半导体的导体的电阻值发生变化电阻值发生变化的物理现象称为的物理现象称为应变效应应变效应。传感元件：电阻应变片，它是一种把被测试件的传感元件：电阻应变片，它是一种把被测试件的应变量应变量转换转换成成电阻变化量电阻变化量的传感元件。的传

9、感元件。测试技术基础测试技术基础 第三章常用传感器第三章常用传感器 AlR (2)工作原理工作原理式中，式中， 导线的电阻率，又称为电阻系数导线的电阻率，又称为电阻系数金属导线的金属导线的应变电阻效应应变电阻效应： 当金属丝由于受到轴向力当金属丝由于受到轴向力P而伸长时，长度增长，截而伸长时，长度增长，截面积减小，其电阻值就增大；反之，如细丝因受压力而面积减小，其电阻值就增大；反之，如细丝因受压力而缩短，即长度变短，截面积变粗时，则电阻就减小。缩短，即长度变短，截面积变粗时，则电阻就减小。测试技术基础测试技术基础 第三章常用传感器第三章常用传感器 应变片受力后，电阻的变化应变片受力后，电阻的变

10、化dR AARRllRRdddd AlR 则则AAlAllARdddd2 两边同除以两边同除以R，同时同时R= l/A，则则AAllRRdddd dl/l = e e 金属导线长度的相对变化，称金属导线长度的相对变化，称纵向应变纵向应变。 d / 导线电阻率的相对变化。导线电阻率的相对变化。 dA/A 导线截面积的相对变化，称为导线截面积的相对变化，称为横向应变横向应变。 测试技术基础测试技术基础 第三章常用传感器第三章常用传感器 对于圆形截面积的导线，若半径为对于圆形截面积的导线，若半径为r，则，则 rrrddAd2)(2 )d(2d22rrrrrAdA 横向应变横向应变dr/r和纵向应变和

11、纵向应变dl/l之比称为泊松比，即之比称为泊松比，即 llrrdd故故 llAAd2d 测试技术基础测试技术基础 第三章常用传感器第三章常用传感器 AAllRRdddd e e E dE为导线材料的弹性模量，为导线材料的弹性模量， 为压阻系数，与材料有关。为压阻系数，与材料有关。则则 llAAd2d 已知已知当导体材料确定后，当导体材料确定后， 、 、E均为常数，则均为常数，则(1+2 + E)为为常数。常数。 e e )21(d2dddEllllRR 灵敏度为：灵敏度为： ES 21应变片电阻的相对变化率应变片电阻的相对变化率dR/R与应变与应变e e之间是线形关系之间是线形关系测试技术基础