传感器的分类与原理.ppt
传感器的分类与原理介绍传感器的分类与原理介绍传感器的分类与原理介绍目录1、传感器的概念2、传感器的分类3、传感器的原理及组成4、公司涉及的传感器5、传感器的误差与校准1、传感器的概念传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。机械系统中常见的物理量机械系统中常见的物理量机械系统中常见的物理量机械系统中常见的物理量几何量几何量几何量几何量长度、角度、表面几何形状长度、角度、表面几何形状长度、角度、表面几何形状长度、角度、表面几何形状机械量机械量机械量机械量振动（振动（振动（振动（速度、加速度、位移）速度、加速度、位移）速度、加速度、位移）速度、加速度、位移）、力、力、力、力、压力、压力、压力、压力、力矩、扭矩、功率、力矩、扭矩、功率、力矩、扭矩、功率、力矩、扭矩、功率、质量、硬度质量、硬度质量、硬度质量、硬度热工量热工量热工量热工量温度、温度场、湿度、流量温度、温度场、湿度、流量温度、温度场、湿度、流量温度、温度场、湿度、流量光学量光学量光学量光学量照度、光学参数（焦距、透光率）照度、光学参数（焦距、透光率）照度、光学参数（焦距、透光率）照度、光学参数（焦距、透光率）电磁量电磁量电磁量电磁量电压、电流、电势、磁场强度电压、电流、电势、磁场强度电压、电流、电势、磁场强度电压、电流、电势、磁场强度测试技术的方法（以测力为例）测试技术的方法（以测力为例）测试技术的方法（以测力为例）测试技术的方法（以测力为例）2、传感器的分类分类方法分类方法分类方法分类方法 说说说说 明明明明 举举举举 例例例例 按输入量分类按输入量分类按输入量分类按输入量分类传感器以被测物理量分类，也即按传感器以被测物理量分类，也即按传感器以被测物理量分类，也即按传感器以被测物理量分类，也即按用途分类，便于用户选择。用途分类，便于用户选择。用途分类，便于用户选择。用途分类，便于用户选择。位移传感器、速度传感器、温度传位移传感器、速度传感器、温度传位移传感器、速度传感器、温度传位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器等感器、压力传感器等感器、压力传感器等感器、压力传感器等 按工作原理分类按工作原理分类按工作原理分类按工作原理分类（变换原理）（变换原理）（变换原理）（变换原理）传感器以工作原理命名，传感器以工作原理命名，传感器以工作原理命名，传感器以工作原理命名，便于生产厂家专业生产。便于生产厂家专业生产。便于生产厂家专业生产。便于生产厂家专业生产。应变式、电容式、电感式、压电式、应变式、电容式、电感式、压电式、应变式、电容式、电感式、压电式、应变式、电容式、电感式、压电式、热电式等热电式等热电式等热电式等 按物理现象分按物理现象分按物理现象分按物理现象分类（信号变换类（信号变换类（信号变换类（信号变换特征）特征）特征）特征）结构型结构型结构型结构型 传感器依赖其结构参数变化实现信传感器依赖其结构参数变化实现信传感器依赖其结构参数变化实现信传感器依赖其结构参数变化实现信息转换息转换息转换息转换 电容式传感器：利用电容极板间隙电容式传感器：利用电容极板间隙电容式传感器：利用电容极板间隙电容式传感器：利用电容极板间隙或面积的变化或面积的变化或面积的变化或面积的变化 C C 物性型物性型物性型物性型 传感器依赖其敏感元件物理特性的传感器依赖其敏感元件物理特性的传感器依赖其敏感元件物理特性的传感器依赖其敏感元件物理特性的变化实现信息转换变化实现信息转换变化实现信息转换变化实现信息转换 压压压压电电电电式式式式传传传传感感感感器器器器：压压压压电电电电效效效效应应应应，力力力力电电电电荷荷荷荷热电偶：热电效应热电偶：热电效应热电偶：热电效应热电偶：热电效应 按能量关系分按能量关系分按能量关系分按能量关系分类类类类 能量能量能量能量控制型控制型控制型控制型由外部供给传感器能量，而由被测由外部供给传感器能量，而由被测由外部供给传感器能量，而由被测由外部供给传感器能量，而由被测量来控制输出的能量量来控制输出的能量量来控制输出的能量量来控制输出的能量电容传感器：需外部供电，使电容传感器：需外部供电，使电容传感器：需外部供电，使电容传感器：需外部供电，使x(t)x(t)C C电流或电压电流或电压电流或电压电流或电压 能量能量能量能量转换型转换型转换型转换型传感器直接将被测量的能量转换为传感器直接将被测量的能量转换为传感器直接将被测量的能量转换为传感器直接将被测量的能量转换为输出量的能量输出量的能量输出量的能量输出量的能量温度计：吸收被测物的能量温度计：吸收被测物的能量温度计：吸收被测物的能量温度计：吸收被测物的能量磁电式：线圈切割磁力线磁电式：线圈切割磁力线磁电式：线圈切割磁力线磁电式：线圈切割磁力线感应电感应电感应电感应电势势势势 按输出信号分按输出信号分按输出信号分按输出信号分类类类类 模拟式模拟式模拟式模拟式 输出量为模拟量输出量为模拟量输出量为模拟量输出量为模拟量 数字式数字式数字式数字式 输出量为数字量输出量为数字量输出量为数字量输出量为数字量 3、传感器的原理及组成3、传感器的原理1.1.传感器传感器传感器传感器 感受被测物理量并把它变换为便于传输处理的电信号。感受被测物理量并把它变换为便于传输处理的电信号。感受被测物理量并把它变换为便于传输处理的电信号。感受被测物理量并把它变换为便于传输处理的电信号。它是整个测试系统实现测试和自动控制的首要的、关键的环节。它是整个测试系统实现测试和自动控制的首要的、关键的环节。它是整个测试系统实现测试和自动控制的首要的、关键的环节。它是整个测试系统实现测试和自动控制的首要的、关键的环节。2.2.中间电路中间电路中间电路中间电路 将传感器输出的微弱电信号进行再次变换、放大、衰减、将传感器输出的微弱电信号进行再次变换、放大、衰减、将传感器输出的微弱电信号进行再次变换、放大、衰减、将传感器输出的微弱电信号进行再次变换、放大、衰减、滤波、调制和解调等，使它们成为便于显示、记录或进行数据处理的信滤波、调制和解调等，使它们成为便于显示、记录或进行数据处理的信滤波、调制和解调等，使它们成为便于显示、记录或进行数据处理的信滤波、调制和解调等，使它们成为便于显示、记录或进行数据处理的信号。号。号。号。3.3.显示与记录器显示与记录器显示与记录器显示与记录器 将中间变换与测量电路送来的电压或电流信号不失将中间变换与测量电路送来的电压或电流信号不失将中间变换与测量电路送来的电压或电流信号不失将中间变换与测量电路送来的电压或电流信号不失真地显示和记录出来。真地显示和记录出来。真地显示和记录出来。真地显示和记录出来。4.4.驱驱驱驱动装置动装置动装置动装置 产生人为驱动信号，是被测对象处于人为的工作状态下，产生人为驱动信号，是被测对象处于人为的工作状态下，产生人为驱动信号，是被测对象处于人为的工作状态下，产生人为驱动信号，是被测对象处于人为的工作状态下，把内部特性表现得更明显。把内部特性表现得更明显。把内部特性表现得更明显。把内部特性表现得更明显。5.5.标定装置标定装置标定装置标定装置 产生标准输入以便用实验的方法来得到被测量与显示记产生标准输入以便用实验的方法来得到被测量与显示记产生标准输入以便用实验的方法来得到被测量与显示记产生标准输入以便用实验的方法来得到被测量与显示记录之间准确地量的关系。录之间准确地量的关系。录之间准确地量的关系。录之间准确地量的关系。以测量汽车油箱中汽油液位的装置为例以测量汽车油箱中汽油液位的装置为例以测量汽车油箱中汽油液位的装置为例以测量汽车油箱中汽油液位的装置为例4、公司涉及的传感器4.1、压力传感器4.2、压差液位计4.3、雷达液位计4.4、温度传感器4.5、流量计4.6、音叉开关4.1、压力传感器压力传感器的金属膜片工作压力使膈膜密封膜片产生偏移，并通过填充液把压力送到传感器膜片上，该膜片产生的形变再通过填充液把压力传送到电桥上，与压力相关的桥路输出电压的变化被测量并进一步处理。压力传感器测液位的原理温度对于零点的影响温度对于零点的影响双压力测液位的测量原理4.2、压差液位计D=CT/2式中：D雷达液位计到液面的距离C光速T电磁波运行时间因空罐的距离E已知，则物位L为：L=E-D 4.3、雷达液位计任何雷达物位计的测量都要求有足够的反射信号.以下因素将影响反射信号强度:1)测量距离.距离越大,信号越弱2)表面状态.动荡不稳定的表面将降低反射雷达波的强度.3)介电常数介电常数.介电常数越大介电常数越大,反射越强大反射越强大.4)泡沫泡沫.5)天线尺寸.天线尺寸越大,将得到越窄的雷达波束角和更集中的雷达波能量6)天线上的积垢灰尘.雷达液位计精度影响因素4.4、温度传感器测量原理-TR10铂热电阻 铂热电阻的特点是精度高、稳定性好、性能可靠,所以在温度传感器中得到了广泛应用。按IEC标准,铂热电阻的使用温度范围为-200+850。铂热电阻的特性方程为在-2000的温度范围内:Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100)在0850的温度范围内:Rt=R0(1+At+Bt2)温度传感器安装要求4.5、流量计、电磁流量计、涡街流量计、涡轮流量计、质量流量计4.5.1 4.5.1 电磁式流量计电磁式流量计 Electromagnetic flowmeter测量原理 当导电流体流过磁极之间的绝缘管道时，相当于长度为管道内径的导体以流速v移动切割磁力线，则在导电流体中必然会产生电动势，其大小为：其中：K与磁场分布及轴向长度有关的系数；B磁感应强度；V导电液体平均流速；D电极间距（测量管内直径）；电动势E的方向为 ，大小与流量成正比。在管道的电场 E方向两点加上电极（石墨等耐腐蚀材料），将电动势引出测量，就可以得到流速v，乘以管道截面积得流量（流量计上的微电脑芯片自动计算显示和上传）：电磁式流量计的使用 优点：不受其他因素影响，测量范围宽，可测强腐蚀、含杂质流体。无压降损失。电磁流量计的结构安装方式4.5.2 4.5.2 涡街式流量计涡街式流量计 Vortex street flowmeterVortex street flowmeter 测量原理 在流量计管道中，设一滞流件，流体流经滞流件时，下游会产生两列不对称的旋涡，在滞流件的侧后方分开，形成卡门（Karman）旋涡列卡门涡街，旋涡产生的频率 f 与流量计管道中流体流速的关系为：滞流件漩涡是低压区，用压电式传感器检测出压力脉冲的频率d 柱形滞流件的直径（迎流宽度）s 无量纲常数，称为Strouhal数，与流体流动状态的雷诺数Re有关。风大电线声尖锐。汽车后面因卡门涡街而必须关窗。用压电等传感器测出漩涡的振动，上传给频率电压转换电路。直接用微电脑计数，测频率（不转换）更准确。优点：简单、准确，阻力小、寿命长。对于一种固定的滞流件，卡门涡街得频率与流速一一对应，电脑用查表或解析算法就能算出流速v。涡街流量计安装注意事项涡街流量计安装注意事项补偿测量点的安装补偿测量点的安装冷热介质的保温冷热介质的保温4.5.3 涡轮流量计 Turbine Flowmeter测量原理 在流体作用下，叶轮受力旋转，转速与平均流速成正比，叶轮转动周期改变磁电转换器的磁阻。检测线圈中磁通随之发生周期性变化，产生周期性感应电势，即电脉冲信号，经放大器放大后，送至显示仪表显示。TUF的实用流量方程为：qv=f/K f流量计输出信号的频率，Hz；K流量计的仪表系数，P/m3。涡轮流量计安装注意事项1、对直管段的要求 前5后32、介质应该满管3、垂直安装 尽量水由下向上4、水流相对较稳，无脉冲4.5.4 质量流量计测量原理质量流量计中的科里奥利力质量流量计的安装方式理想安装方式5、传感器的误差与校准-误差来源人为疏忽气流辐射噪声尘埃仪器环境观察温度归零负载水平磨耗混用干扰振动压力湿度记忆力读取视差量具误用标准件分辨率迟滞现象测量误差粗大误差系统误差偶然误差仪表安装过程中的校准单台仪表的校准点应在仪表全量程范围内均匀选取，一般不应少于5点。回路试验时，仪表校准点不应少于3点。注：校准用仪表的精度应高于被校准仪表的精度单台仪表校准仪表安装回路测试
