传感器原理概述资料.pptx

传感器的定义与组成传感器的定义与组成第1页/共28页传感器的定义与组成传感器的定义与组成电量电量电参数和电量 第2页/共28页传感器的分类传感器的分类第3页/共28页传感器的分类传感器的分类敏感元件敏感元件将被测信号转换为中间变量，如膜片、环的变形等；将被测信号转换为中间变量，如膜片、环的变形等；变换器变换器（在辅助电源作用下）将中间变量转换为电量变化，如应变式（在辅助电源作用下）将中间变量转换为电量变化，如应变式电阻变换器。电阻变换器。结构型敏感元件或弹性元件变换器物性型无中间转换机构，如热敏电阻第4页/共28页传感器的分类传感器的分类能量转换型（自源型）能量控制型（外源型）第5页/共28页传感器的分类传感器的分类(5)按传感器输出量分为电量型、电参数型：电量电压、电流、电荷；电参数电阻、电感、电容、互感第6页/共28页1）容量输入信号工作范围或量程；2）驱动输出的负载能力（包括数字输出接口）、电气、机械特性 3）静态特性指标线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性、稳定性等；4）动态特性指标固有频率、阻尼比、时间常数等；5）可靠性工作寿命、故障率、绝缘、耐压、耐温等；6）对环境要求的指标工作温度范围、抗潮湿、抗电磁干扰、抗冲振要求等；7）使用配电要求供电方式、安装方式、输入输出阻抗等。传感器的常用技术性能指标传感器的常用技术性能指标第7页/共28页2）高精度、高可靠性、无迟滞性、工作寿命长（耐用性）3）高响应速率、可重复性、抗老化、抗环境影响（热、振动、酸、碱、空气、水、尘埃）的能力4）选择性、安全性（传感器应是无污染的）、互换性、低成本5）宽测量范围、小尺寸、重量轻和高强度、宽工作温度范围1）高灵敏度、线性、抗干扰的稳定性（对噪声不敏感）、容易调节（校准简易）传感器性能的基本要求传感器性能的基本要求第8页/共28页弹性敏感元件弹性敏感元件第9页/共28页弹性敏感元件弹性敏感元件 弹性模量、刚度的关系弹性模量、刚度的关系金属在弹性范围内，外力和变形成比例地增金属在弹性范围内，外力和变形成比例地增长，即应力与应变成正比例关系时（符合虎长，即应力与应变成正比例关系时（符合虎克定理），这个比例系数就称为克定理），这个比例系数就称为弹性模量弹性模量，根据应力，应变的性质通常又分为：根据应力，应变的性质通常又分为：弹性模弹性模量量和切变模量，和切变模量，弹性模量弹性模量的大小，的大小，相当于引相当于引起物体单位变形时所需应力之大小起物体单位变形时所需应力之大小，是衡量，是衡量材料材料刚度刚度的指标，的指标，弹性模量弹性模量愈大，愈大，刚度刚度也愈也愈大。大。第10页/共28页弹性敏感元件的基本特性弹性敏感元件的基本特性第11页/共28页弹性敏感元件的基本特性弹性敏感元件的基本特性第12页/共28页k 弹性敏感元件的刚度弹性敏感元件的刚度 其等效振动质量其等效振动质量上式为固有频率估算式，其中弹性敏感元件的基本特性弹性敏感元件的基本特性第13页/共28页A谐振状态下的振幅谐振状态下的振幅A0静态振幅静态振幅(=K)弹性敏感元件的基本特性弹性敏感元件的基本特性第14页/共28页弹性敏感元件的基本特性弹性敏感元件的基本特性第15页/共28页弹性敏感元件的材料弹性敏感元件的材料第16页/共28页弹性敏感元件的结构与力学特性弹性敏感元件的结构与力学特性F被测作用力，被测作用力，E材料的弹性模量，材料的弹性模量，A横截面积，横截面积，材料的泊松系数，材料的泊松系数，材料的密度，材料的密度，l柱式弹性元件的长度柱式弹性元件的长度 柱式弹性敏感元件主要柱式弹性敏感元件主要用于电阻应变式拉（压）力用于电阻应变式拉（压）力等传感器。等传感器。第17页/共28页在梁的根部（x=0），应变最大，在x=l处应变为零；梁的上下表面应变性质相反。弹性敏感元件的结构与力学特性弹性敏感元件的结构与力学特性2）梁式弹性敏感元件 (a)等截面梁等截面梁 第18页/共28页弹性敏感元件的结构与力学特性弹性敏感元件的结构与力学特性2）梁式弹性敏感元件 梁的截面成等腰三角形，集中力F作用在三角形顶点。梁内各横截面产生的应力是相等的，表面上任意位置的应变也相等。用梁式弹性元件制作的用梁式弹性元件制作的力传感器适于测量力传感器适于测量5,000N以以下的载荷，最小可测约下的载荷，最小可测约0.01N的力。这种传感器结构简单，的力。这种传感器结构简单，加工容易，灵敏度高，常用加工容易，灵敏度高，常用于小压力测量中。于小压力测量中。(b)等强度梁等强度梁 第19页/共28页结构简单，灵敏度高，多用于较小力的测量。以应变或自由端的位移作为输出量。实际应用中常采用特殊形状的梁式弹性元件，如双实际应用中常采用特殊形状的梁式弹性元件，如双孔梁、孔梁、S形元件等，克服了力的作用点移动或受侧向力形元件等，克服了力的作用点移动或受侧向力作用的影响，有效改善了梁的特性，多用于高精度测作用的影响，有效改善了梁的特性，多用于高精度测量，如工业电子称等。量，如工业电子称等。弹性敏感元件的结构与力学特性弹性敏感元件的结构与力学特性第20页/共28页3）环式弹性敏感元件 圆环受力后较容易变形，因此多用于测量圆环受力后较容易变形，因此多用于测量较小的力较小的力。为了提高圆环的刚度和抗过载能力，改善非线性，实际为了提高圆环的刚度和抗过载能力，改善非线性，实际应用中常采用应用中常采用变截面圆环变截面圆环。弹性敏感元件的结构与力学特性弹性敏感元件的结构与力学特性第21页/共28页4）扭转轴测量扭矩 扭转轴专门用于扭距测量扭转轴专门用于扭距测量弹性敏感元件的结构与力学特性弹性敏感元件的结构与力学特性5）膜片压力测量 当模片受到压力时，将弯向当模片受到压力时，将弯向压力低的一面，从而将压力压力低的一面，从而将压力变换为薄板的位移或应变。变换为薄板的位移或应变。第22页/共28页6）薄壁圆筒壁厚和筒径之比1/20结构简单，刚度好，多用于较大压力测量。弹性敏感元件的结构与力学特性弹性敏感元件的结构与力学特性第23页/共28页7）弹簧管和波纹管 自由端的位移与管内压力成线性关系。将管内压力或轴向力转换为波纹管的形变（拉伸或压缩）。弹性敏感元件的结构与力学特性弹性敏感元件的结构与力学特性第24页/共28页弹簧管压力表的结构和原理图弹簧管压力表的结构和原理图 1弹簧管；弹簧管；2拉杆；拉杆；3扇形齿轮；扇形齿轮；4中心小齿轮；中心小齿轮；5指针；指针；6面板；面板；7游丝；游丝；8调整螺钉；调整螺钉；9接头接头第25页/共28页弹性敏感元件的结构与力学特性弹性敏感元件的结构与力学特性应变片应变片第26页/共28页第27页/共28页Xian Jiaotong University谢谢您的观看！第28页/共28页