机械工程测试第三章.ppt

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1、第三章 常用传感器研究问题*1.常用传感器的工作原理及特点*2.传感器的应用3.传感器的调理电路10/28/20221n传感器的定义、组成1.传感器的定义 直接感受被测量，并按一定规律将其转换成同种或别种量值输出的器件。2.传感器的组成应变片10/28/20222n传感器的分类1.按传感器感知外界信息所依据的基本效应分按传感器感知外界信息所依据的基本效应分2.按工作原理分类按工作原理分类 例：以压电效应工作的传感器就称之为压电式传感器，以应变效应工作的传感器就称之为应变式传感器等。3.按传感器使用的敏感材料分类按传感器使用的敏感材料分类 4.按被测量（或传感器的用途）分类按被测量（或传感器的用

2、途）分类 例：用于测力、扭矩、加速度的传感器就称为力传感器、扭矩传感器、加速度传感器。10/28/20223n5.按能量关系分类按能量关系分类n1)能量转换型（无源型）：可将输入的信号直接转换为电信号输出的传感器。n 例：压电式传感器、电磁式传感器、热电式 传感器等。n 2）能量控制型（有源型）：在辅助电源作用下，将被测的信号转换为电参量变化的传感器。n 例：电阻式传感器、电容式传感器、电阻应变式传感器等n6.按输出信号的性质分类按输出信号的性质分类10/28/20224 第二节第二节 机械式传感器机械式传感器1.作用原理 依靠弹性元件感受被测物理量并将该物理量转换为另一类变形量,以指针的偏转

3、显示被测量。2.实例10/28/202253.特点优点：结构简单、性能可靠、价格低、读数直观。缺点：固有频率低不适于动态量测量，输出为非电量，不易传输。10/28/20226n第三节 电阻、电容、电感式传感器一.电阻器式传感器1.变阻器式传感器1）结构形式10/28/202272）工作原理10/28/202283）工作特性空载特性负载特性4）特点 优点：结构简单、性能稳定、使用方便 缺点：分辨率低（n2 10/28/2022763）光纤的传光原理10/28/2022774)光纤的数值孔径10/28/2022783.光纤传感器的应用 1）光纤位移传感器10/28/20227910/28/2022

4、802）光纤液位及计10/28/202281 第七节 半导体传感器 类别：磁敏传感器、光敏传感器、固态图像传感 器、热敏电阻、气敏传感器、湿敏传感 器、集成传感器10/28/202282n一.磁敏传感器 1.霍尔元件 1）霍尔效应及霍尔元件10/28/202283 2）霍尔元件的应用 a.霍尔位移传感器10/28/202284nb.霍尔角位移传感器及转速传感器10/28/202285nc.霍尔压力传感器10/28/202286ne.霍尔汽车无触点点火器10/28/202287n2)磁阻元件n(1)磁阻效应与基本工作原理10/28/202288n(2)磁阻元件的应用 a.磁通计 b.无触点开关1

5、0/28/202289c.位移测量 10/28/202290n3)磁敏管分磁敏二极管和磁敏三极管二种，为磁电转换元件(1)磁敏二极管结构原理粗糙面光滑面10/28/202291n(2)磁敏三极管结构原理结论：磁敏三极管与磁敏二极管工作原理相同，以磁场方向控制集电极电流增加或减少，用磁场的强弱控制集电极电流增加或减少的变化量。IcIcIb 恒定Ib 恒定iirr10/28/202292n(3)应用10/28/202293二.热敏传感器（热敏电阻）1）热敏电阻的结构10/28/202294 2）工作原理 热电阻效应-导体电阻率随其自身温度变化而变化 3)特性 电阻温度系数为负值 4)特点 灵敏度大

6、；可制成各种形式；阻值大；非线性较大。10/28/2022954.气敏传感器 1)功能：检测气体成分或浓度 2）工作原理 依靠气敏元件与气体接触后自身性质（如电阻）发生变化的特性而工作。3）类型10/28/2022965.湿敏传感器 1)类型及工作原理（1）电阻型：利用物质吸收水分而电阻率增加的性质工作，材料为多孔陶瓷；（2）电容型：利用电极间物质吸收水分后电容增加的原理工作；（3）二极管型：利用二极管的单向导电性随湿度变化的性质而工作；（4）晶振型：利用晶体表面吸湿后，振体质量增加，谐振频率变化的性质工作。10/28/2022972）Fe4O3湿敏传感器的结构示意及特性曲线 10/28/20

7、22983)陶瓷型湿度湿度计结构10/28/2022992.固体图像传感器1）功能：转变光信号为电信号2）构造10/28/2022100n3.工作原理 1）电荷的存贮 2）电荷获取3）电荷传输10/28/202210110/28/20221024.面型CD图像传感器 的结构与传输方式 10/28/20221035.应用10/28/2022104n六、集成传感器简介n指将敏感元件、信号调理电路（如放大器、滤波器、增、整形电路、运算电路）、补偿电路、控制电路或电源等制作在同一芯片上的传感器。n特点：抗干扰和电压波动能力强，体积小，可靠性高，易于同外部电路简单链接，无需外接变换电路。n智能传感器基本性能:1.能自动补偿环境变化 的影响，能自动校正、自选量程和输出线性化。2.通信能力-以某种方式与系统接口。3.自诊断能力-能自查故障并通知系统。4.逻辑和判断能力-能进行判断并操作控制元件。10/28/2022105