测试技术基础电子——常用传感器学习教案.pptx

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1、会计学1测试技术基础测试技术基础(jch)电子电子 常用传感器常用传感器第一页，共76页。将物理量变换成电信号的变化将物理量变换成电信号的变化(binhu)（水位、压力（水位、压力等）。等）。获得获得(hud)传感器信号的两种方法传感器信号的两种方法直接直接(zhji)获得电信号的变化（开关传感器）；获得电信号的变化（开关传感器）；概述第1页/共76页第二页，共76页。2.传感器的分类传感器的分类(fn li)(1)(1)按被测物理量分类按被测物理量分类(fn li)(fn li)(2)(2)按传感器元件的变换原理分类按传感器元件的变换原理分类(fn li)(fn li)位移位移(wiy)(w

2、iy)传感器传感器,流量传感器流量传感器,温度传感器等温度传感器等.电阻式电阻式,电容式电容式,电感式电感式,压电式压电式,光电式等光电式等.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.能量传递型能量传递型:从某种能量发生器与接受器进行能量传递过程中实现从某种能量发生器与接受器进行能量传递过程中实现 敏感检测敏感检测.例如例如:超声波发生器和接

3、受器超声波发生器和接受器.(3)(3)按传感器的能量传递方式分类按传感器的能量传递方式分类概述第2页/共76页第三页，共76页。3.传感器的性能传感器的性能(xngnng)要求要求工作范围或量程应足够大，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与检测系统匹配(ppi)(ppi)性好，转换灵敏度高性好，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概述(i sh)第3页/共76页第四页，共76页。4.常见常见(chn jin)的被测物理量的被测物理量机械量机械量:长度长度,厚度厚度

4、,位移位移(wiy),(wiy),速度速度,加速度加速度,旋转角旋转角,转转数数,质量质量,重量重量,力力,压力压力,真空度真空度,力矩力矩,风速风速,流速流速,流量流量;声声:声压声压,噪声噪声.磁磁:磁通磁通,磁场磁场.温度温度:温度温度,热量热量,比热比热.光：光：亮度，色彩亮度，色彩概述(i sh)第4页/共76页第五页，共76页。电阻电阻(dinz)(dinz)式传感器是把被测量转换为电阻式传感器是把被测量转换为电阻(dinz)(dinz)变化变化的一种传感器。的一种传感器。按工作按工作(gngzu)(gngzu)的原理可分为的原理可分为:F热敏式热敏式F电阻电阻(dinz)应变式应

5、变式F变阻器式变阻器式F光敏式光敏式F湿敏式湿敏式5.2 电阻式传感器电阻式传感器电阻传感器第5页/共76页第六页，共76页。1.可调电位器可调电位器 为输出电压为输出电压(diny)(V)(diny)(V)；为外加固定电压为外加固定电压(diny)(V);(diny)(V);为材料的总电阻为材料的总电阻();();为固定端至滑块的电阻为固定端至滑块的电阻()()电阻(dinz)传感器第6页/共76页第七页，共76页。2.应变应变(yngbin)式电阻传感器式电阻传感器丝式应变丝式应变(yngbin)(yngbin)片片 箔式应变箔式应变(yngbin)(yngbin)片片 电阻传感器第7页/

6、共76页第八页，共76页。(1).(1).应变应变(yngbin)(yngbin)效应效应导体或半导体在外力作用下产生机械导体或半导体在外力作用下产生机械(jxi)(jxi)变形而引起导体或变形而引起导体或半导体的电阻值发生变化的物理现象称为应变效应。半导体的电阻值发生变化的物理现象称为应变效应。传感元件：电阻应变片，它是一种把被测试传感元件：电阻应变片，它是一种把被测试(csh)(csh)件件的应变量转换成电阻变化量的传感元件。的应变量转换成电阻变化量的传感元件。应变片受力应变片受力 应变应变 比例关系比例关系 比例关系比例关系 应变片电阻的变化应变片电阻的变化 电阻传感器第8页/共76页第

7、九页，共76页。(2).(2).工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理式中，式中，导线的电阻率，又称为导线的电阻率，又称为(chn wi)(chn wi)电阻系数电阻系数 金属导线的应变电阻金属导线的应变电阻(dinz)(dinz)效应：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 P而伸长时，长度增长，截面积减小，其而伸长时，长度增长，截面积减小，其电阻值就增大；反之，如细丝因受压力而缩短，即长度变短，截电阻值就增大；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。面积变粗时，则电阻就减小。电阻传感器第9页/共76页第十页，共76页。S S由两部分由两部分(

8、b fen)(b fen)组成：组成：前一部分前一部分(1+2)(1+2)是由金属是由金属(jnsh)(jnsh)导线的几何变形引起的；导线的几何变形引起的；后一部分后一部分EE除与金属除与金属(jnsh)(jnsh)导线几何尺寸有关外，还与金属导线几何尺寸有关外，还与金属(jnsh)(jnsh)本身的特性有关。本身的特性有关。：泊松系数，泊松系数，E:E:弹性模量，弹性模量，:纵向应变，纵向应变，:压阻系数压阻系数 推导推导电阻传感器第10页/共76页第十一页，共76页。金属金属(jnsh)(jnsh)应变片（应变片（不变）不变）金属应变计金属应变计 半导体应变半导体应变(yngbin)(y

9、ngbin)片（片（变化）变化）半导体应变计半导体应变计电阻(dinz)传感器第11页/共76页第十二页，共76页。(3).(3).应变应变(yngbin)(yngbin)片的主要参数片的主要参数 1)几何参数：表距几何参数：表距L和丝栅宽度和丝栅宽度b，制造厂常用，制造厂常用 bL 表示。表示。2)电阻值：应变计的原始电阻值。电阻值：应变计的原始电阻值。3)灵敏系数：表示应变计变换性能的重要灵敏系数：表示应变计变换性能的重要(zhngyo)参数。参数。4)其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。蠕变、零漂以及

10、疲劳寿命、横向灵敏度等）。电阻(dinz)传感器第12页/共76页第十三页，共76页。(4).(4).(4).(4).金属金属金属金属(jnsh)(jnsh)(jnsh)(jnsh)应变计应变计应变计应变计金属应变计有金属应变计有金属应变计有金属应变计有:1 1、丝式、丝式、丝式、丝式 2 2、箔式、箔式、箔式、箔式 3 3、薄膜式、薄膜式、薄膜式、薄膜式优点优点优点优点:稳定性和温度稳定性和温度稳定性和温度稳定性和温度特性特性特性特性(txng)(txng)好好好好.缺点缺点缺点缺点:灵敏度系数小灵敏度系数小灵敏度系数小灵敏度系数小.应变计电阻(dinz)传感器第13页/共76页第十四页，共

11、76页。(5).(5).(5).(5).半导体应变计半导体应变计半导体应变计半导体应变计优点优点优点优点(yudin)(yudin)(yudin)(yudin)：应变灵敏度大：应变灵敏度大：应变灵敏度大：应变灵敏度大;体体体体积小积小积小积小;能制成具有一定应变电阻的元能制成具有一定应变电阻的元能制成具有一定应变电阻的元能制成具有一定应变电阻的元件件件件.缺点：温度稳定性和可重复性不如缺点：温度稳定性和可重复性不如缺点：温度稳定性和可重复性不如缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。金属应变片。金属应变片。金属应变片。应变计体型体型(txng)(txng)薄膜型薄膜型扩散扩散(kusn)(k

12、usn)型型电阻传感器第14页/共76页第十五页，共76页。立柱立柱(l zh)(l zh)应力应力 桥梁(qioling)应力(6).(6).应变式电阻应变式电阻(dinz)(dinz)传感器的应用传感器的应用 德国德国HBMHBM电阻应变式传感器电阻应变式传感器 电阻传感器第15页/共76页第十六页，共76页。质量传感器质量传感器 位移传感器位移传感器 加速度计加速度计 压力传感器压力传感器 电阻(dinz)传感器第16页/共76页第十七页，共76页。压力压力(yl)(yl)传感器传感器 转矩传感器转矩传感器 电阻(dinz)传感器第17页/共76页第十八页，共76页。3.其他其他(qt)

13、电阻传感器电阻传感器(1).(1).热电阻传感器热电阻传感器 利用利用(lyng)(lyng)导电物体电阻率随本身温度变化而变化的导电物体电阻率随本身温度变化而变化的温度电阻效应制成的传感器。温度电阻效应制成的传感器。温度(热量)的变化(binhu)电阻的变化(binhu)温度检测温度检测:-200+500电阻传感器第18页/共76页第十九页，共76页。(2).(2).热敏电阻热敏电阻(r mn din z)(r mn din z)传感器传感器 圆形热敏电阻圆形热敏电阻(r mn din z)(r mn din z)柱形热敏电阻柱形热敏电阻(r mn din z)(r mn din z)珠形热

14、敏电阻珠形热敏电阻 热敏电阻在电路中的符号热敏电阻在电路中的符号 非线性元件非线性元件:它的温度它的温度-电阻关系是指数关系电阻关系是指数关系 温度为温度为-50-50350350 电阻传感器第19页/共76页第二十页，共76页。(3).(3).光敏电阻光敏电阻(un mn din z)(un mn din z)传感器传感器 (4).(4).湿敏电阻湿敏电阻(dinz)(dinz)传感器传感器 电阻(dinz)传感器第20页/共76页第二十一页，共76页。5.3 电容式传感器电容式传感器 1.变换变换(binhun)原理原理 将被测物理量的变化将被测物理量的变化(binhu)(binhu)转化

15、为电容量变化转化为电容量变化(binhu)(binhu)。两平行极板两平行极板(j bn)(j bn)组成的电容器组成的电容器,它的电容量为它的电容量为:+A 当当被被测测量量、A或或发发生生变变化化时时，都都会会引引起起电电容容的的变变化化。如如果果保保持持其其中中的的两两个个参参数数不不变变，而而仅仅改改变变另另一一个个参参数数，就就可可把把该该参参数数的的变化变换为单一电容量的变化。变化变换为单一电容量的变化。电容传感器第21页/共76页第二十二页，共76页。2.分类分类(fn li)a)a)极距变化极距变化(binhu)(binhu)型型+c)c)介质变化型介质变化型b)b)面积变化型

16、面积变化型:平面线位移型平面线位移型,角位移型角位移型,柱面线位移型柱面线位移型电容(dinrng)传感器第22页/共76页第二十三页，共76页。3.灵敏度灵敏度 a)a)极距变化极距变化(binhu)(binhu)型型传感器的灵敏度近似传感器的灵敏度近似(jn s)为：为：变极距电容变极距电容(dinrng)(dinrng)传感器传感器 平板电容器平板电容器 电容传感器第23页/共76页第二十四页，共76页。传感器灵敏度传感器灵敏度b)b)面积面积(min j)(min j)变化型变化型a)a)直线直线(zhxin)(zhxin)位移型位移型 直线直线(zhxin)位移型位移型b)b)角位移

17、型角位移型 传感器传感器灵敏度灵敏度 角位移型角位移型电容传感器第24页/共76页第二十五页，共76页。c)c)介质介质(jizh)(jizh)变化型变化型介质常数介质常数(chngsh)(chngsh)变化型电容式传感器变化型电容式传感器大多用于测量大多用于测量(cling)(cling)电电介质的厚度介质的厚度(图图a)a)、位移、位移(图图b)b)、液位、液位(图图c)c)根据极板介质的介电常数随温根据极板介质的介电常数随温度、湿度、容量改变而改变来测度、湿度、容量改变而改变来测量温度、湿度、容量量温度、湿度、容量(图图d)d)等等 。电容传感器第25页/共76页第二十六页，共76页。4

18、.电容式传感器的应用电容式传感器的应用(yngyng)振动振动(zhndng)(zhndng)测量测量 旋转轴的偏心量的测量旋转轴的偏心量的测量 电容(dinrng)传感器第26页/共76页第二十七页，共76页。电容式氢液高度传感器电容式氢液高度传感器 纱条均匀度测试仪纱条均匀度测试仪 电容(dinrng)传感器第27页/共76页第二十八页，共76页。5.4 电感式传感器电感式传感器 电感式传感器是基于电磁感应原理电感式传感器是基于电磁感应原理(yunl)(yunl)，它是把，它是把被测量转化为电感量的一种装置。被测量转化为电感量的一种装置。分类分类:电感式传感器电感式传感器自感型自感型可变磁

19、阻型可变磁阻型涡流式涡流式互感型互感型电感(din n)传感器第28页/共76页第二十九页，共76页。1.可变磁阻式可变磁阻式(自感自感(z n)型型)原理原理(yunl):(yunl):电磁感应电磁感应 W:W:线圈匝数；线圈匝数；L1:L1:软铁长度软铁长度(chngd)(chngd)；11：软铁磁导率；：软铁磁导率；00：空气磁导率：空气磁导率A1A1：铁芯导磁截面：铁芯导磁截面A0A0：空气导磁截面：空气导磁截面可变磁阻式传感器基本原理可变磁阻式传感器基本原理 1 1线圈线圈 2.2.铁芯铁芯 3.3.衔铁衔铁 电感传感器第29页/共76页第三十页，共76页。(1).(1).间隙间隙(

20、jin x)(jin x)变化型变化型间隙间隙(jin x)(jin x)变化型可变磁阻式传感器结构变化型可变磁阻式传感器结构 当当0、A0固定不变，改变固定不变，改变时，时，L与与呈非线形呈非线形(xin xn)（双曲线）关系，（双曲线）关系，L L与与的双曲线关系的双曲线关系 传感器灵敏度：传感器灵敏度：电感传感器第30页/共76页第三十一页，共76页。(2).(2).面积面积(min j)(min j)变化型变化型面积变化面积变化(binhu)(binhu)型可变磁阻式传感器结构型可变磁阻式传感器结构 当当0、固定不变，改变固定不变，改变A0时，时，L与与A0呈线形呈线形(xin xn)

21、关系，关系，传感器灵敏度传感器灵敏度 L L与与A A0 0的线形关系的线形关系=常数常数电感传感器第31页/共76页第三十二页，共76页。(3).(3).螺线管型螺线管型 当其它参数不变，仅改变当其它参数不变，仅改变L1L1，使，使RmRm变化，从而变化，从而(cng r)(cng r)产生电感的变化。产生电感的变化。电感(din n)传感器第32页/共76页第三十三页，共76页。(4).(4).差动型差动型变间隙变间隙(jin x)(jin x)型型差动变压器差动变压器 输出特性输出特性传感器灵敏度传感器灵敏度 电感(din n)传感器第33页/共76页第三十四页，共76页。2.涡流涡流(

22、wli)式电感传感器式电感传感器 当金属板置于变化磁场中或者在磁场中运动时，在金属当金属板置于变化磁场中或者在磁场中运动时，在金属板中产生板中产生(chnshng)感应电流，这种电流在金属体内是感应电流，这种电流在金属体内是闭合的，称为涡流。闭合的，称为涡流。涡流的大小与金属板的电阻率涡流的大小与金属板的电阻率、磁导率、磁导率、厚度、厚度t，以及，以及金属板与线圈距离金属板与线圈距离(jl)、激励电流、角频率等参数有关。、激励电流、角频率等参数有关。涡流式电感传感器可分涡流式电感传感器可分为为 1）高频反射式高频反射式 2）低频投射式低频投射式 电感传感器第34页/共76页第三十五页，共76页

23、。原线圈的等效阻抗原线圈的等效阻抗(zkng)Z(zkng)Z变化：变化：(1).(1).高频高频(o pn)(o pn)反射式（集肤效应）反射式（集肤效应）高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 电感(din n)传感器第35页/共76页第三十六页，共76页。(2).(2).低频透射低频透射(tu sh)(tu sh)式（互感原理）式（互感原理）低频低频(dpn)(dpn)透射式涡流传感器透射式涡流传感器 e2e2随材料厚度随材料厚度(hud)(hud)增加变化增加变化的规律的规律 电感传感器第36页/共76页第三十七页，共76页。4.4.涡流涡流(wli)(wli)式传感器的应式传感器的

24、应用用案例：位移、振幅、轴心案例：位移、振幅、轴心(zhu xn)(zhu xn)轨迹的测量轨迹的测量径向径向(jn(jn xin)xin)振动的测振动的测量量 构件振幅的测量构件振幅的测量 构件振型的测量构件振型的测量 轴心轨迹的测量轴心轨迹的测量 电感传感器第37页/共76页第三十八页，共76页。其中，其中，n为转轴的转速；为转轴的转速；f为脉冲频率；为脉冲频率；z为转轴上的槽数或为转轴上的槽数或齿数。齿数。案例案例(n l):(n l):转速的测量转速的测量电感(din n)传感器第38页/共76页第三十九页，共76页。案例案例(n l)(n l)：测厚测厚案例：案例：零件计数零件计数电

25、感(din n)传感器第39页/共76页第四十页，共76页。案例案例(n l)(n l)：连续油管的椭圆度测量连续油管的椭圆度测量Coiled TubeEddy Sensor Reference Circle原理原理(yunl)(yunl)：电感(din n)传感器第40页/共76页第四十一页，共76页。案例案例(n l)(n l)：无损探伤无损探伤原理(yunl)裂纹检测，缺陷造成涡流变化。火车火车(huch)轮检测轮检测油管检测油管检测电感传感器第41页/共76页第四十二页，共76页。3.变压器式变压器式-差动变压器差动变压器工作原理工作原理:互感互感(hgn)现象现象.电感(din n)

26、传感器第42页/共76页第四十三页，共76页。应用应用:厚度厚度,角度角度,表面粗糙度表面粗糙度;拉伸拉伸,压缩压缩,垂直度垂直度;压力压力,流量流量,液位液位;张力张力,重力重力,负荷量负荷量;扭矩扭矩,应力应力(yngl),(yngl),动力动力;气压气压,温度温度;振动振动,速度速度,加速度加速度;等等.案例：案例：板的厚度测量板的厚度测量 案例：案例：张力测量张力测量电感(din n)传感器第43页/共76页第四十四页，共76页。5.5 磁电传感器磁电传感器 1.变换变换(binhun)原理原理 磁电式传感器是把被测量的物理量转换磁电式传感器是把被测量的物理量转换(zhunhun)(z

27、hunhun)为感应电动势的一种转换为感应电动势的一种转换(zhunhun)(zhunhun)器。器。感应感应(gnyng)(gnyng)线圈的感应线圈的感应(gnyng)(gnyng)电动势电动势e e为为 磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，改变其中一个因素，都会改变线圈的感应电动势。改变其中一个因素，都会改变线圈的感应电动势。磁电传感器第44页/共76页第四十五页，共76页。2.分类分类(fn li)磁磁电电式式动圈式动圈式磁阻式磁阻式线速度型线速度型角速度型角速度型N磁电传感器第45页/共76页第四十六页，共76页。3.动圈式传感

28、器动圈式传感器 l:l:每匝线圈的平均长度每匝线圈的平均长度(chngd)(chngd)；B:B:线圈所在磁场的磁感应强度；线圈所在磁场的磁感应强度；A:A:每匝线圈的截面积；每匝线圈的截面积；:线圈运动方向与磁场方向的夹角；线圈运动方向与磁场方向的夹角；k:k:传感器的结构系数。传感器的结构系数。磁电传感器第46页/共76页第四十七页，共76页。4.磁阻式传感器磁阻式传感器 磁电传感器第47页/共76页第四十八页，共76页。5.磁电传感器的应用磁电传感器的应用(yngyng)测速电机测速电机(dinj)磁电式测速传感器磁电式测速传感器磁电传感器第48页/共76页第四十九页，共76页。测频数测

29、频数 测转速测转速 偏心测量偏心测量 振动测量振动测量 磁电传感器第49页/共76页第五十页，共76页。5.6 压电传感器压电传感器 1.变换变换(binhun)原理原理 某些物质，如石英，当受到某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部被极化，表面生变化，而且内部被极化，表面会产生会产生(chnshng)(chnshng)电荷；当外力电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。这种现象称为压电效应。压电传感器第50页/共76页第五十一页，共76页。压电效应压电效应(y din xio yn

30、g)(y din xio yng)式中，式中，q为电荷为电荷量量；D为压电常数，与材质为压电常数，与材质(ci zh)及切片方向有及切片方向有关；关；F为作用力。为作用力。q=DF压电传感器第51页/共76页第五十二页，共76页。ea：开路电压；：开路电压；q:压电晶片表面上的电荷压电晶片表面上的电荷(dinh)；Ca 为压电晶片的电容。为压电晶片的电容。2.测量测量(cling)电路电路 等效电荷源等效电荷源 Cc:分布电容；分布电容；Ri:输入电阻；输入电阻；Ra:漏电阻；漏电阻；Ci:输入电容输入电容压电传感器第52页/共76页第五十三页，共76页。压电式传感器输出电荷压电式传感器输出电

31、荷q很少，内阻很少，内阻Ra很大，输出信号很弱小很大，输出信号很弱小(ruxio)，因此要进行处理：，因此要进行处理：(1)放大放大(fngd)微弱的压电信号微弱的压电信号(2)进行进行(jnxng)阻抗匹配阻抗匹配 电压放大器电压放大器 电荷放大器电荷放大器(1).(1).主要作用主要作用压电传感器第53页/共76页第五十四页，共76页。放大器的输入放大器的输入(shr)(shr)电压：电压：系统的输出系统的输出(shch)(shch)电压为：电压为：系统系统(xtng)(xtng)的灵敏度为：的灵敏度为：当电缆长度变化当电缆长度变化时，时，Cc变化，变化，ei变化，系统的灵变化，系统的灵敏

32、度发生变化，敏度发生变化，此时测试比较困此时测试比较困难难(2).(2).电压放大器电压放大器压电传感器第54页/共76页第五十五页，共76页。qqt+qf=ei(Ca+Cc+Ci)+(ei-ey)Cf=eiC+(ei-ey)Cf ei=(q+eyCf)/(C+Cf)推导推导(tudo)(3).(3).电荷电荷(dinh)(dinh)放大器放大器压电传感器第55页/共76页第五十六页，共76页。3.压电传感器的应用压电传感器的应用(yngyng)压力压力(yl)(yl)变变送器送器加速度计，力传感器加速度计，力传感器 压电传感器第56页/共76页第五十七页，共76页。压电式压力压电式压力(yl

33、)(yl)传感传感 压电式压力压电式压力(yl)(yl)传感器特性传感器特性 压电传感器第57页/共76页第五十八页，共76页。阻抗阻抗(zkng)(zkng)头的结构原理图头的结构原理图 阻抗阻抗(zkng)(zkng)头的安装结构头的安装结构 压电传感器第58页/共76页第五十九页，共76页。压电传感器第59页/共76页第六十页，共76页。5.7 磁敏传感器磁敏传感器1.半导体霍尔元件半导体霍尔元件(yunjin)霍尔效应霍尔效应(xioyng)(xioyng)当半导体中流过一个电流时，若在与该电流垂直当半导体中流过一个电流时，若在与该电流垂直(chuzh)(chuzh)的的方向上外加一个

34、磁场，则在与电流及磁场分别成直角的方向上会方向上外加一个磁场，则在与电流及磁场分别成直角的方向上会产生一个电压。这种现象也称为霍尔效应产生一个电压。这种现象也称为霍尔效应 。霍尔效应原理图霍尔效应原理图 磁敏传感器第60页/共76页第六十一页，共76页。半导体霍尔元件半导体霍尔元件(yunjin)(yunjin)的结构的结构 磁敏传感器第61页/共76页第六十二页，共76页。半导体磁敏电阻半导体磁敏电阻(dinz)(dinz)半导体磁敏电阻的结构半导体磁敏电阻的结构(蛇形元件蛇形元件)利用磁场造成利用磁场造成(zo chn)(zo chn)的电流偏转使元件阻抗增加这种特点制成的双端磁敏传感器。

35、的电流偏转使元件阻抗增加这种特点制成的双端磁敏传感器。磁敏传感器第62页/共76页第六十三页，共76页。磁性磁性(cxng)(cxng)体磁敏电阻体磁敏电阻 利用强磁材料利用强磁材料(cilio)(cilio)的磁场异向性制成的磁敏元件。的磁场异向性制成的磁敏元件。磁性体磁敏电阻的结构磁性体磁敏电阻的结构 磁敏传感器第63页/共76页第六十四页，共76页。电磁感应电磁感应(dinc-gnyng)(dinc-gnyng)型磁敏传感器型磁敏传感器 原理原理(yunl)(yunl)：范围范围(fnwi)(fnwi)：法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 只能检测交流磁场，不能检测直流磁场只能检测交流

36、磁场，不能检测直流磁场 电磁感应型磁敏传感器电磁感应型磁敏传感器 磁敏传感器第64页/共76页第六十五页，共76页。2.磁敏传感器的应用磁敏传感器的应用(yngyng)电流计 磁感应开关(kigun)磁敏电位器 霍尔电动机 纸币(zhb)及预付卡识别设 卡形电流计的结构卡形电流计的结构 磁敏传感器第65页/共76页第六十六页，共76页。霍尔电动机的结构霍尔电动机的结构(jigu)(jigu)示意图示意图 霍尔电动机等效电路霍尔电动机等效电路 磁敏传感器第66页/共76页第六十七页，共76页。5.8 传感器选用传感器选用(xunyng)原则原则 选择传感器主要选择传感器主要(zhyo)(zhyo

37、)考虑灵敏度、线性范围、响应特考虑灵敏度、线性范围、响应特性、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。性、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。1.灵敏度灵敏度 一一般般说说来来，传传感感器器灵灵敏敏度度越越高高越越好好，但但在在确确定定灵灵敏敏度时，要考虑以下几个问题。度时，要考虑以下几个问题。a)a)灵敏度过高引起的干扰问题；灵敏度过高引起的干扰问题；b)b)量程范围。量程范围。传感器选用(xunyng)原则第67页/共76页第六十八页，共76页。3 3 响应特性响应特性 传传感感器器的的响响应应特特性性是是指指在在所所测测频频率率范范围围内内，保保持持不不失真失真的测量条件。的测量

38、条件。实实际际上上传传感感器器的的响响应应总总不不可可避避免免地地有有一一定定延延迟迟，但但总希望延迟的时间越短越好。总希望延迟的时间越短越好。2 2 线性范围线性范围 任任何何传传感感器器都都有有一一定定的的线线性性工工作作范范围围。在在线线性性范范围围内内输输出出与与输输入入成成比比例例关关系系，线线性性范范围围愈愈宽宽，则则表表明明传传感感器器的的工工作作量量程程愈愈大大。传传感感器器工工作作在在线线性性区区域域内内，是是保保证证测量精度的基本条件。测量精度的基本条件。传感器选用(xunyng)原则第68页/共76页第六十九页，共76页。4 4 稳定性稳定性 稳稳定定性性是是表表示示传传

39、感感器器经经过过长长期期使使用用以以后后，其其输输出出特特性性不不发发生生变变化化的的性性能能。影影响响传传感感器器稳稳定定性性的的因因素素是是时时间间(shjin)(shjin)与环境。与环境。5 5 精确度精确度 传传感感器器的的精精确确度度是是表表示示传传感感器器的的输输出出与与被被测测量量的的对对应程度。应程度。6 6 测量方式测量方式 传传感感器器工工作作方方式式，也也是是选选择择传传感感器器时时应应考考虑虑的的重重要要因因素素。例例如如，接接触触与与非非接接触触测测量量、破破坏坏与与非非破破坏坏性性测测量量、在线与非在线测量等。在线与非在线测量等。传感器选用(xunyng)原则第6

40、9页/共76页第七十页，共76页。应变片受力后，电阻应变片受力后，电阻应变片受力后，电阻应变片受力后，电阻(dinz)(dinz)(dinz)(dinz)的变化的变化的变化的变化dR dR dR dR 则则两边两边(lingbin)同除以同除以R，同时，同时R=L/A，则，则dL/L=金属导线长度金属导线长度(chngd)的相对变化，称纵向应变。的相对变化，称纵向应变。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，称为称横向应变。导线截面积的相对变化，称为称横向应变。(2).(2).工作原理工作原理第70页/共76页第七十一页，共76页。对于对于对于对于(duy

41、)(duy)圆形截面积的导线，若其直径为圆形截面积的导线，若其直径为圆形截面积的导线，若其直径为圆形截面积的导线，若其直径为DD，则，则，则，则 横向应变横向应变(yngbin)dD/D和纵向应变和纵向应变(yngbin)dL/L之比称为泊桑比，即之比称为泊桑比，即 故故 第71页/共76页第七十二页，共76页。E为导线材料的弹性模量为导线材料的弹性模量(tn xn m lin)，为压阻系数，与材料有关。为压阻系数，与材料有关。则则 已知已知当导体当导体(dot)材料确定后，材料确定后，、E均为常数，则均为常数，则(1+2+E)为常数。为常数。灵敏度为：灵敏度为：应变片电阻的相对变化率应变片电

42、阻的相对变化率dR/R与应变与应变之间是线形之间是线形(xin xn)关系关系第72页/共76页第七十三页，共76页。S由两部分由两部分(b fen)组成：组成：前一部分前一部分(1+2)单由金属导线的几何尺寸变化单由金属导线的几何尺寸变化(binhu)引起的；引起的；后一部分后一部分E是电阻率随应变而引起变化的部分，它除是电阻率随应变而引起变化的部分，它除与金属导线几何与金属导线几何(j h)尺寸有关外，还与金属本身的尺寸有关外，还与金属本身的特性有关。特性有关。返回返回第73页/共76页第七十四页，共76页。当略去当略去(l q)传感器的漏电阻传感器的漏电阻Ra时时 qtei(Ca+Cc+

43、Ci)当略去电荷当略去电荷(dinh)放大器的输入电阻放大器的输入电阻Ri的影响时的影响时qf(ei-ey)Cf 则整个则整个(zhngg)电路中的电荷为：电路中的电荷为：qqt+qf=ei(Ca+Cc+Ci)+(ei-ey)Cf=eiC+(ei-ey)Cf 式中，式中，ei为放大器的输入端电压；为放大器的输入端电压；ey为放大器输出端电压；为放大器输出端电压；Cf为电荷放大器的为电荷放大器的反馈电容。反馈电容。(3).(3).电荷放大器电荷放大器第74页/共76页第七十五页，共76页。ey=-Kei 其中其中(qzhng)(qzhng)，K K为放大器的开环放大倍数为放大器的开环放大倍数 qqt+qf=ei(Ca+Cc+Ci)+(ei-ey)Cf=eiC+(ei-ey)Cf 所以所以(suy)(suy)开环增益开环增益(zngy)K足够大足够大系统的灵敏度为：系统的灵敏度为：在一定条件下，电荷放在一定条件下，电荷放大器的输出电压与传感器大器的输出电压与传感器的电荷量成正比，而与电的电荷量成正比，而与电缆的分布电容无关；缆的分布电容无关；系统输出灵敏度取决于反系统输出灵敏度取决于反馈电容，所以可以通过调馈电容，所以可以通过调节反馈电容节反馈电容 ei=(q+eyCf)/(C+Cf)返回返回第75页/共76页第七十六页，共76页。