常用的传感器优秀PPT.ppt

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1、常用的传感器1你现在浏览的是第一页，共128页传感器定义传感器定义 传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一定传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置。的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置。目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。号的装置。物理量物理量电量电量2你现在浏览的是第二页，共128页传感器的构成传感器的构成 传感器一般由敏感器件与辅助器件组成。敏感器传感器一般由敏感器

2、件与辅助器件组成。敏感器件是传感器的核心，它的作用是直接感受被测物理量，件是传感器的核心，它的作用是直接感受被测物理量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。入。3你现在浏览的是第三页，共128页3.1 传感器的分类传感器的分类位移位移,力力,温度等温度等.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.物性型物性型,结构型结构型.能量转换型和能量控制型能量转换型和能量控制型.(1)(1)按被测物理量分类按被测物理量分类:(2)(2)

3、按工作原理分类按工作原理分类:(3)(3)按信号变换特征按信号变换特征:(4)(4)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:4你现在浏览的是第四页，共128页A A 物性型与结构型传感器物性型与结构型传感器物性型物性型: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.例如例如:水银温度计水银温度计,压电测力计压电测力计.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电容式和电感式传感器.B B 能量转换型和能量控制型传感器能量转换型和能量控制型

4、传感器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.5你现在浏览的是第五页，共128页常见的被测物理量常见的被测物理量机械量机械量:长度长度,厚度厚度,位移位移,速度速度,加速度加速度,旋转角旋转角,转数转数,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

5、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.6你现在浏览的是第六页，共128页v机械式传感器通常指以弹性体作为敏感元件，输机械式传感器通常指以弹性体作为敏感元件，输出为弹性体弹性变形的传感器，通常用来检测力、出为弹性体弹性变形的传感器，通常用来检测力、压力、温度等物理量。压力、温度等物理量。3.2 机械式传感器机械式传感器几种常用的机械式传感器几种常用的机械式传感器(测力计测力计)7你现在浏览的是第七页，共128页3.3 电阻式传感器电阻式传感器电阻式传感器电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传是把被测量转换为电阻变化的一种传感器感器一、一、变阻器式传感器变

6、阻器式传感器按工作的原理可分为按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式变阻器式、电阻应变式.通过改变电位器触头位置，把位移转换为电阻的通过改变电位器触头位置，把位移转换为电阻的变化。变化。常用的有直线位移型、角位移型和非线性型等常用的有直线位移型、角位移型和非线性型等8你现在浏览的是第八页，共128页v直线位移直线位移型型传感器的输出传感器的输出(电阻电阻)与输入与输入(位移位移)成正比成正比132直线位移型直线位移型9你现在浏览的是第九页，共128页传感器的输出传感器的输出(电阻电阻)与输入与输入(角位移角位移)成线性关系成线性关系角位移型角位移型1 2 3 旋转型旋转型10你现在浏览的是第

7、十页，共128页 传感器的输出传感器的输出(电阻电阻)与输入与输入(位移位移)的关系与变阻的关系与变阻器的骨架形状有关，可根据需要的输入输出之器的骨架形状有关，可根据需要的输入输出之间的关系确定变阻器的骨架形状。间的关系确定变阻器的骨架形状。非线性型：非线性型：11你现在浏览的是第十一页，共128页等效电路分析等效电路分析:132xxpEinEoutRxRLRp-RxR Rp p-总电阻总电阻;x;xp p-变阻总长变阻总长;R;RL L负载电阻负载电阻;x-;x-电刷移动量电刷移动量.12你现在浏览的是第十二页，共128页变阻器式传感器的优点：变阻器式传感器的优点：(1)结构简单、尺寸小、重

8、量轻、价格低廉且性能稳定；结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉且性能稳定；(2)受环境因素受环境因素(如温度、湿度、电磁场干扰等如温度、湿度、电磁场干扰等)影响小；影响小；(3)可以实现输出可以实现输出输入间任意函数关系；输入间任意函数关系；(4)输出信号大，一般不需放大。输出信号大，一般不需放大。变阻器式传感器的缺点变阻器式传感器的缺点(1)因为存在电刷与线圈或电阻膜之间摩擦，因此需要较大因为存在电刷与线圈或电阻膜之间摩擦，因此需要较大的输入能量；的输入能量；(2)由于磨损不仅影响使用寿命和降低可靠性，而且会降低测由于磨损不仅影响使用寿命和降低可靠性，而且会降低测量精度，所以分辨力较低；量精度

9、，所以分辨力较低；(3)动态响应较差，适合于测量变化较缓慢的量。动态响应较差，适合于测量变化较缓慢的量。13你现在浏览的是第十三页，共128页案例：案例：玩具机器人（广州中鸣数码玩具机器人（广州中鸣数码 ）原理直接将关节驱动电机的转动角度变化转换为电阻器阻值变化14你现在浏览的是第十四页，共128页二、电阻应变式传感器二、电阻应变式传感器电阻应变片式传感器分为金属电阻应变片式和半导体电阻应变片式传感器分为金属电阻应变片式和半导体应变片式。应变片式。可用于测量应变、力、位移、加速度、扭矩等参数。可用于测量应变、力、位移、加速度、扭矩等参数。将被测试件的应变量转换成电阻变化的传感器。将被测试件的应

10、变量转换成电阻变化的传感器。15你现在浏览的是第十五页，共128页（一）金属电阻应变片（一）金属电阻应变片 金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形随着它所受机械变形(伸长或缩短伸长或缩短)的变化而发生变化的现的变化而发生变化的现象。象。16你现在浏览的是第十六页，共128页 金属应变片有金属应变片有:丝式、箔式和薄膜式丝式、箔式和薄膜式 优点优点:稳定性和温稳定性和温 度特性好度特性好.缺点缺点:灵敏度小灵敏度小.17你现在

11、浏览的是第十七页，共128页电阻应变片的工作原理电阻应变片的工作原理金属应变片的电阻金属应变片的电阻R为为-电阻丝轴向相对电阻丝轴向相对变形，即纵向应变变形，即纵向应变-电阻丝径向相对电阻丝径向相对变形，即横向应变变形，即横向应变轴向伸长时，必轴向伸长时，必沿径向缩小，有沿径向缩小，有电阻丝材料的电阻丝材料的泊桑比泊桑比E E：弹性模量；：弹性模量；：压阻系数：压阻系数电阻丝电阻率相对电阻丝电阻率相对变化与轴向所受正变化与轴向所受正压力压力有关。有关。18你现在浏览的是第十八页，共128页对金属材料而言，对金属材料而言，相对相对很小，可忽略很小，可忽略较小，一般在较小，一般在1.71.73.6

12、3.6之间之间为应变片的应变系数或灵敏度为应变片的应变系数或灵敏度19你现在浏览的是第十九页，共128页（二）半导体应变片（二）半导体应变片q半导体应变片的使用方法与金属应变片相同，但其工半导体应变片的使用方法与金属应变片相同，但其工作原理是基于半导体材料的压阻效应，即单晶半导体作原理是基于半导体材料的压阻效应，即单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变材料在沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。化的现象。q与金属应变片基于材料的几何尺寸变形的工作原理不与金属应变片基于材料的几何尺寸变形的工作原理不同。同。半导体压阻效应的物理本质：单晶半导体在外力半导体压阻效应的物

13、理本质：单晶半导体在外力的作用下，原子的点阵排列规律发生变化，导致的作用下，原子的点阵排列规律发生变化，导致载流子迁移率及载流子浓度的变化，从而引起电载流子迁移率及载流子浓度的变化，从而引起电阻率的变化。阻率的变化。720你现在浏览的是第二十页，共128页q半导体应变片的灵敏度半导体应变片的灵敏度对半导体而言，对半导体而言，远远大于远远大于因此，忽略因此，忽略这一值比金属应变片大这一值比金属应变片大50507070倍倍21你现在浏览的是第二十一页，共128页 半导体应变片的特点半导体应变片的特点（1）体积小，灵敏度高，有时传感器的输出不需放）体积小，灵敏度高，有时传感器的输出不需放大可直接用于

14、测量大可直接用于测量，横向效应小；横向效应小；（2）半导体温度系数大，需要温度补偿；）半导体温度系数大，需要温度补偿；（3）灵敏度的非线性较大。）灵敏度的非线性较大。22你现在浏览的是第二十二页，共128页（三）电阻应变式传感器的应用（三）电阻应变式传感器的应用q两种应用方式两种应用方式直接用来测定结构直接用来测定结构的应变或应力的应变或应力23你现在浏览的是第二十三页，共128页粘贴在弹性元件上，作为测量力、位移、压粘贴在弹性元件上，作为测量力、位移、压力、加速度等物理量的传感器。力、加速度等物理量的传感器。24你现在浏览的是第二十四页，共128页采用单晶硅做成的悬臂梁式弹性元件，采用平面扩

15、散工艺技术，在采用单晶硅做成的悬臂梁式弹性元件，采用平面扩散工艺技术，在它上面形成四个性能一致的电阻，构成全桥；在梁的自由段连接敏它上面形成四个性能一致的电阻，构成全桥；在梁的自由段连接敏感质量块，组成悬臂梁应变式加速度传感器。感质量块，组成悬臂梁应变式加速度传感器。25你现在浏览的是第二十五页，共128页q电阻应变片测出的是构件或弹性元件的应变，而电阻应变片测出的是构件或弹性元件的应变，而不是应力。只有通过换算，才能得到相应的应力、不是应力。只有通过换算，才能得到相应的应力、力和位移。力和位移。q粘合剂和粘合技术对测量结果有着直接影响。粘合剂和粘合技术对测量结果有着直接影响。因此，粘合剂的选

16、择、粘合前试件表面的清理、因此，粘合剂的选择、粘合前试件表面的清理、粘合的方法和粘合后的固化处理、防潮处理应粘合的方法和粘合后的固化处理、防潮处理应认真对待。认真对待。q应变片用于动态测试时，应考虑应变片本身的动应变片用于动态测试时，应考虑应变片本身的动态响应特性。态响应特性。q应注意应变片工作温度对应变片阻值的影响。应注意应变片工作温度对应变片阻值的影响。26你现在浏览的是第二十六页，共128页案例：案例：电子秤电子秤原理将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。应用应用27你现在浏览的是第二十七页，共128页（四）测量电路（四）测量电路（4.14.1电桥电桥）电桥是将电阻

17、、电感、电容等电参量的变化电桥是将电阻、电感、电容等电参量的变化变为电压或电流输出的一种测量电路。其输出变为电压或电流输出的一种测量电路。其输出既可用仪表直接测量，也可以送入放大器进行既可用仪表直接测量，也可以送入放大器进行放大。放大。电桥的电路形式简单，具有较高的精确度和灵电桥的电路形式简单，具有较高的精确度和灵敏度，因此在测量装置中被广泛应用。敏度，因此在测量装置中被广泛应用。28你现在浏览的是第二十八页，共128页 电桥的分类电桥的分类 按其激励电压的性质分直流电桥和交流电桥。按其输出方式分不平衡桥式电路和平衡桥式电路729你现在浏览的是第二十九页，共128页一、直流电桥一、直流电桥U0

18、U Uy yabcdR1R4R2R3 1.工作原理工作原理要使电桥平衡，输出为零，应满足：或或30你现在浏览的是第三十页，共128页 2.直流电桥的分类直流电桥的分类根据工作中，电阻值参与变化的桥臂数分为半桥式连接和全桥式连接U0U Uy yabcdR1R4R2R331你现在浏览的是第三十一页，共128页（1）半桥单臂联接半桥单臂联接R1=R2=R3=R4=R0其灵敏度为：bU0U Uy yacdR1RR4R2R332你现在浏览的是第三十二页，共128页 特点：特点：1.需高精度的直流电源需高精度的直流电源 2.有非线性误差有非线性误差33你现在浏览的是第三十三页，共128页（2）半桥双臂联接

19、半桥双臂联接bU0U Uy yacdR R1 1 R RR R4 4R R2 2 R RR R3 334你现在浏览的是第三十四页，共128页半桥双臂与半桥单臂相比，有：半桥双臂与半桥单臂相比，有：1.1.灵敏度提高一倍，且是线性的。灵敏度提高一倍，且是线性的。2.2.具有温度补偿功能。具有温度补偿功能。35你现在浏览的是第三十五页，共128页灵敏度比半桥双臂提高一灵敏度比半桥双臂提高一倍，无非线性误差；倍，无非线性误差；具有温度补偿作用。具有温度补偿作用。（3）全桥联接全桥联接U0bU Uy yacdR1RR R4 4 R RR R2 2 R RR R3 3 R R36你现在浏览的是第三十六页

20、，共128页 以以上上电电桥桥是是在在不不平平衡衡条条件件下下工工作作的的，其其输输出出与与电电源源及及其其它它电电阻阻值值有有关关，所所以以当当电电源源不不稳稳定就会产生测量误差。定就会产生测量误差。平衡电桥可以有效地解决这一问题平衡电桥可以有效地解决这一问题 电桥接法不同，输出电压也不同。电桥接法不同，输出电压也不同。半桥单臂灵敏度最小，半桥双臂提高一半桥单臂灵敏度最小，半桥双臂提高一倍，倍，全桥接法，灵敏度最大，因而激励电压全桥接法，灵敏度最大，因而激励电压相同的条件下，输出电压最大。相同的条件下，输出电压最大。37你现在浏览的是第三十七页，共128页平衡电桥平衡电桥 H的的标标度度与与

21、桥桥臂臂电电阻阻值值的的变变化化成成比比例例，故故H的的指指示示值值可可以以直直接接表表达达被被测测量量的的数数值值。这这种种测测量量法法的的特特点点是是在在读读数数时时电电表表G始始终终指指零零，因因此此为为“零零位位测测量量法法”，其其测测量量误误差差取取决决于于可可调调电电位器的精确度位器的精确度一一般般静静态态应应变变仪仪往往往往采采用用这这种种平平衡衡电电桥桥，并并以以手手动动实实现现平平衡衡。在在电电子子电电位位差差计计或或X-Y记记录录仪仪中中，通通常常是是以以伺伺服服电电动动机机来来调调整整电电位位器器的的位位置置，实实现现自自动动调调节节器器平平衡。衡。38你现在浏览的是第三

22、十八页，共128页平衡电桥和不平衡电桥精度的影响因素平衡电桥和不平衡电桥精度的影响因素因不平衡电桥的输出电压与激励电压有关，故其精度受激励电压的稳定性的影响。平衡电桥因电桥最终输出为零，其输出与电桥激励电压无关，故其测量精度只与可调电位器的精度有关。负载影响小。39你现在浏览的是第三十九页，共128页二、二、交流电桥交流电桥 一般而言，电桥输出电压极小，需加放大器，但通用直流放大器容易产生零漂，因此目前通常采用交流放大器，这时电桥需采用交流电源供电。40你现在浏览的是第四十页，共128页1 交流电桥的平衡条件交流电桥的平衡条件交流电桥的四个臂可为电感、电容或电阻，交流电桥的四个臂可为电感、电容

23、或电阻，此时电桥平衡时应满足此时电桥平衡时应满足交流电桥平衡满足交流电桥平衡满足:相对两臂阻抗之模的乘积相相对两臂阻抗之模的乘积相等且其阻抗角之和也相等。等且其阻抗角之和也相等。则电桥平衡时必须同时满足以下两式：则电桥平衡时必须同时满足以下两式：41你现在浏览的是第四十一页，共128页 为为满满足足交交流流电电桥桥的的平平衡衡条条件件，交交流流电电桥桥各各臂臂有有不不同同的的组组合合，常常用用的的电电容容、电电感感电电桥桥，其其相相邻邻两两臂臂接接入入电电阻阻，而而另另外外两两臂臂接接相相同同性性质质的的阻阻抗抗以以保保持持阻阻抗角相同。抗角相同。42你现在浏览的是第四十二页，共128页对对于

24、于右右图图所所示示电电容容电电桥桥，R1R1、R4R4为为电电容容介介质质损损耗耗的的等等效效电阻。平衡条件电阻。平衡条件实部虚部分别相等，则：实部虚部分别相等，则：43你现在浏览的是第四十三页，共128页2.交流电桥的平衡调节交流电桥的平衡调节电桥起始时，很难保证处于平衡状态，产生零位输出，所以必须设置调平衡电路。44你现在浏览的是第四十四页，共128页交流电桥的激励电压均采用单一频率的正弦电压。3.交流电桥的激励电压交流电桥的激励电压45你现在浏览的是第四十五页，共128页将感应耦合的两个绕组作为桥臂而组成的电桥将感应耦合的两个绕组作为桥臂而组成的电桥三、三、带感应耦合臂电桥带感应耦合臂电

25、桥46你现在浏览的是第四十六页，共128页3.4 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，它是把被测量转电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。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阻型可变磁阻型涡流式涡流式互感型互感型47你现在浏览的是第四十七页，共128页（一）可变磁阻式（一）可变磁阻式一、自感型一、自感型可变磁阻式传感器：将被测量的变化转变为磁路磁可变磁阻式传感器：将被测量的变化转变为磁路磁阻的变化，进而转换为电感量的变化。阻的变化，进而转换为电感量的变化。v可变磁阻式的组成及工作原理可变磁阻式的组成及工作

26、原理由线圈、铁心由线圈、铁心和衔铁组成和衔铁组成48你现在浏览的是第四十八页，共128页铁芯线圈电路中，线圈自感量铁芯线圈电路中，线圈自感量L为：为：i磁通量磁通量磁通势磁通势=电流电流*线圈匝数线圈匝数磁路磁阻磁路磁阻所以所以原理原理:49你现在浏览的是第四十九页，共128页L：线圈的电感量；：线圈的电感量；W：线圈的匝数；：线圈的匝数；Rm:磁路的总磁阻；磁路的总磁阻；：铁心和衔铁的磁导率；：铁心和衔铁的磁导率；l:铁心和衔铁总导磁长度；铁心和衔铁总导磁长度；0：空气的磁导率；：空气的磁导率；：气隙长度；：气隙长度；A：铁心导磁截面积；：铁心导磁截面积；A0：空气隙空气隙导磁截面积。导磁截

27、面积。铁心磁阻远小于空气隙的磁阻铁心磁阻远小于空气隙的磁阻50你现在浏览的是第五十页，共128页变气隙变气隙 式式灵敏度为灵敏度为越小，灵敏度越高。越小，灵敏度越高。为减小线性误差，常为减小线性误差，常规定在较小间隙范围规定在较小间隙范围内工作。适用于较小内工作。适用于较小位移的测量，一般约位移的测量，一般约为为0.0010.001 1mm.1mm.51你现在浏览的是第五十一页，共128页 输出电感量与气隙输出电感量与气隙 成反比，与气隙导磁截成反比，与气隙导磁截面积面积A0成正比。成正比。灵敏度与气隙灵敏度与气隙 的平方成反比，的平方成反比，愈小，灵愈小，灵敏度越高。敏度越高。如以气隙如以气

28、隙 为输入量，为输入量，因灵敏度不是常数，故因灵敏度不是常数，故会出现线性误差，这限制了传感器的工作范围。会出现线性误差，这限制了传感器的工作范围。可变磁阻式传感器的特点可变磁阻式传感器的特点52你现在浏览的是第五十二页，共128页v可变导磁面积型可变导磁面积型53你现在浏览的是第五十三页，共128页v差动型差动型衔铁移动时，衔铁移动时，一个线圈自感增加，一个线圈自感增加，另一个线圈自感减另一个线圈自感减少。少。将两线圈接将两线圈接于电桥的相邻桥于电桥的相邻桥臂时，其输出灵臂时，其输出灵敏度可增加一倍。敏度可增加一倍。54你现在浏览的是第五十四页，共128页差动型的特点：差动型的特点：1.灵敏

29、度提高一倍；灵敏度提高一倍；2.非线性误差减小，差动式的线性度非线性误差减小，差动式的线性度得到明显改善；得到明显改善；3.两边结构对称，温度引起的误差可相两边结构对称，温度引起的误差可相互补偿掉。互补偿掉。55你现在浏览的是第五十五页，共128页v单螺管线圈型单螺管线圈型结构简单，结构简单，制造容易。制造容易。灵敏度低，灵敏度低，适用于较大位适用于较大位移移(数毫米）数毫米）的测量。的测量。56你现在浏览的是第五十六页，共128页v双螺管线圈差动型双螺管线圈差动型灵敏度高，线性灵敏度高，线性度好。度好。双螺管线圈差动测量电路测量电路采用电桥采用电桥电路，如电路，如图为带感图为带感应耦合的应耦

30、合的电桥。电桥。857你现在浏览的是第五十七页，共128页（二）涡流式（二）涡流式1.原理：原理：金属体在可变磁场中的金属体在可变磁场中的涡流效应涡流效应 根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，叫涡电流，此现象称为电涡流效应感应电流，叫涡电流，此现象称为电涡流效应58你现在浏览的是第五十八页，共128页原线圈的等效阻抗原线圈的等效阻抗Z变化：变化：涡流传感器的原理：线圈中通高频电流，产生涡流传感器的原理：线圈中通高频

31、电流，产生，贯通导体，导体内产生电涡流，电涡流产生相反的贯通导体，导体内产生电涡流，电涡流产生相反的1 1 使线圈阻抗改变使线圈阻抗改变。由于线圈的阻抗不仅与线圈金属板间的距离有关，由于线圈的阻抗不仅与线圈金属板间的距离有关，还与金属板的电阻率和磁导率以及线圈激磁角频率有关，还与金属板的电阻率和磁导率以及线圈激磁角频率有关，因此，涡流传感器可以用来测量位移和振动、鉴别材质因此，涡流传感器可以用来测量位移和振动、鉴别材质或探伤或探伤。59你现在浏览的是第五十九页，共128页2.涡流式传感器的测量电路涡流式传感器的测量电路阻抗分压式阻抗分压式调幅电路调幅电路涡流式传感器的测量电路有：阻抗分压式调幅

32、电路及调频电路。涡流式传感器的测量电路有：阻抗分压式调幅电路及调频电路。60你现在浏览的是第六十页，共128页61你现在浏览的是第六十一页，共128页调频电路调频电路与调幅法不同的是以回路的谐振频率作为输出与调幅法不同的是以回路的谐振频率作为输出量。再通过鉴频电路进行频率量。再通过鉴频电路进行频率电压转换，从电压转换，从而得到与距离成比例的输出电压。而得到与距离成比例的输出电压。2.涡流式传感器的测量电路涡流式传感器的测量电路62你现在浏览的是第六十二页，共128页3.涡流式传感器的特点涡流式传感器的特点结构简单、使用方便；结构简单、使用方便；可非接触测量；可非接触测量；不受油液介质影响，抗干

33、扰能力强。不受油液介质影响，抗干扰能力强。位移、力、振动测量，测厚位移、力、振动测量，测厚,材质判别，探伤。材质判别，探伤。4.应用：应用：63你现在浏览的是第六十三页，共128页案例：案例：无损探伤无损探伤原理裂纹检测，缺陷造成涡流变化。火车轮检测火车轮检测油管检测油管检测64你现在浏览的是第六十四页，共128页案例：案例：测厚测厚案例：案例：零件计数零件计数65你现在浏览的是第六十五页，共128页二、互感型差动变压器二、互感型差动变压器工作原理工作原理:利用电磁感应中的互感现象。将被测物理量的变化转利用电磁感应中的互感现象。将被测物理量的变化转换成线圈互感的变化。换成线圈互感的变化。当线圈

34、当线圈W1W1输入交流电流输入交流电流时，线圈时，线圈2 2产生感应电产生感应电动势，其大小与电流动势，其大小与电流i1 1的变化率成正比的变化率成正比 M M，比例系数，称为互感（比例系数，称为互感（H H），其大小与两线圈相对位置及周围），其大小与两线圈相对位置及周围介质的导磁能力等因素有关，它表明两线圈之间的耦合程度。介质的导磁能力等因素有关，它表明两线圈之间的耦合程度。其实质是一个变压器，当初级线圈接入稳定交流电，被测参数使其实质是一个变压器，当初级线圈接入稳定交流电，被测参数使互感互感M M变化时，次级输出电压随着变化。由于常采用两个次级线圈组变化时，次级输出电压随着变化。由于常采用

35、两个次级线圈组成差动式，故又称为成差动式，故又称为差动变压器差动变压器式传感器。式传感器。66你现在浏览的是第六十六页，共128页WW1W2结构结构:由初级线圈，两个对由初级线圈，两个对称的次级线圈，骨架，称的次级线圈，骨架，衔铁组成。衔铁组成。两个参数完全相同的次级线圈两个参数完全相同的次级线圈W1和和W2反极性串联。反极性串联。67你现在浏览的是第六十七页，共128页差动变压器是一种互感型电感式传感器，其结构类似于变压差动变压器是一种互感型电感式传感器，其结构类似于变压器，由初级线圈、次级线圈和铁芯组成，铁芯是活动的，初器，由初级线圈、次级线圈和铁芯组成，铁芯是活动的，初级线圈与次级线圈之

36、间耦合的紧密程度受到铁芯位置的影响。级线圈与次级线圈之间耦合的紧密程度受到铁芯位置的影响。在初级线圈加固定交变电压，次级线圈的输出电压幅值与铁在初级线圈加固定交变电压，次级线圈的输出电压幅值与铁芯的位置有一定的关系，从而将铁芯的位置信号转变为输出芯的位置有一定的关系，从而将铁芯的位置信号转变为输出电压信号。由于常常采用两个次级线圈组成差动方式，即当电压信号。由于常常采用两个次级线圈组成差动方式，即当铁芯的位置朝某一方向运动时一个次级输出的电压幅值增加铁芯的位置朝某一方向运动时一个次级输出的电压幅值增加而另一个输出的幅值减小，当铁芯的运动方向改变时，两个而另一个输出的幅值减小，当铁芯的运动方向改

37、变时，两个次级线圈电压幅值的增减也正好相反，因此这种传感器被称次级线圈电压幅值的增减也正好相反，因此这种传感器被称作差动变压器式传感器。作差动变压器式传感器。差动变压器式传感器的工作原理：差动变压器式传感器的工作原理：968你现在浏览的是第六十八页，共128页 输出电压输出电压e0是两个次级线圈感应电压之差，即是两个次级线圈感应电压之差，即e0=e1-e2Ewe1e2e069你现在浏览的是第六十九页，共128页 输出交流电压，且其幅值与铁心位移成正比输出交流电压，且其幅值与铁心位移成正比，但只反映位移的大小，不能反映移动的方，但只反映位移的大小，不能反映移动的方向。向。存在由两个次级线圈结构不

38、对称以及初级线存在由两个次级线圈结构不对称以及初级线圈铜损、铁磁材质不均匀、线圈间分布电容圈铜损、铁磁材质不均匀、线圈间分布电容等原因形成的零点残余电压。等原因形成的零点残余电压。差动变压器的特性：差动变压器的特性：70你现在浏览的是第七十页，共128页测量电路测量电路差动变压器式电感传感器测量位移的原理框图差动变压器式电感传感器测量位移的原理框图71你现在浏览的是第七十一页，共128页差动变压器式传感器的特点：差动变压器式传感器的特点：结构简单，性能可靠；结构简单，性能可靠；精确度高精确度高(0.1 m)，灵敏度高，灵敏度高；线性范围大（线性范围大（0750mm）；稳定度好；稳定度好；使用方

39、便。使用方便。72你现在浏览的是第七十二页，共128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,动力动力;气压气压,温度温度;振动振动,速度速度,加速度等加速度等.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73你现在浏览的是第七十三页，共128页3.5 电容式传感器电容式传感器 一、变换原理一、变换原理:将被测量的变化转化为电容量变化将被测量的变化转化为电容量变化两平行极板组成的电容器两平行极板组成的电容器,它的电容量为它的电容量为:+A真空中

40、介电常数真空中介电常数介质的相对介电常数介质的相对介电常数 当当被被测测量量、A 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变化化变变换换为为电电容容量量的的变变化化。（实实质质上上是是一一个个具具有有可可变参数的电容器）变参数的电容器）74你现在浏览的是第七十四页，共128页分类分类:a)a)极距变化型极距变化型:c)c)介质变化型介质变化型:+b)b)面积变化型面积变化型:角位移型角位移型,平面线位移型平面线位移型,柱面线位移型柱面线位移型.+7

41、5你现在浏览的是第七十五页，共128页（一）（一）极距变化型极距变化型v工作原理工作原理由电容量表达式可知，如两极板互相覆盖面积及极间介质不变，由电容量表达式可知，如两极板互相覆盖面积及极间介质不变，则电容量与极距呈非线性关系。且传感器的灵敏度为则电容量与极距呈非线性关系。且传感器的灵敏度为:+与极距平方成反比，即传感器灵敏度随极距而变化，这将带来线性与极距平方成反比，即传感器灵敏度随极距而变化，这将带来线性误差。因此，通常规定在较小的间隙变化范围内工作，以便获得近误差。因此，通常规定在较小的间隙变化范围内工作，以便获得近似线性关系。一般取极距变化范围为似线性关系。一般取极距变化范围为:76你

42、现在浏览的是第七十六页，共128页v实际应用中，为提高灵敏度，减小非线性，大实际应用中，为提高灵敏度，减小非线性，大都采用差动式结构，在差动式电容器中，当动都采用差动式结构，在差动式电容器中，当动极板位移极板位移 时，电容器时，电容器C1的间隙的间隙 1变为变为 0 ，电容器，电容器C2的间隙的间隙 2变为变为 0 。v可以推导出，两个参数相同的电容采用差动连可以推导出，两个参数相同的电容采用差动连接组成的传感器的灵敏度是使用其中单个电容接组成的传感器的灵敏度是使用其中单个电容器组成传感器的器组成传感器的2倍。线性误差也减小。倍。线性误差也减小。77你现在浏览的是第七十七页，共128页 可进行

43、动态非接触式测量；可进行动态非接触式测量；动态响应好，具有很高的固有频率；动态响应好，具有很高的固有频率；灵敏度高，适用于小位移（灵敏度高，适用于小位移（0.01微米数百微米数百微米）的测量；微米）的测量；存在线性误差；存在线性误差；杂散电容对灵敏度和测量精度有影响，与传杂散电容对灵敏度和测量精度有影响，与传感器配合使用的电子线路也比较复杂。感器配合使用的电子线路也比较复杂。极距变化型电容传感器的特点：极距变化型电容传感器的特点：78你现在浏览的是第七十八页，共128页角位移型、平面线位移型、柱面线位移型角位移型、平面线位移型、柱面线位移型.+如右图，两极板的覆盖面积如右图，两极板的覆盖面积所

44、以电容量所以电容量灵敏度灵敏度为常数为常数（二）面积变化型（二）面积变化型面积变化型也可以采用差动式面积变化型也可以采用差动式79你现在浏览的是第七十九页，共128页v面积变化型的特点：面积变化型的特点：输出与输入成线性关系；输出与输入成线性关系；灵敏度较低，适用于较大直线位移灵敏度较低，适用于较大直线位移或角位移的测量。或角位移的测量。80你现在浏览的是第八十页，共128页这是一种利用介质介电常数的变这是一种利用介质介电常数的变化将被测量转换为电量的传感器。化将被测量转换为电量的传感器。可用来测量电介质的液位或某些可用来测量电介质的液位或某些材料的厚度等，也可用来测量空材料的厚度等，也可用来

45、测量空气的湿度。气的湿度。测纸张、电影胶片等的通过垂直放入液体中，可测量浸入的液面高垂直放入液体中，可测量浸入的液面高度度（三）介质变化型（三）介质变化型981你现在浏览的是第八十一页，共128页二、测量电路二、测量电路（一）电桥型电路（一）电桥型电路将电容传感器作为电桥的一部分，将电容变将电容传感器作为电桥的一部分，将电容变化转换为电桥的电压输出。通常采用电阻、化转换为电桥的电压输出。通常采用电阻、电容、或电感、电容组成的交流电桥。电容、或电感、电容组成的交流电桥。83你现在浏览的是第八十三页，共128页由高频振荡器输由高频振荡器输入稳定的振荡信入稳定的振荡信号，幅值和频率号，幅值和频率恒定

46、，当被测量恒定，当被测量使电容值发生变使电容值发生变化时，则谐振电化时，则谐振电路的阻抗发生变路的阻抗发生变化，并转换成电化，并转换成电压或电流输出。压或电流输出。经放大、检波可经放大、检波可得到输出得到输出（二）谐振电路：（二）谐振电路：84你现在浏览的是第八十四页，共128页当被测量使电容值发生变化时，振荡器的频率产生相当被测量使电容值发生变化时，振荡器的频率产生相应的变化，即振荡器输出受被测信号调制的调频波，应的变化，即振荡器输出受被测信号调制的调频波，该调频波经过鉴频器变为电压变化。这种电路具有抗该调频波经过鉴频器变为电压变化。这种电路具有抗干扰性强、灵敏度高等优点，可测干扰性强、灵敏

47、度高等优点，可测0.01微米的位移。微米的位移。但缺点是电缆电容的影响较大，使用中有些麻烦。但缺点是电缆电容的影响较大，使用中有些麻烦。（三）调频电路：（三）调频电路：85你现在浏览的是第八十五页，共128页输入阻抗采用固定电容输入阻抗采用固定电容C0，反馈阻抗采用，反馈阻抗采用电容传感器电容传感器C，由运算放大器的运算关系得，由运算放大器的运算关系得输出电压与电容传感器的间隙成线性关系。输出电压与电容传感器的间隙成线性关系。（四）运算放大器电路：（四）运算放大器电路：极距变化型电容传感器的极距变化与电容变化量成非线性关系，这一缺极距变化型电容传感器的极距变化与电容变化量成非线性关系，这一缺点

48、使电容传感器的应用受到一定限制。采用比例运算放大器可得到输出点使电容传感器的应用受到一定限制。采用比例运算放大器可得到输出与位移之间的线性关系与位移之间的线性关系86你现在浏览的是第八十六页，共128页三三、测量电路设计中应注意的问题测量电路设计中应注意的问题q注意传感器板极与周围元件之间以及连接电注意传感器板极与周围元件之间以及连接电缆存在的分布和寄生电容的影响。缆存在的分布和寄生电容的影响。为减小或消除上述因素的影响，常采用为减小或消除上述因素的影响，常采用缩短传感器和测量电路之间的电缆。缩短传感器和测量电路之间的电缆。采用专用的驱动电缆。采用专用的驱动电缆。87你现在浏览的是第八十七页，

49、共128页 应用应用案例案例:液面高度测量液面高度测量88你现在浏览的是第八十八页，共128页3.6 压电式传感器压电式传感器 一、工作原理一、工作原理:压电效应压电效应：某些物质，如石英，某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅几何尺寸当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部也会被极化，会发生变化，而且内部也会被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时，表面会产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。称为压电效应。压电式传感器是利用某些物质的压电效应，把被测量的压电式传感器是利用某些物质的压电效应，把被测量的变化转换为电荷量变化的传

50、感器。变化转换为电荷量变化的传感器。相反，如果将这些物质置于电场中，其几何尺寸也会发相反，如果将这些物质置于电场中，其几何尺寸也会发生变化，这种由于外电场的作用导致物质的机械变形称为逆生变化，这种由于外电场的作用导致物质的机械变形称为逆压电效应，或称为电致伸缩。压电效应，或称为电致伸缩。89你现在浏览的是第八十九页，共128页q=dcFF+电荷量电荷量压电常数压电常数作用力作用力沿沿x x轴方向受力轴方向受力FxFx，垂直，垂直x x轴的轴的平面产生电荷，平面产生电荷，称纵向效应称纵向效应沿沿y y轴方向受轴方向受力力FyFy，垂直，垂直x x轴的平面产生轴的平面产生电荷，称横向电荷，称横向效