Chapter6 1-6 传感器原理与测量电路

i
1
2
L = N Rm
2
自感式传感器
1 ― 线圈； 2 ― 铁芯； 3 ― 衔铁。
d
• 对图示情况，因为气隙厚度d较小，可以认为气 隙磁场是均匀的，若忽略磁路铁损，则总磁阻 为
Rm =
6.3.2电感式传感器
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li 2d ( )+ i Si 0S
式中 li——各段磁导体 的长度； Si——各段磁导体截面积； μi——各段磁导体的磁导率； S ——空气隙横截面积； μ0——空气的磁导率
•1 变阻器式传感器
6.2 电阻式传感器 • 等效电路分析: •L-变阻器总长; •x-电刷移动量. •R-总电阻; •RL电刷电阻;
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L
x
R=K*l
L
l=R/K =
R
RL
E E1
x
=
E
E1
x=L*E1 / E
6.2 电阻式传感器
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x=L*E1 / E
E
= K*E1
E1
0
x
L
6.2 电阻式传感器
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E
R-Rx
Rx
E1
Rm
V
E1
=
E
L
x
+
R Rm
(1
-
x
L
)
6.2 电阻式传感器 负载效应 E1
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=E
[
L
x
+
R Rm
(1
-
x
L
) ]
E
0
L
6.2 电阻式传感器
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(2) 变阻器式传感器的性能参数: 1)线性(或曲线的一致性); 4)移动或旋转角度范围; 2) 分辨率; 5)电阻温度系数; 3)整个电阻值的偏差; 6)寿命;
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6.2 电阻式传感器 案例：振动式地音入侵探测器
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适合于金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打 洞、爆破等破坏行为均可及时发现。
6.2 电阻式传感器
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第6章、传感器测量原理
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6.3 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 测量转化为电感量的一种装置。
机械工程测试技术
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第6章、传感器原理与测量电路
本章学习要求：
1.了解传感器的分类 2.掌握常用传感器测量原理 4.了解传感器测量电路
6.1 概述
实应大种 用用量类 性广学繁 强泛科多 ；；交； 叉 ；
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6.1 概述
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6.本章的学习要求
• • • • 掌握常用传感器的工作原理及结构特点； 了解传感器的应用方法； 常用传感器的典型后续处理电路； 常用传感器的使用注意事项；
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M
R1
R2
L
1
L
2
图 4 - 21 电涡流传感器的 等效电路
6.3.2电感式传感器
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两线圈通过磁通耦合，用互感系数 来表示它们的 耦合程度。根据基尔霍夫定律，可写出方程组
由此方程组求解可得线圈的等效阻抗为
+ jL I R1 I 1 1 1 jMI 2 = E jMI1 + R2 I 2 + jL2 I 2 = 0
金属丝应变片：
dR = (1 + 2 ) R
V与应变成线形关系，可以用电桥测量电压测量应变
6.2 电阻式传感器
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电阻应变片的选择、粘贴技术
1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等 缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。 2.用数字万用表测量应变片电阻值大 小。同一电桥中各应变片之间阻值 相差不得大于0.5欧姆. 4.试件表面处理：贴片处置用细纱纸打磨干净，用 酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。 4.应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴502胶水， 轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。
V
R4
R2 R4 R1 R3 V= E ( R1 + R4 )(R2 + R3 )
6.2 电阻式传感器
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R2 R4 R1 R3 V= E ( R1 + R4 )(R2 + R3 )
令：
R1 = R R2 = R3 = R R4 = R + dR
R( R + dR) RR E dR V= E = 4 R ( R + R + dR)(R + R)
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Z = Z ( , , , )
6.3.2电感式传感器
电涡流传感器
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• 电涡流式传感器的工作原理是基于金属平板置 于交变磁场中产生感应电流，这种电流在金属 平板内自行闭合，称之为涡流。
• 类型：高频反射式和低频透射式 • 特点：灵敏度高，分辨率可达1μm，频率范围 0~10kHz，非接触式测量和抗干扰性强。
1）几何参数：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用 b×L表示。
2）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参数。
4）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）。
6.2 电阻式传感器
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3) 应变片测量电路
R1 R2
E
R3
6.3.2电感式传感器
• 如图4-20所示，将扁平线圈1置于金 属导体2附近，当线圈中通以正弦 交变电流i1时，线圈的周围空间产 生正弦交变磁场H1，处于此交变磁 场中的金属导体内就会产生涡流i2， 此涡流也将产生交变磁场H2，H2的 方向与H1的方向相反，由于涡流要 消耗一部分能量，从而使线圈的等 效参数发生变化，这种变化可用等 效电路作简化推导。
6.1 概述 2)按工作的物理基础分类:
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机械式,电气式,光学式,流体式等.
6.1 概述
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3)按信号变换特征: 能量转换型和能量控制型. 能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计,压电式加速度计. 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.例如:电阻应变片.
2. 传感器的构成
传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件 的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。 辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、 阻抗匹配，以便于后续仪表接入。
d
V
6.1 概述
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4. 传感器的分类
1)按被测物理量分类 常见的被测物理量 机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 旋转角,转数,质量,重量,力, 压力,真空度,力矩,风速,流速, 流量; 声: 声压,噪声. 磁: 磁通,磁场. 温度: 温度,热量,比热. 光： 亮度，色彩
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6.2 电阻式传感器
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半导体应变计
dR dl 2dr d = + R l r
简化为：
dR d = E = R
• 优点：灵敏度大;体积小; • 缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。
6.2 电阻式传感器
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3) 应变片的主要参数
6.3.2电感式传感器
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常用的三种类型
x x
d x
(a)
(b) (b) 变面积式 自感式位移传感器 (c)
(c) 螺管式
(a) 变气隙式
6.3.2电感式传感器
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为了提高传感器的灵敏度和精度，增大线性范 围，实际上许多传感器都做成差动式。如图416所示，其机械结构相当于两个上述变气隙厚 度元件的组合。输出特性如图4-17所示。后续 电路采用交流电桥，两电感式传感元件，分别 接到交流电桥相邻两臂，形成电桥电路。
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标准产品
6.2 电阻式传感器 案例：桥梁固有频率测量
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6.2 电阻式传感器 案例：电子称
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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。
6.2 电阻式传感器 案例：冲床生产记数 和生产过程监测
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6.2 电阻式传感器 案例：机器人握力测量
6.2 电阻式传感器
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5.焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。
6.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应 大于500M欧。
7.应变片保护：用704硅橡胶覆于应变片上，防止 受潮。
6.2 电阻式传感器
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电阻应变式传感器的应用：测力
6.2 电阻式传感器
原材料
原理：弹簧->力->位移 ->电位器->电阻
比较
重量设定
6.2 电阻式传感器 案例：煤气包储量检测
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钢丝
煤气包
原理：钢丝->收线圈数 ->电位器 ->电阻
6.2 电阻式传感器
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案例：玩具机器人（广州中鸣数码 ）
原理：电机->转角 ->电位器 ->电阻
6.2 电阻式传感器
金属丝：
dR dl 2dr d = + R l r
金属丝体积不变：
dr dl = = r l
6.2 电阻式传感器 有：