传感器 第四章

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传感器第四章思考题与习题

传感器第四章思考题与习题

第四章 思考题与习题1、如何改善单组式变极距型电容传感器的非线性答:对于变极距单组式电容器由于存在着原理上的非线性,所以在实际应用中必须要改善其非线性。

改善其非线性可以采用两种方法。

(1)使变极距电容传感器工作在一个较小的范围内(μm 至零点几毫米),而且最大△δ应小于极板间距δ的1/5—1/10。

(2)采用差动式,理论分析表明,差动式电容传感器的非线性得到很大改善,灵敏度也提高一倍。

2、单组式变面积型平板形线位移电容传感器,两极板相对覆盖部分的宽度为4mm ,两极板的间隙为,极板间介质为空气,试求其静态灵敏度若两极板相对移动2mm ,求其电容变化量。

(答案为mm,) 已知:b =4mm ,δ=,ε0=×10-12F/m 求:(1)k=;(2)若△a=2mm 时 △C=。

解:如图所示∵ δεδεab S C ==; a Ck ∆∆=;pF mm mmmm mm pF a b b a a ab C 142.05.024/1085.8)(3000=⨯⨯⨯=∆=∆--=∆-δεδεδε mm pF mmpFa C k /07.02142.0=∆∆=3、画出并说明电容传感器的等效电路及其高频和低频时的等效电路。

答:电容传感器的等效电路为:其中:r :串联电阻(引线、焊接点、板极等的等效电阻); L :分布电感(引线、焊接点、板极结构产生的);CP :引线电容(引线、焊接点、测量电路等形成的总寄生电容) C0:传感器本身电容;Rg :漏电阻(极板间介质漏电损耗极板与外界的漏电损耗电阻) 低频时等效电路和高频时等效电路分别为图(a )和图(b):4、设计电容传感器时主要应考虑哪几方面因素答:电容传感器时主要应考虑四个几方面因素:(1)减小环境温度湿度等变化所产生的影响,保证绝缘材料的绝缘性能;(2)消除和减小边缘效应;(3)减小和消除寄生电容的影响;(4)防止和减小外界干扰。

5、何谓“电缆驱动技术”采用它的目的是什么答:电缆驱动技术,即:传感器与测量电路前置级间的引线为双屏蔽层电缆,其内屏蔽层与信号传输线(即电缆芯线)通过1 :1放大器而为等电位,从而消除了芯线与内屏蔽层之间的电容。

传感器第四章 光电式传感器原理与应用

传感器第四章  光电式传感器原理与应用

真空光电管的伏安特性
充气光电管的伏安特性
充气光电管: 构造和真空光电管基本相同,优点是灵敏度高. 所不同的仅仅是在玻璃泡内充以少量的惰性气体 其灵敏度随电压变化的稳定性、频率特性等都比真空光电管差
4.1 光电效应和光电器件
4.1.1 光电管 4.1.2 光电倍增管 4.1.3 光敏电阻 4.1.4 光敏二极管和光敏晶体管 4.1.5 光电池 4.1.6 光电式传感器的应用
4.1.2 光电倍增管
在入射光极为微弱时,光电管能产生的光电流就很小, 光电倍增管:放大光电流 组成:光电阴极+若干倍增极+阳极
光电倍增管的结构 与工作原理
光电阴极 光电倍增极 阳极 倍增极上涂有Sb-Cs或Ag-Mg等光敏材料,并且电 位逐级升高
阴极发射的光电子以高速射到倍增极上,引起二 次电子发射
4.1.4 光敏二极管和光敏晶体管
1. 工作原理 2.ຫໍສະໝຸດ 基本特性1. 工作原理 结构与一般二极管相似,装在透明玻璃外壳中 在电路中一般是处于反向工作状态的
光敏二极管
光敏晶体管
与一般晶体管很相似,具有两个pn结。把光信 号转换为电信号同时,又将信号电流加以放大。
2. 基本特性
(1)光谱特性 (2)伏安特性 (3)光照特性 (4)温度特性 (5)频率响应
第4章 光电式传感器原理与应用
4.1 光电效应和光电器件 4.2 光电码盘 4.3 电荷耦合器件 4.4 光纤传感器 4.5 光栅传感器
光电式传感器
工作原理:把被测量的变化转换成光信号的变化,然后
通过光电转换元件变换成电信号。
1
2
辐射源
光学通路
I
光电元件
x1
x2

第四章电感式传感器第一节自感式传感器

第四章电感式传感器第一节自感式传感器
2、测量电路
(2)变压器电桥
电桥的两个平衡臂为变压器的两个副边。电 桥的输出与前面交流电桥类似。
1、工作原理 气隙型电感传感器由线圈、铁芯和衔铁
组成,工作时,气隙厚度δ随衔铁运动而变
化,引起磁阻变化(故又称为磁阻式传感 器),从而导致电感变化而在线圈中产生感 应电动势。
线圈电感为:
式中,N 为线圈匝数; 为R m磁、工作原理
假设气隙磁场是均匀的,在忽略磁路铁损后, 磁路的总磁阻为:
式中, 为铁芯磁路总长, 为衔铁磁路总长,
δ为气隙厚度,
分别为铁芯、衔铁、真空磁导率, 分别为铁芯、衔铁、气隙的截面积。
一、变磁阻式电感传感器
1、工作原理
将总磁阻代入电感公式,得
由于
,则上式可简化为:
由公式可知,电感 L 是气隙截面积 A 和长 度δ 的函数。由此可制成两种类型的传感器:
变气隙型和变截面型。
第四章 电感式传感器
§4-1 自感式传感器 §4-2 差动变压器式传感器 §4-3 电涡流式传感器
第四章 电感式传感器
概述
【能量变换】属能量控制型传感器
第四章 电感式传感器
概述
【原理】是利用线圈自感和互感来实现非电量 的电测。
【用途】检测位移、振动、压力、应变、流量 和比重等
【类型】自感式、互感式和电涡流式。 【特点】结构简单、分辩率高、输出信号强、
1、单线圈型工作原理
(1)螺管内未插入铁芯时,螺管线圈的电感为
式中 r —— 螺管半径; l —— 螺管圈长度。
二、螺管型电感传感器
1、单线圈型工作原理
(2)当铁芯插入长度 lx 等于线圈长度 l 时,
线圈电感为:
二、螺管型电感传感器

第四章电感式传感器

第四章电感式传感器

式中,r 、rc 为螺管、铁芯的半径;l、l为c 螺管、铁芯 的长度; lc 、rc 位移量。
所以,传感器灵敏度为:
K
4 2 N 2
l2
r
1 rc2
107
采用差动形式,灵敏度可提高一倍。 提高灵敏度的途径:
①使线圈与铁芯尺寸比值和趋于1; ②铁芯的材料选用导磁率大的材料。
三种自感式传感器的比较: ◆ 变间距式: 灵敏度最高,且随间距增大而减小;
4.2.4 误差因素分析
(1)激励电源的影响 幅值和频率都会直接影响输出,必须适当选择 合适的值。
(2)温度的影响: 温度变化,引起线圈磁场发生变化,从而产生 温漂(品质因数Q低时,影响更为严重。
解决方法:①采用恒流源供电; ②提高线圈的品质因数; ③采用差动电桥。
(3)零点残余电压 差动变压器在初始状态下,衔铁处于中间位置, 存在零点残余电压,
常用测量电路为: ◆ 差动整流电路 ◆ 相敏检波电路
1. 差动整流电路 差动整流电路分为全波和半波电路,如图所示:
以图(c)为例,波形变化为:
2.相敏检测电路
4.2.6 应用
(1)差动变压器式加速度传感器
(2)差动变压器式微压力变送器
微压传感器
退出
电感测微仪------差动式自感传感器测量微位移
4.1 自感式传感器
自感传感器的常见形式有气隙型和螺管型。
一、气隙型电感传感器 1. 工作原理:
线圈的电感为:
N2 L
Rm
Rm
l1
1S1
l2
2S2
l
0S
一般铁心的磁阻远较气隙磁阻小,有
Rm
l
0S
电感值与以下几个参数有关:与线圈匝数N 平方成正比;与空气隙有效截面积S成正比;与 空气隙长度所反比。

《传感器及其应用》第四章习题答案

《传感器及其应用》第四章习题答案

第四章 思考题与习题1、简述磁电感应式传感器的工作原理。

磁电感应式传感器有哪几种类型?答:磁电感应式传感器是以电磁感应原理为基础的,根据法拉第电磁感应定律可知,N 匝线圈在磁场中运动切割磁力线或线圈所在磁场的磁通量变化时,线圈中所产生的感应电动势e 的大小取决于穿过线圈的磁通φ的变化率,即:dtd Ne Φ-= 根据这个原理,可将磁电感应式传感器分为恒定磁通式和变磁通式两类。

2、某些磁电式速度传感器中线圈骨架为什么采用铝骨架?答:某些磁电式速度传感器中线圈采用铝骨架是因为线圈在磁路系统气隙中运动时,铝骨架中感应产生涡流,形成系统的电磁阻尼力,此阻尼起到衰减固有振动和扩展频率响应范围的作用。

3、何谓磁电式速度传感器的线圈磁场效应,如何补偿?答:线圈磁场效应是指磁电式速度传感器的线圈中感应电流产生的磁场对恒定磁场作用,而使其变化。

如公式v BlN e 0-=知,由于B 的变化而产生测量误差。

补偿方法通常是采用补偿线圈与工作线圈串接,来抵消线圈中感应电流磁场对恒定磁场的影响。

4、为什么磁电感应式传感器在工作频率较高时的灵敏度,会随频率增加而下降? 答:由理论推到可得传感器灵敏度与频率关系是:42020220220)(1)(1)2()1()(ωωωωξωωξωωωω-===+-=NBl v e k v NBl e v 取 当振动频率低于传感器固有频率时,这种传感器的灵敏度是随振动频率变化;当振动频率远大于固有频率时,传感器的灵敏度基本上不随振动频率而变化,而近似为常数;当振动频率更高时,线圈阻抗增大,传感器灵敏度随振动频率增加而下降。

5、变磁通式传感器有哪些优缺点?答:变磁通式传感器的优点是对环境条件要求不高,能在-150—+900C 的温度条件下工作,而不影响测量精度,也能在油、水雾、灰尘等条件下工作。

缺点主要是它的工作频率下限较高,约为50Hz ,上限可达100kHz ,所以它只适用于动态量测量,不能测静态量。

传感器与检测技术第四版 第四章

传感器与检测技术第四版 第四章
二进制码盘的粗大误差及消除
要求各个码道刻划精确,彼此对准,给码盘制作造成很大困难 有—个码道提前或延后改变,就可能造成输出的粗大误差
消除粗大误差方法: (1) 双读数头法,循环码代替二进制码
六位循环码码盘
特点:
(1) n位循环码码盘具有2n种不同编码;
(2) 循环码码盘具有轴对称性, 其最高位相反,其余各位相同
二进制码转换为循环码的电路
循环码转变为二进制码的电路
循环码是无权码,直接译码有困难, 一般先转换为二进制码再译码
单盘与多盘编码器:
单盘编码器: 全部码道在一个圆盘上,结构简单,使用方便
多盘编码器: 几个码盘通过机械传动装置连成一起,可大大提高分辨率
4.2.4 光电码盘的应用
光学码盘测角仪
脉冲当量变换
(3) 循环码为无权码 (4) 循环码码盘转到相邻区域时,编码中只有一位发生变化,
不会产生粗误差
4.2.3 二进制码与循环码的转换
十进制数 0 1 2 3 4 5 6 7
二进制码 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
循环码 0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100
阻挡层光电效应(光生伏特效应): 在光线作用下使物体产生一定方向的电动势的现象。 如光电池、光敏晶体管
4.1.1 光电管
4.1.2 光电倍增管
特点:放大光电流。 结构:光电阴极+若干倍增极+阳极 工作原理: 二次电子发射系数 σ =二次发射电子数/入射电子数 若倍增极有n,则倍增率为σn
4.1.3 光敏电阻
4.1.6 光电式传感器的应用
1. 模拟式光电传感器的应用 原理: 光电器件的光电流随光通量而变化,是光通量的函数。 光通量随被测非电量而变化,这样光电流就是被测非电量的函数 光电比色高温计

传感器与检测技术-第4章 电容式传感器

传感器与检测技术-第4章 电容式传感器

4.1 电容式传感器的工作原理和类型
平板电容器是由金属极板及板间电介质构成的。若忽略边缘效应,其 电容量为
改变电容器电容C的方法: 一是为改变介质的介电常数ε; 二是改变形成电容的有效面积S; 三是改变两个极板间的距离d。
电容式传感器基本类型
通过改变电容得到电参数的输出为电容值的增量ΔC,从
• 4.2.1 电容式传感器的等效电路
• 在低频时,传感器电容的阻抗非常大,因此L和r的影响可以忽略。
• 其等效电路可简化为图 b,其中等效电容Ce=C0 + CP,等效电阻Re≈Rg。 • 在高频时,传感器电容的阻抗就变小了,因此L和r的影响不可忽略,而漏电
阻的影响可以忽略。
• 其等效电路可简化为图c,其中等效电容Ce=C0+CP,而等效电阻re ≈ rg。
• 在实际应用中,为了提高测量精度,减动极板与定极板之间 的相对面积变化而引起的测量误差,大都采用差动式结构。
• 3.变介电常数型电容传感器
• 变介电常数式电容传感器的极距、有效作用面积不变,被测量 的变化使其极板之间的介质情况发生变化。
• 传感器的总电容量C为两个电容C1和C2的并联结果,即
若传感器的极板为两同心圆筒,传感器的总电容C等于上、下部分电容C1 和C2的并联,即
2.变面积型电容传感器
与变极距型相比,它们的测量范围大。可测较大的线位移或角位移。 平板型电容传感器两极板间的电容量为
• 可见,变面积型电容传感器的输出特性是线性的,适合测量较 大的位移
• 增大极板长度b,减小间距d,可使灵敏度提高
• 极板宽度a的大小不影响灵敏度,但也不能太小,否则边缘影 响增大,非线性将增大。
而完成由被测量到电容量变化的转换。

传感器原理及应用第四章 电容式传感器

传感器原理及应用第四章 电容式传感器

11
电容式油量表
电容 传感器
油箱
液 位 传 感 器
12
同轴连接器 刻度盘
伺服电动机
电容式压差传感器




应Leabharlann 用1-硅油 2-隔离膜 3-焊接 密封圈 4-测量膜片(动电
测 量 液
极) 5-固定电极

13
电容式加速度传感器
结构 1-定极板 2-质量块 3-绝缘体 4-弹簧片
钻地导弹
14
轿车安全气囊
ΔC U0 C0 U
差动脉冲调宽测量转换电路
初始时,C1=C2,输出电压平均值为零。 测量时, C1≠C2 ,输出电压Uo与电容的
差值成正比。
7
差动脉冲调宽测量转换电路
与电桥电路相比,差动脉宽电路只采用 直流电源,不需要振荡器,只要配一个 低通滤波器就能工作,对矩形波波形质 量要求不高,线性较好,不过对直流电 源的电压稳定度要求较高。
16
指纹识 别手机
汽车防盗 指纹识别
趣味小制作-电容式接近开关
电阻 电容 三极管 二极管 电感 继电器 电极片 电源 开关、导线。
17
制作提示
为了较好地演示制作好的电路,将继电 器触点(虚线所连的触点)所在的控制 电路接上,为了直观,控制对象可选择 灯或喇叭。 接近开关的检测物体,并不限于金属导 体,也可以是绝缘的液体或粉状物体。 制作时要考虑环境温度、电场边缘效应 及寄生电容等不利因素的存在。
8
运算放大器式测量转换电路
输出电压
Uo
C Cx
Ui
如果传感器为平板形
电容器,则
Uo
CU i
A
d
此电路能解决变极距型电容式传感器的

电子课件-《传感器技术与应用》-A05-3188 第四章 力敏传感器

电子课件-《传感器技术与应用》-A05-3188 第四章  力敏传感器

第四章 力敏传感器
常见的压电式传感器
第四章 力敏传感器
2.压电材料特点和分类
用于制作压电元件的压电材料一般分为三大类: 一是压电晶体(单晶),它包括石英晶体和其他 压电单晶; 二是压电陶瓷; 三是新型压电材料,其中有压电半导体和有机高 分子压电材料两种。
第四章 力敏传感器
石英晶体薄片
压电陶瓷
第四章 力敏传感器
二、压电材料的主要特性参数
1.压电常数
压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数,它直接 关系到压电元件输出的灵敏度。
2.弹性常数
压电材料的弹性常数、刚度决定着压电元件的固有 频率和动态特性。
3.介电常数
对于一定形状、尺寸的压电元件,其固有电容与介 电常数有关;而固有电容又影响着压电传感器的频率 下限。
电阻应变片的工作原理是利用导体或半导体材料 的电阻应变效应,即导体或半导体材料在外力作用下, 会产生机械变形,其电阻值也将随着发生变化的现象。
第四章 力敏传感器
实验表明,在金属丝的弹性变形范围内,当金属 丝受外力作用时,其长度和截面积都会发生变化,当 金属丝受外力作用而伸长时,其长度增加,而截面积 减少,电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩 时,长度减小而截面增加,电阻值则会减小。
第四章 力敏传感器
二以使用面积和电阻值表示,如 (3×10)mm2,120Ω。
2.应变片的灵敏系数K 3.应变片允许工作电流 4.应变极限 5.横向效应
第四章 力敏传感器
三、电阻应变片的选用
1.电阻应变片的选择 (1)应变片结构形式的选择
第四章 力敏传感器
名称 丝式 箔式 薄膜式
特点 制造简单、价格便宜、性能稳定、易于粘贴等优点,但蠕 变较大,金属丝易脱胶,逐渐被箔式所取代,多用于大批量、 一次性试验 表面积与截面积之比大,散热条件好,允许通过较大电流, 从而增大输出信号,提高灵敏度;可根据测量需要制成任意 形状,在制造工艺上能保证敏感栅尺寸准确线条均匀;具有 较好的可挠性,有利于粘贴及应变的传递;易加工,适于批 量生产 应变灵敏系数大,允许电流密度大,工作范围广,易实现 工业化生产,但难以控制电阻与温度和时间的变化关系,是 一种很有前途的新型应变片

传感器原理及应用-第4章-4.1变磁阻式电感传感器

传感器原理及应用-第4章-4.1变磁阻式电感传感器

§4.1 变磁阻式电感传感器
一、变磁阻式传感器工作原理
变磁阻式传感器即自感式电感传感器:
利用线圈自感量的变化来实现测量的。
铁芯
传感器结构:线圈、铁芯和衔铁三部
线圈
分组成。
工作原理:铁芯和衔铁由导磁材料如
硅钢片或坡莫合金制成,在铁芯和衔铁之间 衔铁 有气隙,气隙厚度为δ,传感器的运动部分
与衔铁相连。当被测量变化时,使衔铁产生
3
差动变
2 截面式
4
§4.1 变磁阻式电感传感器
一、变磁阻式传感器工作原理 二、变磁阻式传感器基本类型 三、变截面式自感传感器输出特性 四、变间隙式自感传感器输出特性 五、差动式自感传感器 六、自感式传感器的等效电路 七、自感式传感器的测量电路
§4.1 变磁阻式电感传感器
六、自感式传感器的等效电路
L U L2
~
I
C

U
Z1
2
A

U 2
Z2
U 0
D
B
U o

Z2 Z1 Z1 Z2
U 2

Z Z
U 2

L U L2
当衔铁上下移动相同距 离时,电桥输出电压大小相 等而相位相反。
§4.1 变磁阻式电感传感器
七、自感式传感器的测量电路
2、变压器式交流电桥
§4.1 变磁阻式电感传感器
§4.1 变磁阻式电感传感器
五、差动式自感传感器
三种基本类型: 在实际使用中,常采用两个相同的传感线
圈共用一个衔铁,构成差动式自感传感器。
44
3
差动结构的特点:
(1)改善线性、提高灵敏度外;
(2)补偿温度变化、电源频率变化等的 影响,从而减少了外界影响造成的误差。

传感器及基本特性(第四章 )解读

传感器及基本特性(第四章 )解读

描述传感器输入一输出关系的方法有两种:一是传 感器的数学模型;二是传感器的各种基本特性指标。两 者都可用于描述传感器的输入、输出关系及其特性。
14
一、传感器静态特性一般知识
传感器的静态特性是指传感器在静态工作
状态下的输入输出特性。所谓静态工作状态是
指传感器的输入量恒定或缓慢变化而输出量也
达到相应的稳定值时的工作状态。这时输出量


13
第二节 传感器的静态特性
传感器所测量的量(物理量、化学量及生物量等)经 常会发生各种各样的变化。例如,在测量某一液压系统 的压力时,压力值在一段时间内可能很稳定,而在另一 段时间内则可能有缓慢起伏,或者呈周期性的脉动变化, 甚至出现突变的尖峰压力。传感器主要通过其两个基本 特性—静态特性和动态特性,来反映被测量的这种变动 性。
4
举例:测量压力的电位器式压力传感器
1-弹簧管 2-电位器
5
弹性敏感元件(弹簧管)
敏感元件在传感器中直接感受被测量, 并转换成与被测量有确定关系、更易于转换 的非电量。
6
弹性敏感元件(弹簧管)
在下图中,弹簧管将压力转换为角位移α
7
弹簧管放大图
当被测压力p增大时,弹簧管撑直,通过齿 条带动齿轮转动,从而带动电位器的电刷产生 角位移。
接地
11
测量转换电路的作用是将传感元件输出 的电参量转换成易于处理的电压、电流或频 率量。 在左图中,当电 位器的两端加上电源 后,电位器就组成分 压比电路,它的输出 量是与压力成一定关 系的电压Uo 。
12
二、传感器分类
传感器的种类名目繁多,分类不尽相 同。常用的分类方法有: 1)按被测参数分类:可分为位移、力、 力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、 流量、流速等传感器。 2)按测量原理分类:可分为电阻、电容、 电感、光栅、热电耦、超声波、激光、红 外、光导纤维等传感器。

第4章 电感式传感器

第4章 电感式传感器
(c) 四节式
3
(d) 五节式
图4.12 差动变压器线圈各种排列形式 1 一次线圈;2 二次线圈;3 衔铁
三节式的零点电位较小,二节式比三节式灵敏度高、线性范 围大,四节式和五节式改善了传感器线性度。
2.2 工作原理
以三节式差动变压器为例,将两个匝数相等的次级绕组的 同名端反向串联,当初级绕组W1加以激磁电压时,根据变压器 的作用原理在两个次级绕组W2a和W2b中就会产生感应电势,如 果工艺上保证变压器结构完全对称,则当活动衔铁处于初始平 衡位置时,输出电压为零。
U1 U 2 j ( M 1 M 2 ) R1 jL1 其有效值为: (M1 M 2 )U1 U2 R12 (L1 ) 2
.
E 21 jM 1 I.1 . E 22 jM 2 I1
.
.
R1
M1
.
. U1 ~ M2
L21 L22 R22
U2
. ~ E22
(c)、(d) 螺线管式差动变压器
(e)、(f) 变面积式差动变压器
二次绕组
二次绕组 衔铁
一次绕组
图4.11 螺线管式差动变压器的结构示意图
螺管型差动变压器根据初、次级排列不同有二节式、三节 式、四节式和五节式等形式。 1 1 1 1 2 1 2 1 2 1 2
2
(a) 二节式
3
(b) 三节式
2
II. 变面积型灵敏度较小,但线性较好,量程较大; III.螺管型灵敏度较低,但量程大且结构简单。
1.4 差动式自感传感器
由于线圈中通有交流励磁电流,因而衔铁始终承受电 池吸力,会引起振动和附加误差,而且非线性误差较大。 外界的干扰、电源电压频率的变化、温度的变化都会 使输出产生误差。

《传感器与智能检测技术》 第4章习题答案

《传感器与智能检测技术》 第4章习题答案

第4章压电式传感器一、填空题1.压电元件一般有三类:第一类是石英晶体;第二类是压电陶瓷;第三类是高分子压电材料。

2.压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。

3.将超声波(机械振动波)转换成电信号是利用压电材料的压电效应;蜂鸣器中发出“嘀…嘀…”声的压电片发声原理是利用压电材料的逆压电效应。

4.在实验室作检验标准用的压电仪表应采用sio2压电材料;能制成薄膜,粘贴在一个微小探头上、用于测量人的脉搏的压电材料应采用PVDF。

5.使用压电陶瓷制作的力或压力传感器可测量动态的力或压力。

6.动态力传感器中,两片压电片多采用并联接法,可增大输出电荷量;在电子打火机和煤气灶点火装置中,多片压电片采用串联接法,可使输出电压达上万伏,从而产生电火花。

7.用于厚度测量的压电陶瓷器件利用了逆压电效应原理。

二、综合题1.简述压电式加速度传感器的结构及原理。

压电式加速度传感器一般由壳体及装在壳体内的弹簧、质量块、压电元件和固定安装的基座组成。

压电元件一般由两片压电片组成,并在压电片的两个表面镀银,输出端由银层或两片银层之间所夹的金属块上引出,输出端的另一根引线就直接和传感器的基座相连。

在压电片上放置一个质量块,然后用硬弹簧对质量块预加载荷,然后将整个组件装在一个基座的金属壳体内。

为了隔离基座的应变传递到压电元件上去,避免产生假信号输出,增加传感器的抗干扰能力,基座一般要加厚或者采用刚度较大的材料制造。

使用时,将传感器基座与试件刚性固定在一起,当其感受振动时,由于弹簧的刚度相当大,质量块的质量相对较小,可以认为质量块的惯性很小。

因此可以认为质量块感受到与传感器基座相同的振动,并受到与加速度方向相反的惯性力作用,这样,质量块就有一个正比于加速度的作用力作用在压电片上。

通过压电片的压电效应,在压电片的表面上就会产生随振动加速度变化的电压,当振动频率远低于传感器的固有频率时,传感器输出的电压与作用力成正比,即与传感器感受到的加速度成正比。

《测试技术》第四章传感器的基本类型及其工作原理解读

《测试技术》第四章传感器的基本类型及其工作原理解读

三、电位计式传感器
令 R / RL m, Rx / R x
(x 0时, Rx 0; x 1时,
UL
U
1
x mx(1
x)
Rx R)得
U L 与 x 呈非线性关系
电位计式传感器原理图
U Rx
x
R
a
RL UL
非线性相对误差 为:
b
(UL )m0 (UL )m0 100% [1 (UL )m0 ]100%
第一节. 概 述 传感器的组成
敏感元件
被测量
转换元件 辅助电源
基本转换电路
电量
敏感元件,是直接感受被测量,并输出与被测量成确定关 系的 某一物理量的元件。
转换元件,敏感元件的输出就是它的输入,它把输入转换成电 路参量。
基本转换电路:上述电路参数接入基本转换电路(简称转换电 路),便可转换成电量输出。
第四节. 电容式传感器
三、变介电常数型电容传感器
C 2 h11 2 (h h1)2
ln R
ln R
r
r
2 h2 2 h1(1 2)
ln R
ln R
r
r
容器内介质的介电常数 1
容器上面气体介质介电常数 2
输出电容C与液面高度成线性关系
第四节. 电容式传感器
三、变介电常数型电容传感器 — 应用
积变化 △AA ,电阻率的变化为 △ρ ,相应的电阻变化为 dRdR。对
式 R l 全微分得电阻变化率 dR//RR 为:
s
dR dl 2 dr d Rl r
上式中:dl l 为导体的轴向应变量 l ;dr / r 为导体的横向应变量 r
由材料力学得:l r
式中:μ为材料的泊松比,大多数金属材料的泊松比为 0.3~0.5 左右

传感器课件第四章电感式传感器

传感器课件第四章电感式传感器

未来发展方向与趋势
智能化
随着人工智能和机器学习技术的发展, 电感式传感器将逐渐实现智能化,能够
自主完成数据采集、处理和分析。
微型化
随着微电子技术的不断发展,电感 式传感器的体积和重量逐渐减小,
未来将更加注重微型化设计。
A
B
C
D
网络化
随着物联网技术的不断发展,电感式传 感器将逐渐实现网络化,能够实现远程 控制和数据传输。
CHAPTER
电感式传感器的未来发展与挑战
新材料与新技术的应用
新型磁性材料
随着新材料技术的不断发展,新型磁 性材料如稀土永磁材料、铁氧体等在 电感式传感器中的应用将更加广泛, 以提高传感器的性能和稳定性。
新型导电材料
采用新型导电材料如石墨烯、碳纳米管 等,能够提高线圈的导电性能和耐高温 性能,进一步优化电感式传感器的响应 速度和测量范围。
TITLE
电感式传感器课件第 四章
演讲人姓名
目 录











概 述




点电
与感

优式
势传




的 特


CONTENTS


理电
与感

技式
术传

实感
现器

的 原




用电
实感

例式





的 应




来电

传感器原理及应用-第4章 - 4.2 差动变压器式电感传感器

传感器原理及应用-第4章 - 4.2 差动变压器式电感传感器

§4.2 差动变压器式电感传感器
二、变隙式差动变压器
2、变隙式差动变压器输出特性
在忽略铁损(即涡流与磁滞损耗 忽略不计)、漏感以及变压器次级开 路(或负载阻抗足够大)的条件下的 等效电路。 不考虑铁芯与衔铁中的磁阻影响 时,变隙式差动变压器输出电压为
b a W2 U U 2 b a W1 1
M
基本种类
有变隙式、变面积式和螺线管式等。 应用最多的是螺线管式差动变压器。
初1 级 线 圈
3
次 级 线 圈
2
4
§4.2 差动变压器式电感传感器
一、螺线管式差动变压器
二、变隙式差动变压器
三、差动变压器式传感器测量电路
§4.2 差动变压器式电感传感器
一、螺线管式差动变压器
1、螺线管式差动变压器结构与原理
U2 r1 L1
2 2
§4.2 差动变压器式电感传感器
一、螺线管式差动变压器
2、螺线管式差动变压器输出特性
U2
M a M b U 1
r1 L1
2 2
§4.2 差动变压器式电感传感器
一、螺线管式差动变压器
二、变隙式差动变压器
三、差动变压器式传感器测量电路
根据电磁感应原理有
E E 2a 2b
变压器两次级绕组反 向串联,则差动变压器输 出电压为零。
§4.2 差动变压器式电感传感器
一、螺线管式差动变压器
2、螺线管式差动变压器输出特性
当次级两绕组反向串 联、次级开路时差动变压 器输出电压为 差动变压器输出电动势的大小和相 位可知道衔铁位移的大小和方向。
二、变隙式差动变压器
2、变隙式差动变压器输出特性

测试技术复习资料传感器第四章 考试重点

测试技术复习资料传感器第四章 考试重点

测试技术传感器第四章题型小结一、选择题1. 电涡流式传感器是利用什么材料的电涡流效应工作的。

( A )PVFA. 金属导电B. 半导体C. 非金属D.22. 为消除压电传感器电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响,可采用(B )。

A. 电压放大器B. 电荷放大器C. 前置放大器D. 电容放大器3. 磁电式绝对振动速度传感器的数学模型是一个(B )。

A. 一阶环节B. 二阶环节C. 比例环节D. 高阶环节4. 磁电式绝对振动速度传感器的测振频率应(A )其固有频率。

A. 远高于B. 远低于C. 等于D. 不一定5. 随着电缆电容的增加,压电式加速度计的输出电荷灵敏度将(C )。

A. 相应减小B. 比例增加C. 保持不变D. 不确定6. 压电式加速度计,其压电片并联时可提高(B )。

A. 电压灵敏度B. 电荷灵敏度C. 电压和电荷灵敏度D. 保持不变7. 调频式电涡流传感器的解调电路是(C )。

A. 整流电路B. 相敏检波电路C. 鉴频器D. 包络检波电路8. 压电式加速度传感器的工作频率应该(C )其固有频率。

A. 远高于B. 等于C. 远低于D. 没有要求9. 下列传感器中哪个是基于压阻效应的?( B )A. 金属应变片B. 半导体应变片C. 压敏电阻D. 磁敏电阻10. 压电式振动传感器输出电压信号与输入振动的(B )成正比。

A. 位移B. 速度C. 加速度D. 频率11. 石英晶体沿机械轴受到正应力时,则会在垂直于(B )的表面上产生电荷量。

A. 机械轴B. 电轴C. 光轴D. 晶体表面12. 石英晶体的压电系数比压电陶瓷的(C )。

A. 大得多B. 相接近C. 小得多D. 不确定13. 光敏晶体管的工作原理是基于( B )效应。

A. 外光电B. 内光电C. 光生电动势D. 光热效应14. 一般来说,物性型的传感器,其工作频率范围(A )。

A. 较宽B. 较窄C. 较高D. 不确定15. 金属丝应变片在测量构件的应变时,电阻的相对变化主要由(B )来决定的。

第四章 常用传感器原理及应用

第四章 常用传感器原理及应用
q
Ca
Cc
R0
★ 由于后继电路的输入阻抗不可能为无穷大,而且压 电元件本身也存在漏电阻,极板上的电荷由于放电而无 法保持不变,从而造成测量误差。因此,不宜利用压电 式传感器测量静态或准静态信号,而适宜做动态测量。
★ 压电晶片有方形、圆形、圆环形等各种,而且往往 是两片或多片进行串联或并联。
+
并联:适于测缓变信号和以电荷为 输出量的场合
3、介电常数变化型 此类传感器可用来测量液体的液位和材料的厚度等。
两圆筒间的电容为:空气的介
21 L C ln(R r )
外电极 内半径
电常数
电极 长度
内电极 内半径
如果电极的一部分被非导电性液 体所浸没时,则会有电容量的增 量∆C产生:
2 ( 2 1 )l C ln(R r )
线圈
铁芯
衔铁
由于 δ 很小,可认为气隙磁场是均匀的 ,若忽略磁路的铁损,则总磁阻为:
线圈 铁芯
衔铁
l 2 Rm A 0 A0
由于铁心磁阻与气隙相比要小得多,可以忽略
2 Rm 0 A0
N 0 A0 L 2
传感器灵敏度: K
2
dL
N 2 0 A0 2
2
d
N 2 0 A0 2 2
这种传感器适用于较小位移 的测量,测量范围约在 0.001~1mm左右。
2、变面积式 原理:气隙长度不变,铁心与衔铁之间相 对而言覆盖面积随被测量的变化而改,导致 线圈的电感量发生变化。 特点:灵敏度比变气隙型的低,但其灵敏 度为一常数,因而线性度较好,量程范围可 取大些,自由行程可按需要安排,制造装配 也较方便,因而应用较为广泛。 3、螺管式 原理:衔铁随被测对象移动,线圈 磁力线路径上的磁阻发生变化,线圈 电感量也因此而变化。 特点:灵敏度更低,但测量范围大 ,线性也较好,同时自由行程可任意 安排,制造装配方便,应用较广泛。
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The output of this mechanical interface is then applied to an electrical converter such as a strain gage or piezoelectric transducer. Unlike strain gages, piezoelectric pressure transducers are typically used for high-frequency pressure measurements(such as sonar applications or crystal microphones).
STRAIN GAGE BASED MEASUREMENTS
~ Strain: ~ Force: Strain Gage, PiezoElectric Transducers Load Cell
~ Pressure: Diaphragm to Force to Strain Gage ~ Flow: Differential Pressure Techniques
R = ρL/A And
R / R GF L / L
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
where GF = Gage factor (2.0 to 4.5 for metals, and more than 150 for semiconductors). The dimensionless quantity ΔL/L is a measure of the force applied to the wire and is expressed in microstrains (1με=10-6 cm/cm) which is the same as parts-per-million (ppm).
The flow rate is obtained by measuring the differential pressure with standard pressure transducers as shown in Figure .
FLOW RESTRICTION
Differential pressure can also be used to measure flow rate using the venturi effect by placing a restriction in the flow as shown in Figure .
FORCE
Bonded strain gages consist of a thin wire or conducting film arranged in a coplanar pattern and cemented to a base or carrier. The gage is normally mounted so that as much as possible of the length of the conductor is aligned in the direction of the stress that is being measured.
Pressure can be converted into a force using an appropriate transducer, and strain gage techniques can then be used to measure pressure. Flow rates can be measured using differential pressure measurements which also make use of strain gage technology.
Lead wires are attached to the base and brought out for interconnection. Bonded devices are considerably more practical and are in much wider use than unbonded devices. Strain gages can be used to measure force, as in Figure where a cantilever beam is slightly deflected by the applied force. Four strain gages are used to measure the flex of the beam, two on the top side, and two on the bottom side. The gages are connected in an all-element bridge configuration. Recall from Section 2 that this configuration gives maximum sensitivity and is inherently linear. This configuration also offers first-order correction for temperature drift in the individual strain gages.
The resistance strain gage is a resistive element which changes in length, hence resistance, as the force applied to the base on which it is mounted causes stretching or compression. It is perhaps the most well known transducer for converting force into an electrical variable.
CHAPTER 4
STRAIN. FORCE. PRESSURE. AND FLOW
MEASUREMENTS
1. STRAIN GAGES
The most popular electrical elements used in force measurements include the resistance strain gage, the semiconductor strain gage, and piezoelectric transducers. The strain gage measures force indirectly by measuring the deflection it produces in a calibrated carrier.
+VB +SENSE +VOUT -VOUT -SENSE -VB
Many load cells have "sense" connections to allow the signal conditioning electronics to compensate for DC drops in the wires. Some load cells have additional internal resistors which are selected for temperature compensation. Pressures in liquids and gases are measured electrically by a variety of pressure transducers. A variety of mechanical converters (including diaphragms, bellows, and manometer tubes) are used to measure pressure by measuring an associated length, distance, or displacement, and to measure pressure changes by the motion produced.
The load cell is composed of four individual strain gages. For a 10V bridge excitation voltage with a rating of 3mV/V, 30 millivolts of signal will be available at full scale loading. The output can be increased by increasing the drive to the bridge, but self-heating effects are a significant limitation to this approach they can cause erroneous readings or even device destruction.
STRAIN
AREA=A
SENSING LENGTH=L RESISTIVITY=ρ WIRE
RESISTANCE=R
R
L
A
R R
GF
L L
Unbonded strain gages consist of a wire stretched between two points.
Force acting on the wire (area = A, length = L, resistivity = ρ) will cause the wire to elongate or shorten, which will cause the resistance to increase or decrease proportionally according to:
There are many ways of defining flow (mass flow, volume flow, laminar flow, turbulent flow). Usually the amount of a substance flowing (mass flow) is the most important, and if the fluid's density is constant, a volume flow measurement is a useful substitute that is generally easier to perform. One commonly used class of transducers, which measure flow rate indirectly, involves the measurement of pressure. Flow can be derived by taking the differential pressure across two points in a flowing medium - one at a static point and one in the flow stream. Pitot tubes are one form of device used to perform this function.
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