《传感器原理及应用》PPT课件

UO
Ui 4
R1 R
R2 R
R3 R
R4 R
Ui 4
K 1
2
3
4
4．掌握电阻应变式传感器的组成、应用及其分析方法； 弹性敏感元件+电阻应变片 电阻应变式传感器；
弹性敏感元件的应变-应力关系：=/E； 弹性敏感元件的泊松比：Δd/d=l/l=。
5．了解电位计式传感器结构和基本特性（自学）。
Chapter3
Chapter1
1．明确传感器的定义、组成及其分类；传感器技术的特 点；传感器与传感器技术的地位和作用及其发展趋势；
2．掌握传感器静态特性指标及定量描述方法； 3．掌握传感器动态特性的描述方法（微分方程，传递函 数，频率特性）及其动态特性指标（一阶传感器的时间常 数，二阶传感器的固有频率n和阻尼比）的意义； 4．掌握传感器动态响应（阶跃响应和频率响应）的分析 方法； 5．掌握传感器动态误差的意义及其计算方法； 6．了解机-电模拟的基本方法和意义。
Chapter5
电压前置放大器
传感器的电压灵敏度：Ku
Uim Fm
d33R 1 ( R )2( Ca Cc Ci )2
输入电压Ui与作用力之间的相位差:
2
arctan(
/
n
)
理想情况：幅值比 K Uim R(Ca Cc Ci )
U am 1 (R)2 (Ca Cc Ci )2
L 0W 2 l2
lr 2 r lc rc 2
KL
L lc
0W 2
l2
r rc 2
非线性 误差
L
1
1 l r
100 %
L
0W
l2
2
r rc2lc
差动结构：灵敏度加倍；非线性误差减小。
Chapter3
2.掌握电感式传感器的电桥测量电路的输出特性：
交流电桥输出：U•O
Z1
Z1
Z2
Z2
Z3
Z3
Z4
Z4
•
E
Z
•
差动电阻平衡臂电桥：
•
U
o
E
L
或
2L
Uo
E 2
RS
RS
•
差动变压器电桥：
•
U
o
E
Z
2Z
或
Uo
L
E
2 RS 2 (L)2
Chapter3
3．掌握差动变压器组成结构、工作原理、输出特性及其差 动整流电路和相敏检波电路的工作原理，
输出信号：
ES
2ME P
R
2 P
L P
2
M M
2ES0
dd
柱式电容器电容量：
C 2L
ln D d
CBiblioteka Baiduapter4
空气介质的变间隙式电容传感器： C d
C0 d0
灵敏度： K C / C0 1
d
d0
非线性误差：
L
(d / d0 )2 d / d0
100 %
d / d0
100 %
具有固体介质的变间隙式电容传感器：
C C
N1
d1 d1 d2
线位移变面积式电容传感器：
Hs
K
1
2 n
s2
2 n
s
1
H j
K
1 n 2 2 j n
A
K
1 n 2 2 4 2 n 2
arctan 2 n 1 n 2
1
1
1 n 2 2 4 2 n 2
Chapter2
被测量 应变（） 电阻变化（R） 电压(U)
1．掌握金属电阻应变片的结构、原理（电阻-应变效应， K=(R/R)/）及特性：
被测量 L，M 电磁感应
自感式传感器（电感式传感器）
电感式传感器—
差动变压器
互感式传感器—
电涡流式传感器
Chapter3
1.掌握电感式传感器结构、原理及其基本特性：
变气隙型电感式传感器 螺管式电感传感器
电感量 L W 2 0SW 2 K 1
Rm l r
l r
灵敏度
KL
L
L
1
1
l
r
R 1 2 /
R
K R / R 1 2 / 1 2
2．掌握压阻式传感器工作原理，固态压阻式传感器的设
计特点及其应用；
R R
1 2
L E
L
KB
R / R
1
2
/
LE
Chapter2
3．掌握电阻应变式传感器测量线路（直流惠斯通电桥） 的结构形式（特别是差动结构）及特点，一般情况下，电桥 输出电压为
b C Cx C0 d x
K C b
x d
Chapter4
角位移变面积式电容传感器：
C
Cx
nC0
nb x
d
K
C
C0
变介电常数式电容传感器： C r0S(线性) d
2．分析各种电容式传感器测量电路特点：交流不平衡电 桥，二极管检波电路，差动脉冲宽度调制电路，运算法测量 电路等；
主要计算公式
一阶传感器
二阶传感器
微分方程 传递函数
dyt yt Kxt
dt
Hs K
1 s
频率特性 幅频特性
Hj K
1 j
A Hj K 1 2
相频特性 arctan arctan
动态误差
1 1
1 2
1 d 2 yt 2 dyt yt Kxt
n2 dt 2 n dt
M M
4．掌握高频反射式电涡流式传感器的结构、工作原理及其 基本特性；
5．掌握各类电感式传感器的典型应用（位移型传感器）。
Chapter4
被测量 （d，S，） C U(I,f)
1．掌握不同类型的电容传感器构成原理及其用途，并结 合应用设计电容式传感器：
平行板电容器电容量： C S r 0 S
电压灵敏度
Ku
U am Fm
Ca
d33 Cc Ci
Chapter5
测量电路的时间常数： R( Ca Cc C，i )n=1/，
幅值比， 相位差；
K Uim / n
U am 1 ( / n )2 2 arctan( / n )
低频响应动态误差：
《传感器原理与应用》
内容提要和基本要求
教学内容和重点： •传感器的基本概念及其基本特性（静态、动态特性）； •传感器的标定和校准方法； •各类传感器的转换原理；特性分析及其设计方法；测量 电路；实际应用； •实验。 参考学时： •56或64学时，其中讲课44~50学时；实验12~14学时。 考核方法： •平时(作业、考勤)15%+实验15%+期末考试70%
3．了解杂散电容产生原因及减少或消除杂散电容影响的 方法；
4．明确电容式差压变送器结构原理，掌握分析计算电容 变送器初始电容及灵敏度变化的方法。
Chapter5
力(F ) 电荷(Q)
1．掌握压电材料压电效应的意义及描述方法(Q=dijF)； 2．掌握石英及压电陶瓷材料的压电机理及其压电特性； 3．掌握压电式传感器的等效电路（等效电容器Ca=S/h， 或电荷源Q= dijF、电压源Ua=Q/Ca）及测量电路的特点;分析 电压前置放大器与电荷前置放大器的特性及区别：