常用传感器原理及应用精品PPT课件

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4.3 电感式传感器
电感式传感器的工作原理是电磁感应。它是把被测量如位移等， 转换为电感量变化的一种装置。按照转换方式的不同，可分为自 感式（包括可变磁阻式与涡流式）和互感式（差动变压器式）两 种。 一、自感式传感器（可变磁阻式传感器 ） 可变磁阻式传感器自感
自感L与气隙δ成反比，而与气隙导磁截面积S0 成正比。
测量精度高，量程较大。
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三、电涡流式传感器
高频（数MHz以上） 激励电流i施加于邻近 金属板一侧的线圈，由 线圈产生的高频电磁场 作用于金属板的表面。 在金属板表面薄层内产 生涡流i ，涡流i又产生 反向的磁场，反作用于 线圈上，由此引起线圈
物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实 现信号变换的。例如利用水银的热胀冷缩现象制成水银温度计 来测温；利用石英晶体的压电效应制成压电测力计等。
4、按照能量的传递方式分：能量控制型和能量转换型。
能量控制型传感器是从外部供给辅助能量使其工作的，并由 被测量来控制外部供给能量的变化；能量转换型传感器是直接 由被测对象输入能量使其工作的，例如，热电偶温度计、弹性4 压力计等 。
原理公式：
K0称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电 阻相对变化。通常K0=1.7～3.6
大量实验表明，在电阻丝拉伸比例极限范围内，电阻的相对变 化与其所受的轴向应变是成正比的。
应用：
将应变片粘贴于弹性体表面或者直接将应变片粘贴于被测试件 上。弹性体或试件的变形通过基底和粘结剂传递给敏感栅，其电阻 值发生相应的变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化，即可 测量应变。
第四章 常用传感器原理及应用
4.1 概述 4.2 电阻应变式传感器 4.3 电感式传感器 4.4 电容式传感器 4.5 压电式传感器 4.6 磁敏传感器 4.7 光电式传感器 4.8 集成传感器
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一、传感器的定义
4.1 概述
传感器（transducer/senor）是将被测量按一定规律转换 成 便于应用的某种物理量的装置。通常将传感器看作是一个把 被测非电量转换成电量的装置。
4.2 电阻应变式传感器
一、电阻应变式传感器 电阻应变式传感器是一种利用电阻应变片将应变转换为电阻
变化的传感器。是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传 感器，最常用的传感元件为电阻应变片。 应用范围：可测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数。
1、金属电阻应变片 金属电阻应变片的工作原理是基于金属的电阻应变效应工作的。 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
μ0—空气导磁率 ；W —线圈匝数
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1、变气隙式
L 与δ呈非线性（双曲线）关系。传感器的灵敏度为 灵敏度S与气隙长度δ的平方成反比，δ愈小，灵敏度S愈高。
这种传感器适用于较小位移的测量，一般约为0.001～1 mm。
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2、变面积式
自感L与S0 呈线性关系，这种传感器灵敏度较低。
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3、螺管式
单螺管线圈型，当铁芯在线圈中运动时， 将改变磁阻，使线圈自感发生变化。这种 传感器结构简单、制造容易，但灵敏度低， 适用于较大位移(数毫米)测量。
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二、差动变压器式传感器（互感式）
双螺管线圈差动型，较之单螺 管线圈型有较高灵敏度及线性， 被用于电感测微计上，其测量 范围为0～300μm，最小分辨 力为0.5μm。线圈电感L1、 L2随铁芯位移而变化 .
测力计 压力计
温度计
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二、传感器的组成 传感器通常由三部分组成： 敏感元件： 直接感受被测量,输出与被测量成确定关系。 转换元件： 敏感元件的输出就是转换元件的输入,它把输入转 换成电量参量 。 转换电路： 把转换元件输出的电量信号转换为便于处理、显 示、记录或控制的有用的电信号的电路。
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三、传感器的类型
机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象，称为金属的电 阻应变效应。
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金属应变片的结构和测量原理
电阻丝应变片是用直径为0.025mm具有高电阻率的电阻丝制 成的。为了获得高的阻值，将电阻丝排列成栅状，称为敏感栅， 并粘贴在绝缘的基底上。电阻丝的两端焊接引线。敏感栅上6面粘 贴有保护作用的覆盖层。
实际上，任何材料都不同程度地呈现压阻效应，但半导体材 料的这种效应特别强。
对于半导体硅，
πL=(40～80)×10-
11m2/N，
E=1.67×1011N/m2， 则k0=πLE＝50～100。
半导体电阻材料的灵 敏系数比金属丝的要 高50～70倍。
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2）压阻式传感器的特点 优点:
灵敏度非常高，有时传感器的输出不需放大可直接用于测量； 分辨率高，例如测量压力时可测出10～20Pa的微压； 测量元件的有效面积可做得很小，故频率响应高； 可测量低频加速度和直线加速度。 缺点： 温度误差大，故需温度补偿或恒温条件下使用。
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1）将应变片粘贴于被测构件上，直接用来测定构件的应力或 应变。例如，为了研究或验证机械、桥梁、建筑等某些构件在 工作状态下的受力、变形情况，可利用形状不同的应变片，粘 贴在构件的预测部位，可测得构件的拉、压应力、扭矩或弯矩 等。
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2）应变片粘贴于弹性元件上，与弹性元件一起构成应变式传感器。 这种传感器常用来测量力、位移、压力、加速度等物理参数。在 这种情况下，弹性元件将得到与被测量成正比的应变，再通过应 变片转换成电阻的变化后输出。
1、按被测对象分：位移传感器、压力传感器和压力传感器等；
2、按工作原理分：电阻应变式、电感式、电容式和压电式等；
3、按被测量的转换特征分：结构型和物性型。
结构型传感器：是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转 换的。例如，电容式传感器依靠极板间距离变化引起电容量变 化；电感式传感器依靠衔铁位移引起自感或互感变化等。
当被测物体产生位移时，悬臂 梁随之产生于位移相等的挠度， 因而应变片产生相应的应变。 将应变片接入桥路，输出与 位移成正比的电压信号。Leabharlann 测量时，基座固定在振动体上。
振动加速度使质量块产生惯性
力，悬臂梁在惯性力的作用下
产生弯曲变形。梁的应变在一
定的频率范围内与振动体的加
速度成正比。
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2、半导体应变片
1）压阻效应:半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生 变化的现象。