33 常见传感器原理及应用

常见电阻 应变片
电阻应变片是应变测量的关键元件，为适应各种领域测量 的需要，可供选择的电阻应变片的种类很多，常用的有丝式、 箔式和半导体式。
（a）金属线
（b）金属箔
（c）半导体
应变式电阻传感器的应用
1. 应变式力传感器 F
F
应变式电阻传感器的应用
2. 电子天平
电子天平的精度可达 十万分之一。
吊钩秤
5.灵敏度：高，一般每mm位移输出为数百mv, 最高可达几伏。
6.分辨率：高，一般为0.1µm，最高可达10-4µm。 7.测量范围：宽，±0.1mm～±500mm甚至更大。 8.工作温度范围：大，一般为-55℃～+150℃可扩展到+300℃，传感
器或变送器分为三级：
商业级：0℃～+70℃ 工业级：-40℃～+85℃ 军 级：-55℃～+125℃ 9.时间常数小，动态特性好，频带宽一般为200HZ（5ms）最高可
绕线式电位器的结构 b x
R
a bc
线绕式电位器
电位器式传感器的应用
航空飞行高度传感器ห้องสมุดไป่ตู้
电位器式传感器的应用 测小位移
在测量比较小 的位移时，可将线 位移变换成角位移。
测小位移传感器示意图
电位器式传感器的应用 测加速度
电位器式加速度传感器示意图 惯性质量块在被测加速度的作用下，使片状弹簧产生正 比于被测加速度的位移，从而引起电刷在电位器的电阻元件上 滑动，输出一与加速度成比例的电压信号。
位移、力、压力、加速度、扭矩等
3.3.1.1 电位器式传感器
Potentiometric transducer 利用加激励的电阻体上可动触点位置的变化，将
被测量变化转换成电压比变化的传感器。
由电阻元件、电刷、骨架等组成。
绕线式电位器
线性线绕式电位器示意图 Ui为工作电压，U0为RL两端的输出电压，x为线绕式电 位器电刷移动长度，L为其总长度，对应于电刷移动量x的阻 值为Rx。
2．变面积式电容式传感器
3．变介电常数电容式传感器
变介电常数电容式传感器原理动画演示
33 常见传感器原理及应用
1．声波测量
电容传感器声波测量动画演示
2．压力测量
电容式压力传感器结构图
3．数字无损耗信号传输
低压侧 进气口
电子线 路位置
高压侧 进气口
电容式差压变送器外形图
内部 不锈 钢膜 片的 位置
利用单晶硅谐振传感器，采用微电子表面加工技术，保证
±0.2%的测量精度，可实现抵制静压、温飘对其影响。
4．加速度测量
电容传感器加速度测量动画演示
电容式硅微加速度传感器是一种重要的惯性传 感器，是惯性测量组合系统的基础元件之一。它与传 统的加速度计相比具有重量轻,成本低,功耗小,体积小 等诸多优点。
33 常见传感器原理及应用
接近开关分类
只对导 磁物体 起作用
对接地 的金属 起作用
只对导电 良好的金 属起作用
对磁性 物体起 作用
33 常见传感器原理及应用
接近开关与被测物不接触、不会产生机械 磨损和疲劳损伤、工作寿命长、响应快、无 触点、无火花、无噪声、防潮、防尘、防爆 性能较好、输出信号负载能力强、体积小、 安装、调整方便。
机械
传感器
辅助
驱动器
机电
设计
一体化
电气
计算机
控制
第三章 传感检测系统
3.3 常见传感器原理及应用
压
电
电
阻
式
式
传
传
感
感
器
器
半
光电式传感器
导
体
式
传
感
器
电容式传感器
电感式传感器
热电偶式传感器
33 常见传感器原理及应用
Resistive transducer
将被测量变化转换成电阻变化的传感器。 被测量 电阻元件 电阻变化
33 常见传感器原理及应用
5．电容式指纹传感器
33 常见传感器原理及应用
接近开关又称无触点行程开关。它能在 一定的距离（几毫米至几十毫米）内检测有 无物体靠近。当物体与其接近到设定距离时， 就可以发出“动作”信号。
接近开关的核心部分是“感辨头”，它对 正在接近的物体有很高的感辨能力。
33 常见传感器原理及应用
被测量 电阻应变片 电阻变化
任何非电量能转化为应变量
应变片
当受到外力时，导体变长变细，电阻增加，R->R+△R
应变式传感器
电阻应变传感器由弹性敏感元件、电阻应变片 和测量电路组成。
传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件 构成。当被测量物理量作用在弹性元件上时，弹性 元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化，通过转 换电路将其转变成电量输出，电量变化的大小反映 了被测物理量的大小。
基于电位器的线性/角位移传感器模型
若 RL Rp ，则传感器可线性化；V LxV L(yym ax)V L 其中：y 是线性位移。 将上式中的 y 和 y m a x 换成角度值后，可以用于角度测量。
3.3.1.2 应变式传感器
电阻应变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。
缺点是触点容量较小、输出短路时易烧 毁。
33 常见传感器原理及应用
• 线圈和磁芯
—完全线性 —便宜 —耐用 —有“中心位置”
• 用于执行器
—通常嵌入使用 —低非线性 —大位移
LVDT
LVDT 是线性可变差动变压器(Linear Variable Differential Transformer)。
3.3.2 电容式传感器
Capacitive transducer
将被测量变化转换成电容量变化的传感器。它 的敏感部分就是具有可变参数的电容器。其最常用 的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质 的电容器。
可以应用于位移、振动、角度、加速度等参数 的测量中。
电容式传感器工作原理及结构形式
电容传感器的理想公式为
LVDT 位移传感器的工作原理简单地说是铁芯 可动变压器。
次级线圈1
初级线圈
次级线圈2
铁芯（ 有色 金属棒）
两个次级线圈 间的输出电压
输入初级线圈的 恒定交流电压 从中心位置移动
LVDT结构示意图和电原理图
LVDT特点
1.结构简单，工作可靠，寿命长，线性度好，重复性好，性能价格比高。
2.精度：最高精度可达0.05%，一般为0.25%、0.5%。 3.绝对误差：最高可达0.1µm。 4.重复性：好，最高可达0.1µm。
d ——极板间距离； A ——极板面积； ——电容极板间介质的介电常数 r —— 相对介电常数 0 —— 8.8451012Fm，真空的介电常数。
1．变极距式电容传感器
变极距式电容传感器原理动画演示 设ε和A不变，初始状极距为d0时，
电容器容量为C0。若动极板有位移， 使极板间距离减小x，则电容则增大 到 cx。