第5章机械常用传感器PPT幻灯片

—极板间距离
A —极板面积
分类
（1）极距变化型
极距有一微小变化量dδ时，引起电容变化量
dC0A12 d
灵敏度
SddC02A
由于灵敏度随极距变化， 引起非线性误差，规定在较 小的间隙范围内工作，一般 取 /0 0.1
指纹识别
指纹识别
指纹识别目前常用的是电容式传感器，也被称为第二 代指纹识别系统。
（2）调频电路
电容传感器作为振荡器谐振回路一部分，调频振荡
器的谐振频率
f 1
振荡回路电感
2 LC
当被测量使电容值发生变化时，则振荡器频率也发生 变化，频率的变化经鉴频器变为电压变化，再放大后由记 录器或显示仪表指示。
应用实例
电容式传感器广泛应用在位移、压力、流量、液位等 的测试中。精度和稳定性日益提高，高精度达0.01%，精 度可达5μm。
（1）电容式测厚仪: 测量金属带材在轧制过程中厚度
C1、C2工作极板与带材之 间形成两个电容， 当金属 带材在轧制中厚度发生变化 时，将引起电容量的变化。 通过检测电路可以反映此变 化，并转换和显示出带材的 厚度。
（2）电容式转速传感器 当齿轮转动时，电容量发生周期性变化，通过测
量电路转换为脉冲信号，则频率计显示的频率代表 转速大小。
结构型传感器: 依靠传感器结构参数的变化实现信号转变。 例如:电容式和电感式传感器。
二、机械式传感器及仪器
机械式传感器以弹性体作为敏感元件，输入量可以是力、 压力、温度等物理量，输出量为弹性元件本身的弹性变形。
弹性变形经放大后可转化为仪表指针的偏转，借助刻度指 示被测量的大小。 应用实例：测力计、压力计和温度计。
优点：体积小、成本低， 成像精度高，而且耗电量 很小，因此非常适合在消 费类电子产品中使用。
右图为指纹经过处理后 的成像图
（2）面积变化型
C0A0bx
SddC x0b常数
特点
输出与输入成线性关系，灵敏度低，适于 较大直线位移及角位移测量。
（3）介质变化型 用于测量电介质的厚度、位移、液位，还可根据极板间
介质的介电常数随温度、湿度、容量改变而改变来测量温度、 湿度、容量等。
油量表可用于飞机油箱
测量电路
电容式传感器将被测量转换为电容量的变化后再由后续 电路转换成电压、电流或频率等输出量。
（1）电桥型电路 电容传感器作为电桥的一部分，电容变化转换为电桥
电压输出。图示为电感、电容组成的交流电桥。电桥的 输出为一调幅波，经放大、相敏解调、滤波后输出。
3、按敏感元件与被测对象之间的能量关系
能量转换型(无源传感器）: 直接由被测对象输入能量使其工作。 例如:热电偶温度计,磁电式加速度计。
能量控制型（有源传感器）: 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。
V
4、按信号变换特征
物性型传感器: 依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换。 例如:水银温度计。
电涡流表面探伤
原理 裂纹检测，缺陷造成涡流变化。
手持式裂纹 测量仪
油管探伤
四、电容式传感器
工作原理
采用电容器作为敏感元件，将不同物理量的变化转换 为电容量的变化。
平板电容器的电容量
C 0 A
+
A —极板间介质的相对介电系数，
+
空气中 1
+
0 —真空中介电常数，08.851012F/m
抵抗作用：根据楞次定 律，由该涡电流产生的交 变磁通Ф1将与线圈产生的 磁场方向相反，亦即Ф1将 抵抗Ф的变化。
原线圈的等效阻抗Z（equivalቤተ መጻሕፍቲ ባይዱnt impedance）的变化
磁导率
ZZ, , ,
金属板电阻率
线圈激磁圆频率
改变δ可作为位移、振动测量； 改变ρ,μ可作为材质鉴别或探伤。
工程应用实例
一、 常用传感器分类
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。
2、按传感器工作原理分类
机械式,电气式,光学式,流体式等。
涡流式传感器可用于动态非接触测量。近年来涡流式 位移和振动测量仪、测厚仪和无损检测探伤仪等在机械、 冶金等部门中日益得到广泛应用。
径向振动测量
轴心轨迹测量
转速测量
零件计数器
表面裂纹测量
穿透式测厚
电涡流式通道安全检查门 安检门的内部设置有发射线圈和接收线圈。当有金属物体
通过时，交变磁场就会在该金属导体表面产生电涡流，会在 接收线圈中感应出电压，计算机根据感应电压的大小、相位 来判定金属物体的大小。在安检门的侧面还安装一台“软x 光”扫描仪，它对人体、胶卷无害，用软件处理的方法可合 成完整的光学图像。
慢增长的现象。
弹性后效：指载荷在停止变化之后，弹性元件在一段时间 之内还会继续产生类似蠕动的位移。
三、涡流式传感器
变换原理 利用金属导体在交变磁场中的涡电流效应。
高频反射式涡流传感器工作原理 涡流产生：当线圈中通以一交变高频电流i时，会引起一交 变磁通Ф。在靠近线圈的金属表面内部产生一感应电流i1， 该电流i1即为涡流。
设齿数为z，频率为f， 则转速
n 60f (r/min) z
例 一个电容测微仪其传感器的圆形极板半径r=4mm， 工作初始间隙δ=0.3mm，问：1）工作时，如果传感器与工件的
间隙变化量Δδ=±1μm时，电容变化量是多少？2）如果测量
测力计
弹性膜片
压力计
波纹管
波登管
温度计
特点
机械式指示仪表结构简单、可靠、使用方便、价格低、读 数直观；
弹性变形不宜大，以减小线性误差； 惯性大、固有频率低，只宜测缓变或静态被测量。 弹性元件具有蠕变、弹性后效等现象，影响输出与输入的
线性关系。
解释 蠕变：固体材料在保持应力不变的情况下，应变随时间缓
第五章 常用机械量测量的传感器
学习要求
了解传感器的选用原则； 掌握机械工程测试中常用各种传感器的基本原理、
结构及性能参数及其适用范围。
传感器的基本组成
敏感元件：直接感受被测量，输出与被测量成确定关系 的某一物理量。
转换元件：敏感元件的输出作为转换元件的输入，它把 输入转换成电路参量。
转换电路：把转换元件输出的电路参量转换为便于处理、 显示、记录或控制的有用的电信号。