4常用传感器03

——应力正比于电阻变化量，即σ∝dR
3. 金属丝电阻应变片基本特性
(1)横向效应 电阻丝
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衬底
蚀刻箔片 衬底
(2)机械滞后
(3)蠕变
(4)温漂
指
示 应
卸载
变
εi
加载
(a)丝式
Δε
引出导线
(b)箔式
Δε1
机械应变ε
应变片的机械滞后
箔式应变片
二. 半导体电阻应变片
半导体敏感条
衬底
引线
受轴向力作用时，电阻相对变化：
dS 2 dr
Sr
dRR R 1( R d R ld l R Sd)S
r
d dl dS lS
d dl 2 dr l r
dl
l
dr r
r
即
dR(12)d
R
dR
d
应变灵敏系数：
Ks
R
(12)
——单位应变所引起的电阻相对变化量
dR
Ks
R
或
dR R
Ks
应力和应变关系，应力：E
2. 调频测量电路
f 1
2 LC
初态时，
f0
2
1 L(C1C2 C0)
工作时，f02L(C 1C 12C 0 C )f0 f
三、电容式传感器的应用举例 1.电容式压力传感器(差压变送器)
2.电容式料位计
3.电容式加速度传感器在汽车中的应用
装有传感 器的假人
气囊
4.电容式接近开关在物位测量控制中的使用
1. 一阶系统
频率特性：
H( j) K 1j
幅频特性：
AK 2 1
相频特性：
arctan
2. 二阶系统 幅频特性和相频特性分别为:
3. 频率响应性能指标
频率响应范围 时间常数
三. 传感器的标定
1. 静态标定 2. 动态标定
固有频率
x (t ) 实际值 二者接近程度如何？
传感器
e(t ) 接口电路、
C C 0＝ 2 dd 01 dd 02 dd 043 dd 06
C 2 d
C0
d0
＝2
d d0
100% d
2 d
d0
2
K C d
100%
2C0 d0
d0
2. 面积变化型
C
S(1)
d
C0(1)
C0
S
d
ba
d
线性 线性
Cxb(adx)C0(1a x) KCC0Cx b
x x d
K 的提高
（一）传感器的瞬态响应特性 1. 一阶传感器的单位阶跃响应
a1 ddyta0yb0x H(s) K
s 1
2. 二阶传感器的单位阶跃响应
a2dd22yta1ddyta0yb0x
H(s)s2200a2 s02
3. 瞬态响应特性指标
时间常数 上升时间 响应时间 超调量 衰减度
（二）传感器的频率响应特性
42
第四节 电感式传感器
自感式 互感式 涡流式 一.自感式传感器（变气隙型、螺管型、差动型）
1. 变气隙型自感传感器
1
2
δ
N2 L
Rm
Δδ (a)变气隙长度型
6. 静态误差 H 2 L 2R 2
用相对误差表示静态误差，则有(2~3)10% 0
yFS
二. 传感器的动态特性
a n d d n n y a t n 1 d d n n 1 1 y t a 1 d d a 0 y y t b m d d m m x b t m 1 d d m m 1 1 x t b 1 d d b 0 x x t
3. 介质变化型
二. 测量电路 1. 电桥电路 单臂接法
差动接法
紧耦合桥 变压器式电桥
C1 C x C2 C3
•
U0 0
Cx4Cx5C0
•
•
U0
Cx5
U• U0
Cx4 Cx5 2
若上移，
•
•
•
•
U 0
C 0 C U • U U C U d
(C 0 C ) (C 0 C ) 2 2C 0 2d 0
2011
4. 灵敏度
K y x
y
Sn＝
y x
0
x
(a) 线性测量系统
y
Sn
dy dx
0
x
(b) 非线性测量系统
y Sn
0
y Sn
y f x
dy dx C
x
0
y f x y Sn
dy dx
x
0
y f x dy dx
x
5. 漂移 (c) 灵敏度为常数
(d) 灵敏度随输入增加而增加 (e) 灵敏度随输入增加而减小
d1d1 d2d2
CC1C0d(1d)1 C0 C0 d0 d0
d
C C 0＝ dd 01 dd 0 dd 02 dd 03
C d C0 d0
反比关系
非线性项
灵敏度：
K C C0 d d0
CC 0＝ dd 0 1 dd 0 dd 0 dd 02
相对非线性＝误差dd0：2 100% d 100%
数据采集及 y(t) 处理系统
其他信号 q (t )
传感器的标定
x (t ) 测试值
第二节 电阻应变式传感器
一. 金属电阻应变片
1. 基本结构
敏感栅
b
l
栅宽
栅长
电阻应变片结构示意图
2. 金属丝电阻应变效应
金属丝电阻： R l
S
l
2r 2(r+dr)
F
F
l+ dl
金属丝的应变效应
受力后，电阻相对变化量
电容式接近开关 电容式变送器 电容式键盘
差压传感器 电容传声器
一. 工作原理 CS 0r S
dd
d
极距变化型
面积变化型 介质变化型
S
ε
1. 极距变化型
C0
S
d0
S
非线性
C1
S
d0 d
1dd0
C011d
d0
d0
1 d
C C
近似线性
C1
C0(1
d) d0
C0
1
d0 d 2
d 02
C 1C 1
C 2C 2 0O
d
d0
反比关系
d0
C1
C0
1 1－ d
C2
C0
1 1 d
d0
d0
C 1＝ C01 dd 0 dd 02 dd 03
C ＝ C 1 C 2C 0 2 d d 0 2 C d 2d ＝ 0 C 30 1 2 d d 0 dd 0 5 d d 02 dd 03
R(12)
R
E
半导体材 料的纵向 压阻系数
R(12)E
R
R
KB
R
E
三. 测量电路
压阻效应
四. 电阻应变式传感器的应用
常 用 应 变 片 的 形 式
金属应变计
1. 电阻应变式力传感器
各种电子秤
动态电子秤
高 精 度 电 子 汽 车 衡
电子天平
机械秤包装机
吊秤
被测物理量：荷重或力。
主要用途：作为各种电子称与材料试验机的测 力元件、 发动机的推力测试、 水坝坝体承载状 况监测等。
力传感器的弹性元件：柱式、环式、悬臂式等。
(1) 柱式力传感器
（a） 实心柱（b） 空心柱（c） 圆柱面展开图；（d） 桥路连线图
(2) 环式力传感器 (3) 悬臂梁式力传感器
各种平行双孔梁
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2. 应变式压力传感器
3. 应变式加速度传感器 4. 应变式转矩传感器
第三节 电容式传感器
电容式指纹传感器