第四章讲义常用传感器

第4章 常用传感器
电阻传感器 3.其他电阻传感器
(1).热电阻传感器 利用导电物体电阻率随本身温度变化而变化的温度电
阻效应制成的传感器。
温度(热量)的变化电阻的变化 温度检测 :-200℃～+500℃
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第4章 常用传感器
电阻传感器
(2).热敏电阻传感器
热敏电阻在电路中的符号 圆形热敏电阻 柱形热敏电阻 珠形热敏电阻
电阻传感器
EOUT EIN×RRA0
E O U T 为输出电压(V)； E I N 为外加固定电压(V) ;
R A 为材料的总电阻( ); R 0 为固定端至滑块的电阻( )
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第4章 常用传感器
电阻传感器 2.应变式电阻传感器
盖层
基片
引线
敏感栅 粘贴剂
丝式应变片
R l
A
箔式应变片
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第4章 常用传感器
第四章常用传感器
精品Байду номын сангаас
第4章 常用传感器
概述
4.1 概 述
1. 传感器(Sensor)定义
传感器是能感受规定的被测量，并按照一定的规律 转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和 转换元件组成(GB766-87)。
狭义上，非电信号
电信号。
在非电量电测系统中的作用
敏感作用：感受并拾取被测对象的信号
3. 灵敏度
电容传感器
A
a) 极距变化型
C A
dCA2 d
➢传感器的灵敏度近似为：
平板电容器
C
SddCA2 C
C
变极距电容传感器
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b
b)面积变化型 ✓直线位移型
第4章 常用传感器
非线性元件:它的温度-电阻关系是指数关系 温度为-50℃～＋350℃
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(3).光敏电阻传感器
第4章 常用传感器
电阻传感器
(4).湿敏电阻传感器
▲
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第4章 常用传感器
电容传感器
4.3 电容式传感器
1. 变换原理
将被测物理量的变化转化为电容量变化。
两平行极板组成的电容器,它的电容量为:
C
A
+
A
电阻传感器
(1).应变效应
R l A
➢导体或半导体在外力作用下产生机械变形而引起导体或 半导体的电阻值发生变化的物理现象称为应变效应。
传感元件：电阻应变片，它是一种把被测试件的应变量 转换成电阻变化量的传感元件。
应变片受力 比例关系 应变 比例关系 应变片电阻的变化
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(2).工作原理
第4章 常用传感器
+
+
当被测量δ、A或ε发生变化时，都会引起电容的变化。 如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另一个参数， 就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化。
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2. 分类
a) 极距变化型
第4章 常用传感器
电容传感器
+ +
C
A
+
b)面积变化型:平面线位移型,角位移型, 柱面线位移型
c) 介质变化型
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第4章 常用传感器
变换作用： 被测信号转换成易于检测和处理
的电信号
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第4章 常用传感器
概述 获得传感器信号的两种方法
✓直接获得电信号的变化（开关传感器）； ✓将物理量变换成电信号的变化（水位、压力等）。
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第4章 常用传感器
概述
2. 传感器的分类
(1)按被测物理量分类 位移传感器,流量传感器,温度传感器等.
(2)按传感器元件的变换原理分类 电阻式,电容式,电感式,压电式,光电式等.
✓ 缺点：温度稳定性和可重复性不
如金属应变片。
体型
薄膜型
扩散型 16
第4章 常用传感器
电阻传感器
(6).应变式电阻传感器的应用
立柱应力
桥梁应力
德国HBM电阻应变式传感
器
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第4章 常用传感器
电阻传感器
位移传感器
加速度计
质量传感器
压力传感器
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第4章 常用传感器
电阻传感器
压力传感器
转矩传感器 19
蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。
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第4章 常用传感器
应变计
电阻传感器
(4).金属应变计
✓ 金属应变计有: 1、丝式 2、箔式 3、薄膜式
✓ 优点:稳定性和温度 特性好.
✓ 缺点:灵敏度系数小.
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第4章 常用传感器
应变计
电阻传感器
(5).半导体应变计
✓ 优点：应变灵敏度大;体积小;能 制成具有一定应变电阻的元件.
R S 1.7 ~ 3.6
金属应变计
<2> 半导体应变片（变化）
dR E
R S 60 ~ 70
半导体应变计
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第4章 常用传感器
电阻传感器
(3). 应变片的主要参数
1) 几何参数：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用 b×L 表示。
2) 电阻值：应变计的原始电阻值。 3) 灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。 4) 其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、
(3)按传感器的能量传递方式分类
能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计,压电式加速度计.
能量控制型: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.
能量传递型:从某种能量发生器与接受器进行能量传递过程中实现 敏感检测. 例如:超声波发生器和接受器.
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第4章 常用传感器
• 声: 声压,噪声. • 磁: 磁通,磁场. • 温度: 温度,热量,比热. • 光： 亮度，色彩
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第4章 常用传感器
电阻传感器
4.2 电阻式传感器
电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器。
R l
A
•按工作的原理可分为:
电阻应变式 变阻器式 热敏式 光敏式 湿敏式
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1.可调电位器
第4章 常用传感器
R
R l
A
μ：泊松系数，E:弹性模量，ε:纵向应变，λ:压阻系数
➢S由两部分组成： ✓前一部分(1+2μ)是由金属导线的几何变形引起的；
✓后一部分λE除与金属导线几何尺寸有关外，还与金属 本身的特性有关。
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第4章 常用传感器
电阻传感器
dR (12E)S
R
<1> 金属应变片（不变）
dR (1 2)
概述
3. 传感器的性能要求
➢ 工作范围或量程应足够大，具有一定的过载能力 ➢ 与检测系统匹配性好，转换灵敏度高 ➢ 精度适当，稳定性高 ➢ 反应速度快，工作可靠性高 ➢ 适应性和适用性强
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第4章 常用传感器
概述
4. 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;
电阻传感器
L
R l
拉伸
A
P
D D+dD
dL
拉伸
P
式中，ρ——导线的电阻率，又称为电阻系数
➢金属导线的应变电阻效应： 当金属丝由于受到轴向力P而伸长时，长度增长，截面积减 小，其电阻值就增大；反之，如细丝因受压力而缩短，即 长度变短，截面积变粗时，则电阻就减小。
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第4章 常用传感器
电阻传感器
dR (12E)S 推导