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1、0目 录第一部分 传感器的认识 .0第二部分 传感器基本技能实训 .5课题一 金属箔式应变片单臂电桥搭建 .6课题二 金属箔式应变片半桥搭建 .9课题三 金属箔式应变片全桥搭建 .11课题四 差动变压器性能测试 .13课题五 电容式传感器的位移特性测试 .15课题六 直流激励时霍尔式传感器的位移特性测试 .17课题七 霍尔式传感器振动测量实验 .18课题八 磁电式传感器转速测量 .19课题九 压电式传感器振动测量 .20课题十 电涡流传感器的位移特性测试 .22课题十一 电涡流传感器测量振动 .24课题十二 光纤传感器的位移特性测试 .25课题十三 光纤传感器测量振动 .27课题十四 PT10
2、0 温度控制的应用 .28课题十五 集成温度传感器的温度特性测试 .31课题十六 铂电阻温度特性测试 .33第三部分 传感器应用实训 .35课题十七 直流全桥的应用 电子秤定标 .35课题十八 光电转速传感器的应用 转速测量 .36课题十九 开关型霍尔的应用 转速测量 .37课题二十 K 型热电偶测温 .38课题二十一 PT100 应用 温度控制 .41课题二十二 智能调节仪 转速控制 .451第一部分 传感器的认识认识传感器传感器技术是目前迅猛发展起来的高新技术之一，是现代科技的开路先锋，也是当代科学技术发展的重要标志之一。如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸。当集成电
3、路、计算机技术飞速发展时，人们才逐步认识到信息提取装置传感器并没有跟上信息技术的发展，于是传感器开始受到普遍重视。美国在 20 世纪 80 年代声称世界已进入传感器时代，日本则把传感器技术列为十大技术之一。从 20 世纪80 年代起，在世界范围内逐步掀起了一股“传感器热” 。任务导入在现代化的大都市中，高楼大厦鳞次栉比，大厦里看似舒适的环境，却因空调系统的通风管道清洁不便致使室内空气污浊，影响人们的身体健康。瑞典某公司设计的通风管道清扫机器人专门用于清洁及维护大厦中央空调系统的通风管道，其工作原理如图 11 所示。图 11 通风管道清扫机器人的工作原理图管道清洗机器人是由电动小车、各种传感器、
4、显示器、录像机、控制箱及操控杆组成。工作人员可以根据机器人感受到的外部信息，用操控杆控制机器人前进、倒退、转弯，清扫通风管道。机器人之所以能感受到外界环境的各种信息，正是因为在机器人的各个部位安装了相应的传感器。那么什么是传感器?它能够起什么作用?本课题的任务就是认识传感器，了解传感器在人们生活以及自动化生产中的作用。相关知识一、传感器的认识2现代信息产业的三大支柱是传感器技术、通信技术和计算机技术：它们分别构成了信息系统的“感官” “神经”和“大脑” 。管道清除机器人应具备的基本功能是：在管道内自主越障，防倾覆，清扫管道，能够适应复杂的矩形管道或圆形管道环境。机器人要完成这些功能，首先要能“
5、看”到障碍、 “摸”到管壁、保持平衡，这些感觉都是由传感器完成的。图像传感器使机器人能“看到” ；位移传感器使机器人能“触摸” ；倾角传感器可以预防机器人倾覆；速度传感器可以监控机器人的行走速度。这些传感器将检测到的信号传输到计算机中，经分析计算后发出指令以控制机器人的各种行为。一种检测装置，它能感受到被测量的非电量信息，如温度、压力、流量、位移等，并将检测到的信息，按一定规律转换成电信号或其他所需形式的信息输出，用以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录或控制等要求，传感器是自动化系统和机器人技术中的关键部件，是实现自动检测的首要环节，它能为自动控制提供控制依据。传感器在机械电子、测量、控制
6、、计量等领域应用广泛。图 12 传感器二、传感器的定义及组成电量一般是指物理学中的电学量，如电压、电流、电阻、电容、电感等；非电量则是指除电量之外的一些参数，如压力、流量、位移量、质量、力、速度、加速度、转速、温度、浓度、酸碱度等。传感器大多数测量的是非电量的参数。国家标准 GB 766587 对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量：并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 ”广义地说，传感器就是一种能把物理量或化学量转换成便于测量、便于利用的电信号的器件，可以用如图 13 所示的框图简单表示。3传感器一般由敏感元件、传感器元件和测量转换电路组成，如图 14
7、所示。敏感元件直接与被测量接触，并将被测量转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量；传感元件再将这一非电量转换成电量。传感元件输出的信号幅度很小，而且混杂有干扰信号，因此，为了方便后续设备的处理，就需要利用测量转换电路将信号整理成具有最佳特性的波形(最好能够将其线性化)，并放大成易于测量、处理的电信号，如电压、电流、频率等。非电量 非电量 电量 电量图 1-4 传感器的组成应该指出，不是所有传感器都有敏感和传感元件之分，有些传感器的敏感元件可以直接将非电量转化成电信号。比如铂电阻式温度传感器，当所测温度变化时，其敏感元件的电阻值也会变化，这种变化经测量转换电路就可直接转化成电压信号或电流信
8、号。也不是所有传感器都包含测量转换电路，有些传感器因测量环境恶劣，测量转换电路在此环境中不能正常工作或误差较大而不会包含测量转换电路。比如某些温度传感器，测量转换电路中电子元器件的工作允许最高温度为 125，当传感器的工作环境温度超过此值时，温度传感器中就不能包含测量转换电路。三、传感器的分类传感器是利用各种物理效应和工作机理来实现测量目的的。传感器可以直接接触被测量对象，也可以不接触。传感器的种类很多目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的分类方法有以下三种：1按传感器的物理量分类可分为温度、压力、流量、速度、位移等传感器。2.按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、霍尔、光电
9、、热电偶等传感器。3按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量(“1”和“0”或“开”和“关”)的开关型传感器；输出为模拟量的模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感。本教材采用的是第一种分类方式。四、传感器的作用在检测和自动控制系统中，传感器的作用相当于人的五官，常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：光敏传感器视觉 被测量 敏感元件 传感元件 测量转换电路4声敏传感器听觉气敏传感器嗅觉 化学传感器味觉压敏、温敏、流体传感器触觉自动化程度越高，系统对传感器的依赖性就越大，传感器对系统功能的作用也就越明显。现以汽车传感器为例，说明传感器在汽车电控系统中的重要作用，汽车上部分传感器的安
10、装位置如图15所示。图 15 汽车上部分传感器的安装位置传感器作为汽车电控系统的关键部件，它直接影响着汽车技术性能的发挥。目前，普通汽车上大约装有几十到近百只传感器，高级豪华轿车则更多，这些传感器主要分布在发动机控制系统、底盘控制系统和车身控制系统中。发动机控制用传感器有多种。温度传感器主要检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度，燃油温度、机油温度等。压力传感器主要检测进气进气压力、发动机油压、制动器油压、轮胎压力等。流量传感器主要测定发动机的进气量和燃油流量以控制空燃比。转速传感器、角度传感器和车速传感器主要用于检测曲轴转角、发动机转速和车速等。利用这些传感器可以提高发动机的动力性、降低油
11、耗、减少废气、反映故障等。底盘控制用传感器，分布在变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统中。变速器控制传感器，主要用于自动变速器的控制。悬架系统控制传感器主要用于感应车辆姿势的变化，以实现对车辆舒适性和行车稳定5性的控制。车身控制系统中也存在着大量的传感器，如自动空调系统中的温度传感器、风量传感和日照传感器；安全气囊系统中的加速度传感器；死角报警系统中的超声波传感器等。采用这类传感器的主要目的是提高汽车的安全性、可靠性和舒适性。前微处理器已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用将越来越重要。6第二部分 传感器基本技能实训课题一 金属箔式应变片单臂电桥搭建一、实训目的：了解金属箔式应
