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1、华中科技大学机械学院传感器测量原理华中科技大学机械学院概述1. 传感器定义传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息，并 按一定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置 。目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从 狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信 号的装置。物理量电量华中科技大学机械学院 传感器应用1. 机器人技术：示教技术、主从控制、力觉滑觉、视觉2. 火灾检测：3. 位移检测：包括直线位移、角位移以及位置检测4. 力检测：称重（包括压力检测）5. 颜色检测：贴标、跟踪6. 温度、湿度检测：家电、烘干箱7. 转速检测：8. 流量检测：华中科技大学机械学院 传感器应用9.
2、超声测距：10. 其它：光电编码器、智能小区：暖气、水表、电表华中科技大学机械学院2. 传感器的构成传感器一般由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件是 传感器的核心，它的作用是直接感受被测物理量，并对信 号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号 进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。 dV华中科技大学机械学院3. 传感器的分类(1)按被测物理量分类:(2)按工作的物理基础分类:(3)按信号变换特征:(4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系:位移,力,温度等.机械式,电气式,光学式,流体式等.物性型,结构型.能量转换型和能量控制型.华中科技大学机械学院A 物性型与结构型传感器 物性型:依
3、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,压电测力计. 结构型: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.B 能量转换型和能量控制型传感器 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.华中科技大学机械学院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; 声: 声压,噪声. 磁: 磁通,磁场. 温度: 温度,热量,比热. 光： 亮度，色彩华中科技
4、大学机械学院二、 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, 按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式、热敏式、 光敏式、电敏式.1 2 3 132直线型旋转型1 变阻器式传感器(1) 工作原理华中科技大学机械学院 等效电路分析: Rp-总电阻;xp-变阻总长;RL负载电阻;x-电刷移动量.132x xpEin EoutRxRLRp-Rx0 x 100%100%Output0负载效应电阻式传感器华中科技大学机械学院(2) 变阻器式传感器的性能参数:1) 线性(或曲线的一致性); 4) 移动或旋转角度范围;2) 分辨率; 5) 电阻温度系数;3) 整个电阻值的偏差; 6)
5、寿命;(3)变阻器式传感器的分类电阻式传感器变阻器按电阻元件分单圈电位器直线滑动式电位器多圈电位器混合式电位器导电塑料电位器金属陶瓷电位器线绕电位器按工作方式分华中科技大学机械学院(4)变阻器式传感器的特点电阻器 制作 特点 绕线式 直径0.012-0.1mm的镍 铬合金的精密电阻丝绕 在绝缘的薄膜铜丝或绝 缘胶木板等卷芯上而制 作 电阻温度系数非常好， 为 5-20*10-6/0C;精度,稳定性,重复性比 薄模式好,分辨力低于薄模式. 金属陶瓷式 电阻胶印在陶瓷基板 上,并用高温烧制而成. 分辨力高,环境适应性强前, 电阻温度 系数,为200*10-6/0C左右. 导电-塑料式 将基板的树脂
6、与电阻墨 制成一体,或将电阻胶 涂于薄膜基片上. 分辨力,寿命,高速现响应特性好,电阻温度系数为400*10-6/0C 混合式 导电性树脂涂于限绕式 电阻元件上 兼有绕线式和导电-塑料式的优点,电阻温度系数为150*10-6/0C 电阻式传感器华中科技大学机械学院(5) 应用案例： 重量的自动检测-配料设备重量设定原材料比较原理用弹簧将力转换为位移;再用变 阻器将位移转换为电阻的变化电阻式传感器华中科技大学机械学院案例：煤气包储量检测原理直接将代表煤气包储量的高度 变化转换为钢丝的电阻变化煤气包钢丝特点：（1）测量量程大；（2）防爆；（3）可靠；（4）成本低。电阻式传感器华中科技大学机械学院案
7、例：玩具机器人（广州中鸣数码 ）原理直接将关节驱动电机的转动角 度变化转换为电阻器阻值变化电阻式传感器华中科技大学机械学院2 电阻应变式传感器-应变片金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变 效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电 阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变 化的现象。 电阻式传感器华中科技大学机械学院1) 工作原理金属应变片的电阻R为(1) 当不变时金属应变计(2)当变化时半导体应变计电阻式传感器华中科技大学机械学院2) 金属应变计金属应变计有:丝式和 箔式 优点:稳定性和温度 特性好. 缺点:灵敏度系数小.应变计电阻式传感器华中科技大学机械学院3) 半
8、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.缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。 应变计电阻式传感器华中科技大学机械学院3) 应变片的主要参数 1）几何参数：长度L和丝栅宽度b，制造厂常用bL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、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。 电阻式传感器华中科技大学机械学院案例：桥梁固有频率测量原理在桥中设置一三角形障碍物，利 用汽车通过时的冲击对桥梁进行 激励，再通过应变片测量桥梁动 态变形，得到桥梁固有频率。电阻式传感器4) 应用华中科技大学机械学院案例：电子称原理将物品重量通过悬臂梁转化结 构变形再通过应变片转化为电 量输出。电阻式传感器
