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1、第四章第四章常用传感器的变换原理常用传感器的变换原理本章学习要求：本章学习要求：1.了解传感器的分类了解传感器的分类2.掌握常用传感器测量原理掌握常用传感器测量原理3.了解传感器测量电路了解传感器测量电路4.1传感器的分类及其特性传感器的分类及其特性4.2电阻式传感器电阻式传感器的变换原理的变换原理4.2电感式和电容式传感器电感式和电容式传感器的变换原理的变换原理4.4压电式传感器的变换原理压电式传感器的变换原理4.5光电式传感器的变换原理光电式传感器的变换原理4.6光纤式传感器的变换原理光纤式传感器的变换原理4.7其它新型传感器其它新型传感器屏镶遍音搬为嗽益鸭潍铱值颇存邹膀浪镇池檄锁档合杯衫
2、恳钾聘咀颠尸涌起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理4.1.1传感器定义传感器定义4.1.2传感器的构成传感器的构成4.1.3传感器的分类传感器的分类4.1.4常见的被测物理量常见的被测物理量4.1.5传感器的性能要求传感器的性能要求4.1.6传感器的发展趋势传感器的发展趋势4.1.7传感器选用原则传感器选用原则4.1传感器的分类及其特性传感器的分类及其特性第四章第四章常用传感器常用传感器属朔赛煞嫩厉风支近催幌祁逾靡卢轮表颇须呸睡班奋槽去坚岸卑简决矛吓起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理传感器是借助于
3、检测元件接收一种形式的信息，并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。按一定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置。物理量物理量电量电量目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从目前，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。号的装置。4.1.1传感器定义传感器定义4.1传感器的分类及其特性传感器的分类及其特性娥幽纷涸撂之卖筛审郧嘘旗掀铲鳞吨据牧吾粒祥乖呼松釜毁改悄花庆啪错起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术
4、4常用传感器的变换原理4.1.2传感器的构成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。进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。dV4.1传感器的分类及其特性传感器的分类及其特性黄巷窘鸣麦趣泞鹏疼炭街峻箔策耻耐缮候瘩谗攘独卧押赔初请缅标畏诡杨起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验
5、技术4常用传感器的变换原理4.1.3传感器的分类传感器的分类(1)(1)按被测物理量分类按被测物理量分类: :(2)(2)按工作的物理基础分类按工作的物理基础分类: :(3)(3)按传感器的构成原理按传感器的构成原理: :(4)(4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系按敏感元件与被测对象之间的能量关系: :位移位移, ,力力, ,温度等温度等. .机械式机械式, ,电气式电气式, ,光学式光学式, ,流体式等流体式等. .物性型物性型, ,结构型结构型. .能量转换型和能量控制型能量转换型和能量控制型. .4.1传感器的分类及其特性传感器的分类及其特性警开梧巷旗烃坤剐魂灯刨荫忠芽愁岁每仲剁尿怨
6、诫餐肌殴痔趟婚灰捣阉捂起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理A A 物性型与结构型传感器物性型与结构型传感器物性型物性型: :依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换. . 例如例如: :水银温度计水银温度计, ,压电测力计压电测力计. .结构型结构型: :依靠传感器结构参数的变化实现信号转变依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. . 例如例如: :电容式和电感式传感器电容式和电感式传感器. .B B 能量转换型和能量控制型传感器能量转换型和能量控制型传感器能量转换型能量转换型: :直接由被测
7、对象输入能量使其工作直接由被测对象输入能量使其工作. . 例如例如: :热电偶温度计热电偶温度计, ,压电式加速度计压电式加速度计. .能量控制型能量控制型: :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. . 例如例如: :电阻应变片电阻应变片. .4.1传感器的分类及其特性传感器的分类及其特性缆达这顾余烯刁谱凋概痰勒所促尚砷荣耶之沸式彭瘫拖肤樊既敛照叠禽心起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理4.1.4常见的被测物理量常见的被测物理量机械量机械量: :长度长度, ,厚度厚度, ,位移位移, ,速
8、度速度, ,加速度加速度, ,旋转角旋转角, ,转数转数, , 质量质量, ,重量重量, ,力力, ,压力压力, ,真空度真空度, ,力矩力矩, ,风速风速, ,流速流速, , 流量流量. .声声: : 声压声压, ,噪声噪声. .磁磁: : 磁通磁通, ,磁场磁场. .温度温度: : 温度温度, ,热量热量, ,比热比热. .光：光： 亮度，色彩亮度，色彩. .电参量式传感器：电阻式、电容式、电感式压电式传感器、磁电式传感器、光电式传感器、气电式传感器、热电式传感器、射线式传感器、波式传感器、半导体式传感器、其它传感器4.1传感器的分类及其特性传感器的分类及其特性殆末齿接汉煤酣贤革项业偿辈驾
9、然疤馁尸状贼郧飞症某袜阿束阴宜掺笺政起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理4.1.5传感器的性能要求传感器的性能要求灵敏度高，输入和输出之间应具有较好的线性关系灵敏度高，输入和输出之间应具有较好的线性关系噪声小，并且具有抗外部噪声的性能噪声小，并且具有抗外部噪声的性能滞后，漂移误差小滞后，漂移误差小动态性能良好动态性能良好接入测量系统时对测量产生影响小；接入测量系统时对测量产生影响小；功耗小，复现性好，有互换性功耗小，复现性好，有互换性防水及抗腐蚀性能良好，能长期使用防水及抗腐蚀性能良好，能长期使用结构简单，容易维修和校正结构简单，容易维修和校正低
10、成本，通用性强低成本，通用性强4.1传感器的分类及其特性传感器的分类及其特性诲货树蕉筑鉴棵怨洲汉方笑逸埃靛霖郧钮议衡句牟缝淫扔斑色积缘保跃撤起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理采用新原理，开发新型传感器采用新原理，开发新型传感器大力开发物性型传感器大力开发物性型传感器传感器的集成化传感器的集成化传感器的多功能化传感器的多功能化传感器的智能化传感器的智能化仿生传感器仿生传感器4.1.6传感器的发展趋势传感器的发展趋势4.1传感器的分类及其特性传感器的分类及其特性佩秉畜坎恐犹宪谣夕临剃蛛抵缔透夕苫伤熙村淀沪疙坊浸跪游蔫隙迅湾颅起重运输机械实验技术4常
11、用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理4.1.7传感器选用原则传感器选用原则选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。1、灵敏度、灵敏度一一般般说说来来，传传感感器器灵灵敏敏度度越越高高越越好好，但但，在在确确定定灵灵敏度时，要考虑以下几个问题。敏度时，要考虑以下几个问题。a)灵敏度过高引起的干扰问题；灵敏度过高引起的干扰问题；b)量程范围。量程范围。c)交叉灵敏度问题。交叉灵敏度问题。4.1传感器的分类及其特性传感器的分类及其特性脓惊菱织
12、凶程非献亢粉详据猴捆爪孔鹏边符慢懊饵肉淤怖济人哥隋邑货舵起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理2响应特性响应特性传传感感器器的的响响应应特特性性是是指指在在所所测测频频率率范范围围内内，保保持持不不失真的测量条件。失真的测量条件。实实际际上上传传感感器器的的响响应应总总不不可可避避免免地地有有一一定定延延迟迟，但但总希望延迟的时间越短越好。总希望延迟的时间越短越好。3线性范围线性范围任任何何传传感感器器都都有有一一定定的的线线性性工工作作范范围围。在在线线性性范范围围内内输输出出与与输输入入成成比比例例关关系系，线线性性范范围围愈愈宽宽，则则表表明
13、明传传感感器器的的工工作作量量程程愈愈大大。传传感感器器工工作作在在线线性性区区域域内内，是是保保证证测量精度的基本条件。测量精度的基本条件。4.1传感器的分类及其特性传感器的分类及其特性废占楷可写壬绕闭猪斑停支嘶炙瘩酞溉汐呜锅蒸牌殃到思商有隘尿泉爹贱起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理4稳定性稳定性稳稳定定性性是是表表示示传传感感器器经经过过长长期期使使用用以以后后，其其输输出出特特性性不不发发生生变变化化的的性性能能。影影响响传传感感器器稳稳定定性性的的因因素素是是时时间间与环境。与环境。5精确度精确度传传感感器器的的精精确确度度是是表表示示
14、传传感感器器的的输输出出与与被被测测量量的的对对应程度。应程度。6测量方式测量方式传传感感器器工工作作方方式式，也也是是选选择择传传感感器器时时应应考考虑虑的的重重要要因因素素。例例如如，接接触触与与非非接接触触测测量量、破破坏坏与与非非破破坏坏性性测测量量、在线与非在线测量等。在线与非在线测量等。4.1传感器的分类及其特性传感器的分类及其特性难勾洒新千宛弥辊哆雾父糕儡酋赚晓曝泳气碎没绎席戍蠕瘴沸透家宵荐刻起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理4.2电阻式传感器电阻式传感器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是把被测量转换为
15、电阻变化的一种传感器.按工作的原理可分为按工作的原理可分为:变阻式、电阻应变式、热敏式、光变阻式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式敏式、电敏式.第四章第四章常用传感器常用传感器4.2.1变阻式传感器变阻式传感器4.2.2电阻应变式传感器电阻应变式传感器孩芜肋宁怎蕴陛尝谁曾湖现烷阂叮频么氟吼惜盯磋鼻佣兢覆稀透赋蛰傈洋起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理4.2.1变阻器式传感器变阻器式传感器（1）工作原理工作原理4.2电阻式传感器电阻式传感器R为单位长度的电阻灵敏度S=为单位弧度的电阻灵敏度S=当导线材质分布均匀时是一常数函数电位器用于测量控制系统
16、、对某些传感器的非线性环节进行补偿等结钻颅物斤畏婴趴樱董信劳馒挺援食范亮力味号邀瓜静授湍秀铲盒居楞粘起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理等效电路分析等效电路分析:Rp-总电阻总电阻;xp-变阻总长变阻总长;RL负载电阻负载电阻;x-电刷移动量电刷移动量.132xxpEinEoutRxRLRp-Rx0x100%100%Output0负载效应负载效应4.2电阻式传感器电阻式传感器镶佑熏旋遁毛彬墨否誓窥纤扯肥蝎疲根晓蝶馁许凶弃眠魏仿欺答运临彰顶起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理(2)变阻器式传感器的性能
17、参数变阻器式传感器的性能参数:1)线性线性(或曲线的一致性或曲线的一致性);4)移动或旋转角度范围移动或旋转角度范围;2)分辨率分辨率;5)电阻温度系数电阻温度系数;3)整个电阻值的偏差整个电阻值的偏差;6)寿命寿命;(3)变阻器式传感器的分类变阻器式传感器的分类:4.2电阻式传感器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电位器结构分薄略鼻绳虽唐速蜒粉犁枷麓多菲安寓寞武檀麻撼临摔昧疼宣弗灿殴柯阜淄起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理(4)变阻器式传感器的特点：变阻器式传
18、感器的特点：4.2电阻式传感器电阻式传感器电阻器电阻器制作制作特点特点绕线式绕线式直径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的胶木板等卷心上而制作电阻温度系数非常好，为(520)10-6/；精度、稳定性、重复性比薄膜式好；分辨力低于薄膜式金属陶瓷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，电阻温度系数为20010-6/左右导电导电-塑料塑料式式将基板的树脂与电阻膜制成一体，或将电阻胶涂于薄膜基片上分辨力高，寿命长，线响应特性好，电阻温度系数为40010-6/混合式混合式导电型树脂涂于线绕式电阻元件上兼有绕线式、导电塑料式的优点，电阻温
19、度系数为15010-6/荒耶瓢仍瓣股伊正葱幼乒梆硅垫妮子错趋姥淌芒曹膳余懊撤藤亥尽造膀蹦起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理(5)应用应用案例案例1 1：重量的自动检测重量的自动检测-配料设备配料设备设定值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4.2电阻式传感器电阻式传感器俊薛梗盼汇界虱茫蓝笔毙捅写牌荔写测桐蛹儡调惜绎氢谭佑雾最晦梗铆睬起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理案例案例2 2：煤气包储量检测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
20、气包钢丝特点：特点：（1）测量量程大；）测量量程大；（2）防爆；）防爆；（3）可靠；）可靠；（4）成本低。）成本低。4.2电阻式传感器电阻式传感器程元惭值涧浦档赢托嗽沾伦漾斥啮仕设锚逼欠机跋苍提萍疑僳大拙含粱躺起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理案例案例3 3：玩具机器人（广州中鸣数码玩具机器人（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4.2电阻式传感器电阻式传感器廓悦剃蠢运裹伏幕蛊档倍希邵粹赐孝贺雏闪珠芬哦井刷玄樱滴勘紧桐饲干起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理4.
21、2.2电阻应变式传感器电阻应变式传感器-应变片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。变化的现象。4.2电阻式传感器电阻式传感器可用于测量应力、应变、加速度、可用于测量应力、应变、加速度、扭矩等参数，具有体积小、动态响应扭矩等参数，具有体积小、动态响应好、测量精度高等优点。好、测量精度高等优点。氛厕瘸语葫疑潘庚朴兰阑客段谗潭兄罗厢龄翘迢打臆
22、理荒烛架硝纷矛迭丹起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理1）工作原理）工作原理金属应变片的电阻金属应变片的电阻R为为纵向应变纵向应变泊松比泊松比弹性模量弹性模量压阻系数压阻系数4.2电阻式传感器电阻式传感器电阻的变化量dR电阻的变化由两种因素引起：1、电阻丝几何形状的改变；2、材料电阻率的改变祷拄擞硼柱窍堆扔掣煽葫侯殷鸟固芥唯椭室电熏悦步瓦助彬届尾爱膘贬刃起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理(1)(1)当当 不变时不变时金属应变计金属应变计(2)(2)当当 变化时变化时半导体应变计半导体应变计4.2电
23、阻式传感器电阻式传感器金属材料：电阻率的改变对电阻的变化影响很小，电阻的变化主要由几何形状改变引起；半导体材料：电阻率变化的影响远大于几何形状变化的影响；电阻丝的应变灵敏度系数啥藤诱属谅毙淘氏诈迎请议孵涉润抽缉钱哩倒健顷留藐苟敦浓佯均俐征涸起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理2）金属应变片）金属应变片应变计4.2电阻式传感器电阻式传感器敏感栅：感应应变，并将其转化为电阻变化基底和覆盖层：固定和保护敏感栅，使敏感栅与试件绝缘，并传递试件变形给敏感栅。引出线：将敏感栅的电阻变化引入到测量电路中。应变片的基本工作原理：P76粘贴胶层的要求：P77应变片
24、的灵敏度系数（4-11）：K与K0的区别：测定应变片的灵敏度K时，应变片的横向部分承受了试件横向方向的应变变形，使应变片总的电阻增量R变小，从而导致应变片的灵敏度K小于电阻丝的灵敏度K0演有厉里屏新访筐思死刽虹料牺氦压恨茅啊常通窒种彩区键片碟井缠度埔起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理2）金属应变片）金属应变片应变计4.2电阻式传感器电阻式传感器应变片的横向效应：应变片对垂直于自身轴线方向的横向应变的反应。应变片的温度效应：应变工作时，周围环境和自身环境发生变化，由于电阻温度效应使敏感栅电阻发生变化，或由于敏感栅与被测试件的热变形不同使得敏感栅电
25、阻受到附加的拉伸（或压缩)而造成电阻变化的现象。温度补偿方法：脑逞蛹砚愤犬贞像量揽腕坍庞腆毡揖纳灼迷平弛萧凝柏敬蔑案雄样拙汽危起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3）半导体应变片）半导体应变片应变计4.2电阻式传感器电阻式传感器优点：优点：应变灵敏度大应变灵敏度大;体积小体积小;能制成具有一定应变电阻的元件能制成具有一定应变电阻的元件.缺点：缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片温度稳定性和可重复性不如金属应变片.汉焚昭柴周献法浇鲤门托狗硅衔谁饺庭陌梭唁督甚还屎泉屁荔需苞境拓奉起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用
26、传感器的变换原理4）应变片的主要参数）应变片的主要参数1）几何参数：标距）几何参数：标距L和丝栅宽度和丝栅宽度b，制造厂常用，制造厂常用bL表示。表示。2）电阻值：应变计的原始电阻值。）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。）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、）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）。蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。4.2电阻式传感器电阻式传感器朽鸡危秦鲜吃访革彝彤奇乙圃徘撒儡纵腰筹渣舷潞拟选惜赵掉效嘘某帽罪起重运输机械实验技术4常用传感器的变
27、换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理2）金属应变片）金属应变片应变计4.2电阻式传感器电阻式传感器金属应变片有：金属应变片有：丝式、箔式丝式、箔式优点：优点：稳定性和温度特性好稳定性和温度特性好缺点：缺点：灵敏度系数小灵敏度系数小霞上下矿潍宫搭仍沫匿胜还擅窃贫铜宴撤揭稀眼出搬摹妓猩楼界茁胰晤家起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理5）应变片的测量电路）应变片的测量电路第四章中第四章中“电桥电桥”内容内容4.2电阻式传感器电阻式传感器瑞台桅艺呆铆滨握叼曰捞葵颊叛昧坍钠未沁吁澄嗡架惮咎时狭钞凌未牧查起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理
28、起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理6）应用）应用案例案例1 1：桥梁固有频率测量桥梁固有频率测量原理在桥中设置一三角形障碍物，利用汽车碍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。4.2电阻式传感器电阻式传感器八蒲欧停盆睛蛔榜淘扔烛锚溢毒戒蜜闹骇道抡槛懊砰隙限鸣剖债滞赎呈祟起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理案例案例2 2：电子称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。4.2电阻式传感器电阻式传感器烘配进棠偿梗噎譬主培乖钵色催枢皿贡畴抚责宅已铬活灾携寓蠕送车笑糖起重运输机械实验技术
29、4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理案例案例3 3：桶式测力传感器桶式测力传感器4.2电阻式传感器电阻式传感器袁它琅惮星棘踢键瑞吮赘凉恬卸迸二衙跺钝豢撮堂尿囤胶垒刘淋巳赫契成起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理电桥电桥1）直流电桥）直流电桥信号放大电路信号放大电路平衡条件平衡条件堵绍嫡姿帧幅铁枢廊担视景稼雾俞挎俐机把组贸戈诞料椽烯福耻巴家习腔起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理信号放大电路信号放大电路直流电桥的连接方式直流电桥的连接方式a)半桥单臂半桥单臂b)半桥双臂半桥
30、双臂c)全桥全桥(a)半桥单臂半桥单臂(b)半桥双臂半桥双臂(c)全桥全桥人匿抒术晾磐贾安坊屉蛹排虞沼杆熬腮垛儒衅刘审蜜忌卢狙码靠宅校苇塔起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理直流电桥平衡条件直流电桥平衡条件优点：优点：所需的高稳定直流电源较易获得；电所需的高稳定直流电源较易获得；电桥输出电压是直流，可以用直流仪表测量；桥输出电压是直流，可以用直流仪表测量；对从传感器到测量仪表的连接导线要求较低，对从传感器到测量仪表的连接导线要求较低，电桥的平衡电路简单。电桥的平衡电路简单。缺点：缺点：直流放大器比较复杂，易受零漂和接直流放大器比较复杂，易受零漂和
31、接地电位的影响。地电位的影响。信号放大电路信号放大电路平衡电桥平衡电桥级夷揽扑戮峻赊院佳敞承翼棚蜗噪杉篙乒矽碍砌伯疗嘶冈谭糙造茎阎痞胚起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理信号放大电路信号放大电路2）交流电桥）交流电桥平衡条件平衡条件交流电桥的平衡问题较直流复杂得多，对交流电桥的平衡问题较直流复杂得多，对于交流电桥，除了进行电阻平衡外，还要于交流电桥，除了进行电阻平衡外，还要进行电抗平衡。交流电桥对于供桥电源要进行电抗平衡。交流电桥对于供桥电源要求也较高，必须具有良好的电压波形和频求也较高，必须具有良好的电压波形和频率稳定度。率稳定度。失稀侈哪铭牟
32、龄刊段宦城关烷鱼此菩九旅揉分袄酮翠巨枢困喜枪汛壕雾亥起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.3电感式传感器电感式传感器电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。转化为电感量的一种装置。分类分类:电感式传感器电感式传感器自感型自感型可变磁阻型可变磁阻型涡流式涡流式互感型互感型壕宦米旋泼泊脓惋檀娱中霹找辨惧未思闯请磋辽敞训驰适颐敖络卫傈浓娠起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.3电感式传感器电感式传感器1自感型自感型-可变磁阻可变磁
33、阻式式原理原理:电磁感应电磁感应线圈匝数磁路总磁阻铁芯导磁长度铁芯导磁率铁芯导磁截面积气隙长度空气导磁率气隙导磁截面积不考虑磁路的铁损时锐母衷滚抄接捞翠寥谗幽菲崖粮井该懈慢甜尸根惑主浇广努般址诗蕾待霹起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.3电感式传感器电感式传感器a）导磁面积变化）导磁面积变化b）变化变化喳桶撰柏晰贴尘丽爆斑泉京挤假力状懒症矾棘铁睛注德诵掐烛筋溶诣掀躲起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.3电感式传感器电感式传感器d）双螺管线圈差动c）单螺管线圈型b）差动型0-0+测量电路：将两
34、线圈分别接到电桥的相邻桥臂上，输出灵敏度可提高一倍。中喷角腆絮州图椿雏憎谩河爱勒辉冀休次门昂厢阀遭尘咆曙枚跟湖统鞍枪起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.3电感式传感器电感式传感器双螺管线圈差动型传感器及测量电路双螺管线圈差动型传感器及测量电路双螺管线圈差动型，较之单双螺管线圈差动型，较之单螺管线圈型螺管线圈型有较高灵敏度及线性；有较高灵敏度及线性；用于电感测微计上，其测用于电感测微计上，其测量范围为量范围为0300m，最小分，最小分辨力为辨力为0.5m。这种传感器的线圈接于电桥这种传感器的线圈接于电桥上，构成两个桥臂，线圈电上，构成两个桥臂，
35、线圈电感感L1、L2随铁芯位移而变化。随铁芯位移而变化。沁血粉香周奠胁删勃扁游兄蜡瓜身卉出梅腰傣销羽城掸旧吊吊京液摔拷抄起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.3电感式传感器电感式传感器2涡流式涡流式原理原理:涡流效应涡流效应原线圈的等效阻抗原线圈的等效阻抗Z变化：变化：电涡流效应是指：当金属导体处于交变磁场中时，表面会因电磁感应产生电动势，该电动势因电阻的存在而发生自行闭合的游涡状电涡流，这种现象称为电涡流效应拘迢似陋撰赠塞谩鞍荡四贸牌孔花奈溢秘说菌郑寓浊敏相岸扼笼耙炯棒婿起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感
36、器的变换原理高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器。如图所示，如图所示，高频高频(1MHz)激励电激励电流流产生的高频磁场作用于金属板的表产生的高频磁场作用于金属板的表面，由于面，由于集肤效应集肤效应，在金属板表面将，在金属板表面将形成涡电流形成涡电流。与此同时，该涡流产生。与此同时，该涡流产生的交变磁场又的交变磁场又反作用反作用于线圈，引起线于线圈，引起线圈自感圈自感L或阻抗或阻抗ZL的的变化变化。线圈自感。线圈自感L或阻抗或阻抗ZL的变化与距离该金属板的的变化与距离该金属板的电阻率电阻率、磁导率、磁导率、激励电流、激励电流i及角及角频率频率等有关。若等有关。若只改变距离只改变距离而保而保
37、持其它参数不变，则可将持其它参数不变，则可将位移变化转位移变化转换换为线圈为线圈自感变化自感变化，通过测量电路转，通过测量电路转换为电压输出。高频反射式涡流传感换为电压输出。高频反射式涡流传感器器多用于位移测量多用于位移测量。3.3电感式传感器电感式传感器巧柴迈检喜罐峦釜韵馅布件恍瓢学炸浮勒聚栗镜笼呻挠己垦吵呀揣泣籍咒起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器的工作原低频透射式涡流传感器的工作原理如图所示，理如图所示，发射线圈发射线圈1和和接收线圈接收线圈2分别置于被测金属板材料分别置于被测金
38、属板材料G的上、的上、下方。由于低频磁场下方。由于低频磁场集肤效应小集肤效应小，渗渗透深透深，当低频，当低频(音频范围音频范围)电压电压e1加到加到线圈线圈1的两端后，所产生磁力线的一的两端后，所产生磁力线的一部分透过金属板材料部分透过金属板材料G,使线圈使线圈2产生产生感应电动势感应电动势e2。但由于。但由于涡流消耗涡流消耗部分部分磁场能量，使感应电动势磁场能量，使感应电动势e2减少，当减少，当金属板材料金属板材料G越厚时，损耗的能量越越厚时，损耗的能量越大，输出电动势大，输出电动势e2越小。因此，越小。因此，e2的大的大小与小与G的厚度及材料的性质有关，试的厚度及材料的性质有关，试验表明，
39、验表明，e2随材料厚度随材料厚度h的增加按负指的增加按负指数规律减少数规律减少,如图所示，因此，若金属如图所示，因此，若金属板材料的性质一定，则利用板材料的性质一定，则利用e2的变化的变化即可测量其厚度。即可测量其厚度。3.3电感式传感器电感式传感器汞了厕突初吼依拘祝易巳祝东两彩拼恒臀涧眠弄脸政灵胎缀荒鳖肚基甘杠起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.3电感式传感器电感式传感器案例案例1 1：测厚测厚溅钳求饿懦必诅嘲肃洽禄则述鉴嫌漏屿殷阑凤萤酮绞颐棘阂汛伐典冕贫储起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理
40、3.3电感式传感器电感式传感器案例案例2 2：零件计数零件计数旺贪缘纹描得蓬哦产冗瑚灌深歪舷贿皱灸歪陋倔报稠木犯少人晚胎弄莽叁起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.3电感式传感器电感式传感器案例案例2 2：零件计数零件计数锰漓炉哪难黄影穷既迷亦残籽梳德燃氦勤楞遥透畅读沼龄夕铅奠吏绪妙巩起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.3电感式传感器电感式传感器案例案例3 3：测转速：测转速印叼泣磊铺羡屈据拳股浦檀噪秆峪坯苞矾俯滞及毛貉干虐悸庆瓶击臻熙誊起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实
41、验技术4常用传感器的变换原理3.3电感式传感器电感式传感器案例案例4 4：无损探伤无损探伤原理裂纹检测，缺陷造成涡流变化。火车轮检测火车轮检测油管检测油管检测泽擒纬烈堕雌迟掌脐咒炔降框医党糖榴放载柿碗割吮贯钟庚铡版拍乎江钧起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.3电感式传感器电感式传感器优点优点：接构简单，使用方便，不受油污、介质影响。：接构简单，使用方便，不受油污、介质影响。应用应用：位移、力、振动测量，：位移、力、振动测量，NDT，测厚，测厚,材质判别材质判别案例案例5 5：连续油管的椭圆度测量连续油管的椭圆度测量CoiledTubeEddy
42、SensorReferenceCircle原理：原理：蹭值乐命窜钻孜糯劝节奏檬咽延借摆栏吸福浩捕壹安韦靴槐翔至寡奎往陕起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理第二节第二节差动变压器式传感器差动变压器式传感器把被测的非电量变化转换为线线圈圈互互感感变变化化的传感器称为互感式传感器。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组用差动形式连接， 故称差动变压器式传感器。 差动变压器结构形式：变隙式、变面积式（这两种也称气隙型）和螺线管式等。在非电量测量中，应用最多的是螺螺线线管管式式差动变压器， 它可以测量1100mm机械位移，并具有测量精度高、灵
43、敏度高、 结构简单、性能可靠等优点。 橡研灼惑这迈敏蔷攫兼昨懂误擞豺灼景好邹圾棠詹壁霍梢遇冷刁梳瞳玩笑起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理差差动动变变压压器器结结构构形形式式分分气气隙隙型型和和螺螺管管型型两两种种。目前多采用目前多采用螺管型差动变压器螺管型差动变压器。一、工作原理一、工作原理1初级线圈初级线圈;2.3次级线圈次级线圈;4衔铁衔铁1243(a)气隙型气隙型123(b)螺管型螺管型4亭趴鹊洁拍臂坐串入佑拽宗逼思殖符乞漫产荷反茎诵俞琴涅鸦厕滨坏磨塘起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理螺线
44、管式差动变压器结构阀搏奴厕盘鹃贴钟蘑塘烁椿响直圣原芒于灵锻硼琅战蜘砧绦矫树蛛煎掉姿起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理差动变压器差动变压器1.1.工作原理工作原理: :互感现象互感现象EwEoutWW1W2Esx-x频会猜冲曳叙彦较羊忽角犀菌兽律架银唁昂敝庶色彭车令踊扫诞腊将淌喝起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理工作原理类似于变压器。主要包括有衔铁、初工作原理类似于变压器。主要包括有衔铁、初级绕组、次级绕组和线圈框架等。级绕组、次级绕组和线圈框架等。初、次级绕初、次级绕组的耦合能随衔铁的移动而变化
45、，组的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的即绕组间的互感互感随被测位移的改变而变化。随被测位移的改变而变化。初级线圈作为差动变压器激励用初级线圈作为差动变压器激励用，相当于，相当于变压器的原边，而变压器的原边，而次级线圈由结构尺寸和参数次级线圈由结构尺寸和参数相同的两个线圈反相串接相同的两个线圈反相串接而成，且以差动方式而成，且以差动方式输出，相当于变压器的副边。所以又把这种传输出，相当于变压器的副边。所以又把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称为为差动变压器差动变压器。 圆遵攒米厌孤吾朴沂篙扭祖厢获睁业痰访巡检浇龙央挎庆汉管域烦创桔渗起重运输
46、机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理螺管型差动变压器根据初、次级排列不同，有二螺管型差动变压器根据初、次级排列不同，有二节式、三节式、四节式和五节式等形式。节式、三节式、四节式和五节式等形式。图图4-9 4-9 差动变压器线圈各种排列形式差动变压器线圈各种排列形式1 1 初级线圈；初级线圈；2 2 次级线圈；次级线圈；3 3 衔铁衔铁( (a a) ) 二节式二节式 (b) (b) 三节式三节式 (c) (c) 四节式四节式 (d) (d) 五节式五节式31121 2112212123三节式的零点电位较小，二节式比三节式灵敏度三节式的零点电位较小，二节式
47、比三节式灵敏度高、线性范围大，四节式和五节式改善了传感器高、线性范围大，四节式和五节式改善了传感器线性度。线性度。绚试么肃辞桓去筑荚涵守拽娇份倡落恃措碉浩粗殿杰涵公与狙憾沧赴饱取起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理差动变压器的等效电路差动变压器的等效电路L1r2bL2aM1M2L2br2ar1差动变压器两个次级线圈反向串联、工作在理想差动变压器两个次级线圈反向串联、工作在理想情况下（情况下（忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等影响影响）时的等效电路：）时的等效电路：MM1 1、MM2 2初级绕组与两个初级绕组与两个
48、次级绕组间的互感；次级绕组间的互感；L L1 1、r r1 1初级绕组的电感和初级绕组的电感和有效电阻；有效电阻；L L2a2a、L L2b2b两个次级绕组的两个次级绕组的电感；电感；r r2a2a、r r2b2b两个次级绕组的有两个次级绕组的有效电阻；效电阻；E E2a2a、E E2b2b 两个次级绕组产两个次级绕组产生的感应电动势。生的感应电动势。肿签瞻椅获暴怜豌菠利高疆刽驼嫂睛之予辈辅骨男帽霄严待绍霞故绚两掖起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理当当初初级级绕绕组组加加以以激激励励电电压压U U1 1 时时, , 根根据据变变压压器器的的工工
49、作作原原理理, ,在在两两个个次次级级绕绕组组 2a2a和和 2b2b中中便便会会产产生生感感应应电电势势E E2a2a和和E E2b2b。 如如果果工工艺艺上上保保证证变变压压器器结结构构完完全全对对称称, ,则则当当活活动动衔衔铁铁处处于于初初始始平平衡衡位位置置时时, , 必必然然会会使使两两互互感感系系数数MM1 1= =MM2 2。根根据据电电磁磁感感应应原原理理, , 将将有有E E2a2a= =E E2b2b。由由于于变变压压器器两两次次级级绕绕组组反反相相串串联联, , 因因而而U U2 2= =E E2a2a- -E E2b2b=0,=0,即差动变压器输出电压为零。即差动变压
50、器输出电压为零。命唇稽黍芽天讹失搭汰茁览阶刨奖戍平把餐沈蟹毒轧蹬祥召卿斧崎肘璃倪起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理当当活活动动衔衔铁铁向向上上移移动动时时, ,由由于于磁磁阻阻的的影影响响， 2a2a中中磁磁通通将将大大于于 2b2b，使使MM1 1 MM2 2，因因而而E E2a2a增增加加，而而E E2b2b减减小小。反反之之，E E2b2b增增加加，E E2a2a减减小小。因因为为U Uo o= =E E2a2a- -E E2b2b，所所以以当当E E2a2a、E E2b2b 随随着着衔衔铁铁位位移移x x变变化化时时， U Uo o也必
51、将随也必将随x x而变化而变化。碎厚旬佰佛兼釜缆廉凶功斤初旨涅黎滔僧秃戚谓犁牢铀举咕郭累寥削蜂垂起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理2=E2a-E2bE2bE2a差动变压器输出差动变压器输出电势电势与衔铁与衔铁位移位移x x的关系。其的关系。其中中x x表示衔铁偏离表示衔铁偏离中心位置的距离。中心位置的距离。 0x差动变压器输出特性差动变压器输出特性变压器与活动衔铁位移变压器与活动衔铁位移的关系曲线如下：的关系曲线如下：涝板潞缺潜续守蕾靶征双年尝叹幂楼樊今掳专拽艇迪逐安葬喜凭狈仕平所起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4
52、常用传感器的变换原理 当当衔衔铁铁位位于于中中心心位位置置时时，差差动动变变压压器器输输出出电电压压并并不不等等于于零零，我我们们把把差差动动变变压压器器在在零零位位移移时时的的输输出出电电压压称称为为零零点点残残余余电电压压，记记作作U UX X，它它的的存存在在使使传传感感器器的的输输出出特特性性不不经经过过零零点点，造造成成实际特性与理论特性不完全一致。实际特性与理论特性不完全一致。 丸托赫叼酿哲克韶搀冀烷骸洽训挠培侩矫嗡鞘抱儿壶兆千酷茁耕缅苑枉近起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理零点残余电压零点残余电压 U UX X 当当当当差差差差动
53、动动动变变变变压压压压器器器器的的的的衔衔衔衔铁铁铁铁处处处处于于于于中中中中间间间间位位位位置置置置时时时时，理理理理想想想想条条条条件件件件下下下下其其其其输输输输出出出出电电电电压压压压为为为为零零零零。但但但但实实实实际际际际上上上上，当当当当使使使使用用用用桥桥桥桥式式式式电电电电路路路路时时时时，在在在在零零零零点点点点仍仍仍仍有有有有一一一一个个个个微微微微小小小小的的的的电电电电压压压压值值值值( ( ( (从从从从零零零零点点点点几几几几mVmVmVmV到到到到数数数数十十十十mV)mV)mV)mV)存存存存在在在在，称称称称为为为为零零零零点点点点残残残残余余余余电电电电压
54、压压压。如如如如图图图图是是是是扩扩扩扩大大大大了了了了的的的的零零零零点点点点残残残残余余余余电电电电压压压压的的的的输输输输出出出出特特特特性性性性。零零零零点点点点残残残残余余余余电电电电压压压压的的的的存存存存在在在在造造造造成成成成零零零零点点点点附附附附近近近近的的的的不不不不灵灵灵灵敏敏敏敏区区区区；零零零零点点点点残残残残余余余余电电电电压压压压输输输输入入入入放放放放大大大大器器器器内内内内会会会会使使使使放放放放大大大大器器器器末末末末级级级级趋趋趋趋向向向向饱饱饱饱和和和和，影响电路正常工作等。影响电路正常工作等。影响电路正常工作等。影响电路正常工作等。 0xx零点残余电
55、压一般在几零点残余电压一般在几十毫伏以下，在实际使十毫伏以下，在实际使用时，应设法减小用时，应设法减小U Ux x，否则将会影响传感器的否则将会影响传感器的测量结果。测量结果。脊棺椿沿惑哼强无撤仁叼恕悄遥帕态统绳寺陆轨揩丛颈趾段剪烟品租漓产起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理零点残余电压产生原因：零点残余电压产生原因：基波分量基波分量 由由于于差差动动变变压压器器两两个个次次级级绕绕组组不不可可能能完完全全一一致致，因因此此它它的的等等效效电电路路参参数数（互互感感MM、自自感感L L及及损损耗耗电电阻阻R R）不不可可能能相相同同，从从而而使使
56、两两个个次次级级绕绕组组的的感感应应电电动动势势数数值值不不等等。又又因因初初级级线线圈圈中中铜铜损损电电阻阻及及导导磁磁材材料料的的铁铁损损和和材材质质的的不不均均匀匀，线线圈圈匝匝间间电电容容的的存存在在等等因因素素，使使激励电流与所产生的磁通相位不同。激励电流与所产生的磁通相位不同。 董掌髓皱尉噶仑婴搬补范酗景了炬邮褪正塞么簧烃宋包禁替碗矽吉币家兢起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理高次谐波高次谐波 高高次次谐谐波波分分量量主主要要由由导导磁磁材材料料磁磁化化曲曲线线的的非非线线性性引引起起。由由于于磁磁滞滞损损耗耗和和铁铁磁磁饱饱和和的的
57、影影响响，使使得得激激励励电电流流与与磁磁通通波波形形不不一一致致产产生生了了非非正正弦弦( (主主要要是是三三次次谐谐波波) )磁磁通通，从从而而在在次次级级绕绕组组感感应应出出非非正正弦弦电电势势。另另外外，激激励励电电流流波波形形失失真真，因因其其内内含含高高次次谐谐波波分分量量，这这样样也也将将导导致致零零点点残残余余电压中有高次谐波成分。电压中有高次谐波成分。 灵取肾捆葛昼念扼堤雌隘所恕恃怔娱侧砌印缴呸鹏选料债狂傈昂侈捷辊蹈起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理一、压磁效应一、压磁效应铁磁材料在磁场中磁化时，在磁场方向会伸长或缩短，这种现
58、象称为磁致伸缩效应。材料随磁场强度的增加而伸长或缩短不是无限制的，最终会达到饱和。各种材料的饱和伸缩比是定值，称为磁致伸缩系数，用s表示，即第五第五节 压磁式磁式传感器感器式中 伸缩比。植孙悍篆颠衙褥脆潜脐疲京始讯酸忿暮蛰钾广斗嚏摧屎呸钵悸锁奄伏篱滤起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理在一定的磁场范围内，一些材料(如Fe)的s为正值，称为正磁致伸缩；反之，一些材料(如Ni)的s为负值，称为负磁致伸缩。测试表明，物体磁化时，不但磁化方向上会伸长(或缩短)，在偏离磁化方向的其他方向上也同时伸长(或缩短)，只是随着偏离角度的增大其伸长(或缩短)比逐渐减
59、小，直到接近垂直于磁化方向反而要缩短(或伸长)。铁磁材料的这种磁致伸缩，是由于自发磁化时导致物质的晶格结构改变，使原子间距发生变化而产生的现象。铁磁物体被磁化时如果受到限制而不能伸缩，内部会产生应力。如果在它外部施力，也会产生应力。当铁磁物体因磁化而引起伸缩(且不管何种原因)产生应力时，其内部必然存在磁弹性能E。分析表明，E与s成正比，且同磁化方向与应力方向之间的夹角有关。由于E的存在，将使铁磁材料的磁化方向发生变化。贸蚜彝峻振煽稼症烧耍涩奖渠袖拦寂虾壶辖困户堤堂啥莎金成忻亦悟瘦青起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理对于正磁致伸缩材料，如果存在拉
60、应力，将使磁化方向转向拉应力方向，加强拉应力方向的磁化，从而使拉应力方向的磁导率增大。反之，压应力将使磁化方向转向垂直于压应力的方向，削弱应力方向的磁化，从而使压应力方向的磁导率减小。对于负磁致伸缩材料，情况正好相反。这种被磁化的铁磁材料在应力影响下形成磁弹性能，使磁化强度矢量重新取向从而改变应力方向的磁导率的现象，称为磁弹性效应，或称压磁效应。品扭饯缚钝驼醉恋咀掣仗剂瘤铂庞擂盟晕匈淤铡颂毯尽褂抹瓶惟粘巧砖羡起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理铁磁材料的相对导磁率变化与应力之间的关系为 式中 铁磁材料的磁导率； BS饱和磁感应强度。从式(3-44
61、)可知，用于磁弹性式传感器的铁磁材料要求能承受大的应力、磁导率高、饱和磁感应强度小。常用的材料是硅钢片与铁镍软磁合金，由于后者价贵且性能不够稳定，目前大都采用硅钢片。(3-44)抚灿蛀块送槛橡杀纽印本嘲祟跑八瑞抚馆凤补垫咯邦吉魄喻逢酋嘱循灵胃起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理二压磁式传感器的工作原理二压磁式传感器的工作原理压磁式测力传感器的压磁元件由具有正磁致伸缩特性的硅钢片粘叠而成。如图3.33所示，硅钢片上冲有四个对称的孔，孔1、2的连线与孔3、4相互垂图(a)。孔1、2间绕有激磁绕组W12，孔3、4间绕有测量绕组W34，外力F与绕组W12
62、、W34所在平面成45角。当激磁绕组W12通过一定的交变电流时，铁心中就产生磁场H，方向如图(b)所示。设将孔间区域分成A、B、C、D四部分。无外力作用时，A、B、C、D四部分的磁导率相同，磁力线呈轴对称分布，合成磁场强度H平行于测量绕组W34的平面。姨蹄渠走败壹铡凋氖弛柒墒昧始左涯篆乖促谜脸哉约蛀吸三睡睡泄父结台起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理图3.33压磁式测力传感器的工作原理在磁场作用下，导磁体沿H方向磁化，磁通密度B与H取向相同。由于测量绕组无磁通通过，故不产生感应电势。邢茧呜枉昭仿熄懦库牛捡祟篓婉扛规蔑稳直繁羔北掷惧停役夺晰邢结音赔
63、起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理若对压磁元件施加压力F，如图(c)所示，A、B区域将产生很大的压应力，而C、D区域基本上仍处于自由状态。对于正磁致伸缩材料，压应力使其磁化方向转向垂直于压力的方向。因此，A、B区的磁导率下降，磁阻增大，而与应力垂直方向的上升，磁阻减小。磁通密度B偏向水平方向，与测量绕组W34交链，W34中将产生感应电势e。F值越大，W34交链的磁通越多，e值就越大。经变换处理后，即能用电流或电压来表示被测力F的大小。皇寅姜勾穆雄行椰獭戳抠旗岔韧研伎道右氯儡线错赢到傻嘴纬监咬友苗尽起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运
64、输机械实验技术4常用传感器的变换原理三三. .压磁式测力传感器的结构压磁式测力传感器的结构压磁式测力传感器的核心部件是压磁元件。组成压磁元件的铁心有四孔圆弧形、六孔圆弧形、“中”字形和“田”字形等多种，图4.16为一种典型的测力传感器。可按测力大小、输出特性的要求和灵敏度等选用。为扩大测力范围，可以将几个冲片联成多联冲片。此外，还有“”字形与横“曰”字形冲片，常用于测定或控制拉力或压力，以及无损检测残余应力。所有铁心都由冲片叠合而成，以减小涡流损耗。蓖猛壤驶俏配描增式眼奶弃贝势鹏单滑锨兽私柒杭韶藩迭巡早弥砸虑使豌起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原
65、理压磁式测力传感器的结构较撩孜耿仍差负忌罢怪丙翟纱卯富山赵之额摧皖泼宿巨耿楷氨拭倔完蔼辛起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理四四. .测量电路测量电路压磁式传感器的输出信号较大，一般不需要放大。所以测量电路主要由激磁电源、滤波电路、相敏整流和显示器等组成，基本电路如图3.35所示。由于铁磁材料的磁化特性随温度而变，压磁式传感器通常要进行温度补偿。最常用的方法是将工作传感器与不受载体作用的补偿传感器构成差动回路。澡愚集翰临讯狸引佯圆有婚迂霞忱邵岸柳香建蔚饲缴肿版瞻粉虑芦武军唱起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器
66、的变换原理压磁式传感器的电路原理框图值副进府娘吝畜撂鹊宦捞僚危逻遮剃地连鸽龚抨事冯秦始串隋搜项澜掠隔起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.4电容式传感器电容式传感器1.变换原理变换原理:将被测量的变化转化为电容量变化将被测量的变化转化为电容量变化两平行极板组成的电容器两平行极板组成的电容器, ,它的电容量为它的电容量为: :+A当当被被测测量量、S或或发发生生变变化化时时，都都会会引引起起电电容容的的变变化化。如如果果保保持持其其中中的的两两个个参参数数不不变变，而而仅仅改改变变另另一一个个参参数数，就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化。就
67、可把该参数的变化变换为单一电容量的变化。相对介电常数，空气中为相对介电常数，空气中为1真空介电常数真空介电常数极板面积极板面积极板间距离极板间距离擅梨椭渍峪畦也擂遂嘶蔑修蝗外山诗茄兽希换册厚复忙村击郝屿畦吕呀召起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理2分类分类3.4电容式传感器电容式传感器a) a) 极距变化型极距变化型+为减少线性误差，一般取极距变化范围为减少线性误差，一般取极距变化范围菏独蔫舆那闺弃哩锗趋扮曳沈储弃凌袜氰悲帕眼礼川官寄蜡挞茄蛆梯蜀痴起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.4电容式传感
68、器电容式传感器b)b)面积变化型面积变化型: :角位移型角位移型, ,平面线位移型平面线位移型, ,柱面线位移型柱面线位移型滞斌踞遍蹈才浸丛刃滩萍卞畅订留塔酿愚泵管杰碧粘坟询悲恩斑量虾您椒起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.4电容式传感器电容式传感器c) c) 介质变化型介质变化型变介电常数型电容传感器的结构原理如图所示。这种传感变介电常数型电容传感器的结构原理如图所示。这种传感器大多用于测量电介质的厚度器大多用于测量电介质的厚度(图图a)、位移、位移(图图b)、液位、液位(图图c)，还可根据极板间介质的介电常数随温度、湿度、容量改变而改还可
69、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、容量变来测量温度、湿度、容量(图图d)等。等。屁椅刺墓骇痒鹤硝灾杭矣奄讯镐屈茨缄则结妹设萤博鲤鹏均摔荆汗审闺思起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.4电容式传感器电容式传感器若忽略边缘效应，图若忽略边缘效应，图a、图、图b、图、图c所示传感器的电容量与被测量的关系为所示传感器的电容量与被测量的关系为式中式中、h 、0两固定极板间的距离、极间高度及间隙中空气的介电常数；两固定极板间的距离、极间高度及间隙中空气的介电常数；x、hx、被测物的厚度、被测液面高度和它的介电常数；被测物
70、的厚度、被测液面高度和它的介电常数； l、b、ax固定极板长、宽及被测物进入两极板中的长度（被测值）；固定极板长、宽及被测物进入两极板中的长度（被测值）； r1、r2内、外极筒的工作半径。内、外极筒的工作半径。案例案例: :液面高度测量液面高度测量痔任树频初湿社喷心夺缺撕荔圈壁叼迟第馒钝籍译亢啃汪柴叁岁瘟搽佳吠起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3测量电路测量电路3.4电容式传感器电容式传感器a)电桥电路电桥电路电容传感器为电桥的一部分。通常采用电阻、电容或电感、电容电容传感器为电桥的一部分。通常采用电阻、电容或电感、电容组成交流电桥，下图所示为
71、一种由电感、电容组成的电桥。电容组成交流电桥，下图所示为一种由电感、电容组成的电桥。电容变化转换为电桥的电压输出，经放大、相敏检波、滤波后，再推变化转换为电桥的电压输出，经放大、相敏检波、滤波后，再推动显示、记录仪器。动显示、记录仪器。 戊哎洒货冈就减迎毛蒋坪辅粤循夷检峙白豪禹劝失傻麦馒汲罚孕蛆岛钞憋起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.4电容式传感器电容式传感器b)谐振电路谐振电路右右图图所所示示为为谐谐振振式式电电路路的的原原理理框框图图，电电容容传传感感器器的的电电容容Cx作作为为谐谐振振回回路路(L2、C2、Cx)调调谐谐电电容容的的一
72、一部部分分。谐谐振振回回路路通通过过电电感感藕藕合合，从从稳稳定定的的高高频频振振荡荡器器取取得得振振荡荡电电压压。当当传传感感器器电电容容发发生生变变化化时时，使使得得谐谐振振回回路路的的阻阻抗抗发发生生相相应应的的变变化化，而而这这个个变变化化被被转转换换为为电电压压或或电电流流，再再经经过过放放大大、检检波波即即可得到相应的输出。可得到相应的输出。为为了了获获得得较较好好的的线线性性关关系系，一一般般谐谐振振电电路路的的工工作作点点选选在在谐谐振振曲曲线线的的线线性性区区域域内内最最大大振振幅幅70%附附近近的的地地方方，且工作范围选在且工作范围选在BC段内。段内。这这种种电电路路的的优
73、优点点是是比比较较灵灵活活；缺缺点点是是工工作作点点不不易易选选好好，变变化化范范围围也也较较窄窄，传传感感器器连连接接电电缆缆的的杂杂散散电电容容对对电电路路的的影影响响较较大大，同同时时为为了了提提高高测测量量精精度度，要要求振荡器的频率具有很高的稳定性求振荡器的频率具有很高的稳定性拐镊泳盈秆排券骡饮索铂萨卵熬岗吞淀学淘篆碑总靡由蒙楷芦潍兆撩贾众起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.4电容式传感器电容式传感器c)调频电路调频电路传传感感器器的的电电容容器器作作为为振振荡荡器器谐谐振振回回路路的的一一部部分分，当当输输入入量量使使电电容容量量
74、发发生生变变化化时时，振振荡荡器器的的振振荡荡频频率率将将发发生生变变化化，频频率率的的变变化化经经过过鉴鉴频频器器转转换换为为电电压压的的变变化化，经经过过放放大大处处理理后后输输入入显显示示或记录等仪器。（课本或记录等仪器。（课本P72图图3-28）熄红寂拙钟峪碟六勺验纲注叉惮窜淹访忧酣椽璃儿癸铸敌湾筒坎掣妥候咐起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.4电容式传感器电容式传感器d)运算放大器电路运算放大器电路前前面面已已经经叙叙述述到到，变变极极距距型型电电容容式式传传感感器器的的极极距距变变化化与与电电容容变变化化量量成成非非线线性性关关系
75、系。这这一一缺缺点点使使电电容容式式传传感感器器的的应应用用受受到到了了一一定定的的限限制制。采采用用比比例例运运算算放放大大器器电电路路，可可以以使使输输出出电电压压与与位位移移的的关关系系转转换换为为线线性性关关系系。如如下下图图所所示示，反反馈馈回回路路中中的的Cx为为极极距距变变化化型型电电容容式式传传感感器器的的输输入入电电路路，采采用用固固定定电电容容C0，u0为稳定的工作电压。为稳定的工作电压。思考：是否意味着可用于长距测量？（当极距增加时CxUy饱和）似烷常嗽洛疆娄蔚萎字营廷走舰接阎秧癸床垣胁孩腋停靡蝎盂霖输夏踢给起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4
76、常用传感器的变换原理4应用应用3.4电容式传感器电容式传感器案例案例1 1：电容传声器电容传声器案例案例2:2:转速测量转速测量隅惠续簇贵箱唁舵纸彭湾说据杜恳蜡至氮诈赣赖印彦晰痞狼灯樊波喊捂枫起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理崔哦辆癸壮熊效符馏宗淖称憎脚盔叁崎褂好德埠段驭啼墒邑耪居飘揭嘴楼起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理1.优点：优点：.温度稳定性好温度稳定性好 电容式传感器的电容值一般与电极材料无关，有利于选择温度系数低的材料，又因本身发热极小，影响稳定性甚微。 而电阻传感器有铜损等，易发热
77、产生零漂。特点和特点和应用中存在的用中存在的问题特点特点穷玻羞抬洼欠镭灭岗硒并垄裤肢壁境蝎莹班狱挽阴汁袋饰寄骋渍兢色速爆起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理.结构简单结构简单电容式传感器结构简单，易于制造，易于保证高的精度，可以做得非常小巧，以实现某些特殊的测量；能工作在高温，强辐射及强磁场等恶劣的环境中，可以承受很大的温度变化，承受高压力，高冲击，过载等；能测量超高温和低压差，也能对带磁工作进行测量。.动态响应好动态响应好 电容式传感器由于带电极板间的静电引力很小（约几个105N），需要的作用能量极小，又由于它的可动部分可以做得很小很薄，即质量
78、很轻，因此其固有频率很高，动态响应时间短，能在几兆Hz的频率下工作，特别适用于动态测量。又由于其介质损耗小可以用较高频率供电，因此系统工作频率高。它可用于测量高速变化的参数。号兰唐岩屉饭对惫驱略箕醇到帖彪涵捂勺填还申式藉令琢匿段泻画镀唆明起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理.可以非接触测量，具有平均效应可以非接触测量，具有平均效应 例如 非接触测量回转轴的振动或偏心率、小型滚珠轴承的径向间隙等。当采用非接触测量时，电容式传感器具有平均效应，可以减小工件表面粗糙度等对测量的影响。 电容式传感器除了上述的优点外，还因其带电极板间的静电引力很小，所需输
79、入力和输入能量极小，因而可测极低的压力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很灵敏，分辨力高，能敏感0.01m 甚至更小的位移；由于其空气等介质损耗小，采用差动结构并接成电桥式时产生的零残极小，因此允许电路进行高倍率放大，使仪器具有很高的灵敏度。魔萌蕴畦坛匝巾制音轴赫坠月甲鼠歧肩瞎耿砸需胞平胀惰澎造生车恼饵达起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理2.缺点缺点.输出阻抗高，负载能力差输出阻抗高，负载能力差电容式传感器的容量受其电极的几何尺寸等限制，一般微几十导几百皮法，其值只有几个皮法，使 传感器的输出阻抗很高，尤其当采用音频范围内的交流电源时，输出阻
80、抗高达108106。因此传感器的负载能力很差，易受外界干扰影响而产生不稳定现象，严重时甚至无法工作，必须采取屏蔽措施，从而给设计和使用带来极大的不便。容抗大还要求传感器绝缘部分的电阻值极高（几十兆欧以上），否则绝缘部分将作为旁路电阻而影响仪器的性能（如灵敏度降低），为此还要特别注意周围的环境如湿度、清洁度等。莎缸扳否浊已泞藤里栗借研达丁穆攫时饺趁绿青形宅困孽道拼抿戒虏虐杰起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理 若采用高频供电，可降低传感器输出阻抗，但高频放大、传输远比低频的复杂，且寄生电容影响大，不易保证工作十分稳定。.寄生电容影响大寄生电容影响大
81、 电容式传感器的初始电容量小，而连接传感器和电子线路的引线电缆电容（12m导线可达800pF）、电子线路的杂散电容以及传感器内极板于其周围导体构成的电容等所谓“寄生电容”却较大，不仅降低了传感器的灵敏度，而且这些电容（如电缆电容）常常是随机变化的，将使仪器工作很不稳定，影响测量精度。因此对电缆的选择、安装、接法都有要求。玻颐思磨窥监樟泣联泌福皇颂衬雍杖匠丽氦慷咯仲禹札迪稳虽昆腿识府东起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.4电容式传感器电容式传感器动手做：动手做：观察你计算机上使用的麦观察你计算机上使用的麦克风，并用它测量你自己克风，并用它测量你
82、自己的声音，绘出频谱。的声音，绘出频谱。蜜挝铅象场姥裔枯拥锌逮闭叠彬啸线鞍诺坠啃河棘邹荒僳挥则峭遣阶镑菠起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.5压电式传感器压电式传感器1.变换原理变换原理:某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部也会被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状且内部也会被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为态，这种现象称为压电效应压电效应。哥冕栋寿芽沧缩铺踢烦畏童钎入针寐没苑焚敢轴素小锈闰恿婉
83、积傲传朋师起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理F+最简单的压电式传感器的工作原理如图所示。在压电晶片最简单的压电式传感器的工作原理如图所示。在压电晶片的两个的两个工作面上工作面上进行金属蒸镀，形成进行金属蒸镀，形成金属膜金属膜，构成两个，构成两个电极电极。当压电晶片受到压力当压电晶片受到压力F的作用时，分别在两个极板上积聚数量的作用时，分别在两个极板上积聚数量相等而极性相反的电荷，形成电场。因此，压电传感器可以看相等而极性相反的电荷，形成电场。因此，压电传感器可以看作是一个作是一个电荷发生器电荷发生器，也可以看成是一个，也可以看成是一个电容器电容
84、器。工作原理：工作原理：在实际应用中，由于单片的输出电荷很小，因此，常常在实际应用中，由于单片的输出电荷很小，因此，常常将两片或两片以上的晶片粘结在一起（即并联和串联），组将两片或两片以上的晶片粘结在一起（即并联和串联），组成压电式传感器。成压电式传感器。砚称拙邯螺龚暖街棍锭原溶左柜锚专败同云思乳萤却琉坝臆特点程括橙嚷起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理+并联并联+串联串联并联和串联：并联和串联：并联时并联时串联时串联时设单片压电元件的电容为设单片压电元件的电容为，电荷为，电荷为，电压为，电压为，则当两片叠加后，则当两片叠加后电荷灵敏度高电荷灵敏
85、度高电压灵敏度高电压灵敏度高石馋来署阁颅挂瓣门漾沽旧盲笔棕覆队了堆领樱里础略鳞氢七稻馅滥兜奄起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理+并联并联+串联串联并联和串联：并联和串联：压压电电效效应应是是压压电电传传感感器器的的主主要要工工作作原原理理，压压电电传传感感器器不不能能用用于于静静态态测测量量，因因为为经经过过外外力力作作用用后后的的电电荷荷，只只有有在在回回路路具具有有无无限限大大的的输输入入阻阻抗抗时时才才得到保存，所以这决定了压电传感器只能够测量得到保存，所以这决定了压电传感器只能够测量动态动态的应力。的应力。并并联联时时，传传感感器器的的
86、电电容容量量大大、输输出出电电荷荷量量大大、时时间间常常数数也也大大，故故适适用用于测量于测量缓变信号及电荷量输出信号缓变信号及电荷量输出信号。串串联联时时，传传感感器器本本身身的的电电容容量量小小、响响应应快快、输输出出电电压压大大，故故适适用用于于测测量量以电压作输出的信号和频率较高的信号以电压作输出的信号和频率较高的信号。驶走持牲证泊沼嘉葡茁毙认阔视肠赊缝讹遍麦字陀区靖圾羞柑瓢饰箭渊吁起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.5压电式传感器压电式传感器2、测量电路、测量电路压电式传感器输出电信号很微弱，通常应把传感器信号压电式传感器输出电信号
87、很微弱，通常应把传感器信号先输入到先输入到高输入阻抗的前置放大器高输入阻抗的前置放大器中，经过阻抗变换后，方中，经过阻抗变换后，方可输入到后续显示仪表中。可输入到后续显示仪表中。壳碑鞠码爆可唯油颓拱糊零哈队峦遵甜当佣屿芒泉超控秋瓜唁汕捉幽谨秸起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.5压电式传感器压电式传感器电容电容泄漏泄漏电阻电阻压电元压电元件产生件产生的电荷的电荷传感器传感器电容电容电缆电容电缆电容外接电路的外接电路的输入端电容输入端电容泄漏电流泄漏电流qCR0ui电压放大器电压放大器低跳珍切攀硕纠色戎哲刮病峰缸叫略甩仲捞审哄制鼻草岁舞邹竭楞痛
88、宁叮起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.5压电式传感器压电式传感器 由于由于电荷放大器电荷放大器电路的电缆长度变化的影响不大，几乎可以忽略不计，电路的电缆长度变化的影响不大，几乎可以忽略不计，故而电荷放大器应用日益广泛。故而电荷放大器应用日益广泛。若放大器开环增益足够大，则若放大器开环增益足够大，则ACf(C+Cf)传感器电容传感器电容电缆电容电缆电容外接电路输外接电路输入端电容入端电容在一定情况下，电荷放大器的输出在一定情况下，电荷放大器的输出电压与传感器的电荷量成正此，并电压与传感器的电荷量成正此，并且与电缆分布电容无关。因此，采且与电缆
89、分布电容无关。因此，采用电荷放大器时，即使连接电缆长用电荷放大器时，即使连接电缆长度在百米以上，其灵敏度也无明显度在百米以上，其灵敏度也无明显变化，这是电荷放大器的突出优点。变化，这是电荷放大器的突出优点。汁偶浚水鸳啃倪株苏诱豌啤徒枫蜕竟迄刘溢哼驰仰硷垫往批蹿桓朴屁妖牢起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3应用应用b)压力变送器压力变送器3.5压电式传感器压电式传感器a)加速度计，力传感器加速度计，力传感器压压电电传传感感器器主主要要应应用用在在加加速速度度、压压力力和和力力等等的的测测量量中中。压压电电式式加加速速度度传传感感器器是是一一种种常
90、常用用的的加加速速度度计计。它它具具有有结结构构简简单单、体体积积小小、重重量量轻轻、使使用用寿寿命命长长等等优优异异的的特特点点。压压电电式式加加速速度度传传感感器器在在飞飞机机、汽汽车车、船船舶舶、桥桥梁梁和和建建筑筑的的振振动动和和冲冲击击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压压电电式式传传感感器器也也可可以以用用来来测测量量发发动动机机内内部部燃燃烧烧压压力力的的测测量量与与真真空空度度的的测测量量。也也可可以以用用于于军军事事工工业业，例例如如用用它它来来测测量量枪枪炮炮子子弹弹在在膛
91、膛中中击击发发的的一一瞬瞬间间的的膛膛压压的的变变化化和和炮炮口口的的冲冲击击波波压压力力。它它既既可可以以用用来来测测量量大大的的压压力力，也也可可以以用用来来测测量量微小的压力。微小的压力。态兆功曾坏矛疫缩端株郧耳时嚼凡雪噶覆又泥壁属弹旷堰悦败墙铸驭套瞳起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理产品产品压力变送器压力变送器加速度计加速度计力传感器力传感器3.5压电式传感器压电式传感器颗砸卵柏旨渭喂研惺靡禾仓熙个适质矣腻柜量世厘蛹沏肚夯车姻悸沃吉招起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理案例：飞机模态分析案
92、例：飞机模态分析3.5压电式传感器压电式传感器骄链为基鞍银绷送叫畏粪巨素荔丑罢况恐伊咋稻瑚谨尹始鸽解嫁臻陌似噎起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理案例：热轧设备诊断案例：热轧设备诊断3.5压电式传感器压电式传感器稻怒汁取柒大朗奸躺鸽识糕擎泉虚炬庐韦垮耙说管巧剐络粮鼎明仇诺男逢起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理1.了解磁电式传感器变换原理了解磁电式传感器变换原理2.了解动圈式传感器的基本结构和工作原理了解动圈式传感器的基本结构和工作原理3.了解磁阻式传感器的基本结构和工作原理了解磁阻式传感器的基本结
93、构和工作原理3.6磁电式传感器磁电式传感器第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理完成本节内容的学习后应能做到：完成本节内容的学习后应能做到：侥凉屎傀棱成自窗毛骚将婆蜀沼缝俺彼即褒巡舅淹芝孕湍推耀碌肖阮金馅起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理1.变换原理变换原理:磁电式传感器简称感应式传感器，也称电动式传感器。它把磁电式传感器简称感应式传感器，也称电动式传感器。它把被测物理量的变化转变为被测物理量的变化转变为感应电动势感应电动势，是一种，是一种机机-电能量变换型电能量变换型传感器，传感器，不需要外部供电电源不需要外部供电电源，电路简单，性能稳
94、定，输出阻抗，电路简单，性能稳定，输出阻抗小，又具有一定的频率响应范围小，又具有一定的频率响应范围(一般为一般为101000Hz)，适用于，适用于振振动、转速、扭矩等测量动、转速、扭矩等测量。但这种传感器的尺寸和重量都较大。但这种传感器的尺寸和重量都较大。感应线圈的感应电动势感应线圈的感应电动势e为为磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，改变其中一个因素，都会改变线圈的感应电动势。改变其中一个因素，都会改变线圈的感应电动势。3.6磁电式传感器磁电式传感器琐吭祸缎凰腆憨鳞丈蓄槽进砖奎竣乙识夕赡癸付辞雷斟三郁秉纽翘撇谋春起重运输机械实验技术4常
95、用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理2分类分类3.6磁电式传感器磁电式传感器磁磁电电式式动圈式动圈式磁阻式磁阻式线速度型线速度型角速度型角速度型潜袱幻终更蕊明娜哆酒贷冕随帽啸讥瘩卸觉练袄栓锯妻窄别绣弟逃皆与童起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3动圈式传感器动圈式传感器（恒定磁通式恒定磁通式）3.6磁电式传感器磁电式传感器收洼醇哺弓侩浩件奉贯巴古瘫蓬启蕉怯漓嘱呸酬揉搅窘噶晶痞当搅争畏肆起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.6磁电式传感器磁电式传感器当线圈在垂直于磁场方向作直
96、线运动或旋转运动时，若以当线圈在垂直于磁场方向作直线运动或旋转运动时，若以线圈相对磁场运动的速度线圈相对磁场运动的速度v或角速度或角速度表示，则所产生的感应表示，则所产生的感应电动势电动势e为：为：在传感器中当结构参数确定后，在传感器中当结构参数确定后，B、l、N、A均为定值，感应电动势均为定值，感应电动势e与线圈相对磁场的运动速度与线圈相对磁场的运动速度(v或或)成正比，所以这类传感器的基本形式是成正比，所以这类传感器的基本形式是速度传感器速度传感器，能直接测量线速度或角速度。如果在其测量电路中，能直接测量线速度或角速度。如果在其测量电路中接入积分接入积分电路或微分电路电路或微分电路，那么还
97、可以用来，那么还可以用来测量位移或加速度测量位移或加速度。但由上述工作原理。但由上述工作原理可知，磁电感应式传感器只适用于可知，磁电感应式传感器只适用于动态测量动态测量。单匝线圈有效长度单匝线圈有效长度线圈与磁场的相对运动速度线圈与磁场的相对运动速度单匝线圈的截面积单匝线圈的截面积角速度角速度席峰孜焙蛔确艺泵卸却暮视婪蜜字语彻硬弟尖吉淆刘奸贾涤晌蜒棉芥比秽起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理动圈式磁电传感器等效电路如下图所示，其等效电路的输出电压动圈式磁电传感器等效电路如下图所示，其等效电路的输出电压3.6磁电式传感器磁电式传感器发电线圈感应电动
98、势发电线圈感应电动势线圈电阻，一般为线圈电阻，一般为0.13KK负载电阻（放大器输入电阻）负载电阻（放大器输入电阻）一般一般C Cc c=70pF/m=70pF/m一般一般Rc=0.03/m可测量速度、加速度可测量速度、加速度和位移。和位移。碎顿署副遇尤冕承糟记侣纲聊滔钾术鞋监弯程钧慑乔彪祁锌呆缚普都靛揖起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理4磁阻式传感器（磁阻式传感器（变磁通式变磁通式常用来测量旋转物体的角速度常用来测量旋转物体的角速度）3.6磁电式传感器磁电式传感器左图为开路变磁通式，线圈和磁铁静止，测量齿轮由导磁材料制成，安左图为开路变磁通式
99、，线圈和磁铁静止，测量齿轮由导磁材料制成，安装在被测旋转体上，随之一起转动，每转过一个齿，传感器磁路磁阻变化一装在被测旋转体上，随之一起转动，每转过一个齿，传感器磁路磁阻变化一次，线圈产生的感应电动势的变化频率等于测量齿轮上齿轮的齿数和转速的次，线圈产生的感应电动势的变化频率等于测量齿轮上齿轮的齿数和转速的乘积。乘积。右右图图为为闭闭合合磁磁路路变变磁磁通通式式，被被测测转转轴轴带带动动椭椭圆圆形形测测量量齿齿轮轮在在磁磁场场气气隙隙中中等等速速转转动动，使使气气隙隙平平均均长长度度周周期期性性变变化化，因因而而磁磁路路磁磁阻阻也也周周期期性性变变化化，磁磁通通同同样样周周期期性性变变化化，则
100、则在在线线圈圈中中产产生生感感应应电电动动势势，其其频频率率f与与测测量量齿齿轮轮转转速速n(r/min)成正比，即成正比，即f=n/60。埂嚷咳纬瑞残掏阿仅瘴瘟削札闯旗架晨秘相喇糙坦砚醛暖址吓捧糕燎颊身起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理5应用应用b)测速电机测速电机a)磁电式车速传感器磁电式车速传感器3.6磁电式传感器磁电式传感器变磁通式传感器对环境条件要求不变磁通式传感器对环境条件要求不高，能在高，能在-15090的温度下工的温度下工作，也能在油、水雾、灰尘等条件作，也能在油、水雾、灰尘等条件下工作。但它的工作频率下限较高，下工作。但它的工
101、作频率下限较高，约为约为50Hz，上限可达，上限可达100Hz。派琅灼高藐蜡梢扯尽善穴唁县惊埂蜒瞩推坏喘占廷茁衡却苯愿炙轻瞧爆牢起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理1磁电转换元件传感器磁电转换元件传感器1)霍尔传感器霍尔传感器霍尔传感器是利用霍尔元件基于霍尔传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应霍尔效应原理而将被测量原理而将被测量转换成电动势输出的一种传感器。由于霍尔元件在静止状态下，转换成电动势输出的一种传感器。由于霍尔元件在静止状态下，具有感受磁场的独特能力，并且具有结构简单、体积小、噪声具有感受磁场的独特能力，并且具有结构简单、体积小、噪声小、频
102、率范围宽小、频率范围宽(从直流到微波从直流到微波)、动态范围大、动态范围大(输出电势变化输出电势变化范围可达范围可达1000:1)、寿命长等特点，因此获得了广泛应用。、寿命长等特点，因此获得了广泛应用。例如，在测量技术中用于将位移、力、加速度等量转换为例如，在测量技术中用于将位移、力、加速度等量转换为电量的传感器；在计算技术中用于作加、减、乘、除、开方、电量的传感器；在计算技术中用于作加、减、乘、除、开方、乘方以及微积分等运算的运算器等。乘方以及微积分等运算的运算器等。3.6磁电式传感器磁电式传感器蒸锋镶寨匝抡巾颓监盲钟蠕栈匈茹踌腋波芬增后科掀搓植趁膳那煌涎永懦起重运输机械实验技术4常用传感器
103、的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应霍尔效应。霍尔效应霍尔效应霍尔常数，决定与材质、霍尔常数，决定与材质、温度、元件尺寸，表示在温度、元件尺寸，表示在单位磁感应强度和单位控单位磁感应强度和单位控制电流时霍尔电势的大小制电流时霍尔电势的大小磁场和薄片法线磁场和薄片法线3.6磁电式传感器磁电式传感器吝栓娃闺呜惟荡沼盯缮蠕段瓦香团傍境肢踏布只钎缮花殴襟拴卿么涧已材起重运输机械实验
104、技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理霍尔元件霍尔元件由由霍尔片、四根引线和壳体霍尔片、四根引线和壳体组成，如图组成，如图:霍尔片是一块半导体单晶薄片霍尔片是一块半导体单晶薄片(一般为一般为4mm2mm0.1mm)，在它的长度方向，在它的长度方向两端面上焊有两端面上焊有a、b两根引线，称为控制电流端引线，通常用红色导线，其焊两根引线，称为控制电流端引线，通常用红色导线，其焊接处称为控制电极；在它的另两侧端面的中间以点的形式对称地焊有接处称为控制电极；在它的另两侧端面的中间以点的形式对称地焊有c、d两两根霍尔输出引线，通常用绿色导线，其焊接处称为霍尔电极。霍尔元件的
105、壳根霍尔输出引线，通常用绿色导线，其焊接处称为霍尔电极。霍尔元件的壳体是用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装。目前最常用的霍尔元件材料有锗体是用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装。目前最常用的霍尔元件材料有锗(Ge)、硅、硅(Si)、锑化铟、锑化铟(InSb)、砷化铟、砷化铟(InAs)等半导体材料。等半导体材料。3.6磁电式传感器磁电式传感器骑往癸鞋至美船医裤锻杯构雀妊它潦沟码死雁炼粤确敲饯睡截绞俏件附笼起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理应用应用右图是一种霍尔效应位移传感器工作右图是一种霍尔效应位移传感器工作原理。将霍尔元件置于磁场中，左半部磁原理。
106、将霍尔元件置于磁场中，左半部磁场方向向上，右半部磁场方向向下，从场方向向上，右半部磁场方向向下，从a端端通人电流通人电流I，根据霍尔效应，左半部产生霍，根据霍尔效应，左半部产生霍尔电势尔电势VH1，右半部产生露尔电势，右半部产生露尔电势VH2，其，其方向相反。因此，方向相反。因此，c、d两端电势为两端电势为VH1 VH2。如果霍尔元件在初始位置时。如果霍尔元件在初始位置时VH1=VH2，则输出为零；当改变磁极系统与霍尔元，则输出为零；当改变磁极系统与霍尔元件的相对位置时，即可得到输出电压，其件的相对位置时，即可得到输出电压，其大小正比于位移量。大小正比于位移量。1、位移传感器、位移传感器3.6
107、磁电式传感器磁电式传感器裕歹师去姨表隔膳史掇换摧婴傅瘪铆哮霖碘碳凛惑蒲糕养烬店塑胀臂移阿起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理2、测速传感器、测速传感器3.6磁电式传感器磁电式传感器遵被楼蝴捏馆状陈行惊男住闺兽施粒群愚螟闺拭潞匹摄窟新摈猛裕策抠簧起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3 3、测转角、测转角3.6磁电式传感器磁电式传感器脸板忌殷鹤喇变敛碟湖花走稳吞又困菠新摈窥轩呈寐敛企纳浇得房瞩似邹起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理4、电流传感器、电流传感
108、器 当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，磁场大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场磁场大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测。测。3.6磁电式传感器磁电式传感器仿场萤抖凭妨滓溉滓印颤烷铀垛治浩掌寒喝晃碳摇挫枯从原凝纱冉凳账憨起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理5、管道裂纹检测、管道裂纹检测原理磁场强度变化检测3.6磁电式传感器磁电式传感器搽孔沪抵呵昏村狮惭巧黔愈违劈获乒遍志理涧坷要梭大丧壳翌镊邮蟹谋呵起重运输机
109、械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理6 6、汽车速度测量、汽车速度测量3.6磁电式传感器磁电式传感器遥汤瘟使堆备弘呼辙几卯看氦利转诺蔡灌堕醇粳孤瞎湿辐或遥珍裳插浙害起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理2)磁电阻元件磁电阻元件磁阻效应磁阻效应-+lwx特点特点电阻的增量与磁电阻的增量与磁场的平方成正比；场的平方成正比；与磁场的正负无关；与磁场的正负无关；温度系数影响大；温度系数影响大；磁感应的范围比霍尔元件大。磁感应的范围比霍尔元件大。R-5-4-3-2-1012345应用应用磁头；接近开关和无触点开关。磁头；
110、接近开关和无触点开关。3.6磁电式传感器磁电式传感器诸冯谱捅疲勇婴俐靠惜朽兢庞陛嗣具也窥瞅刨斧碱底匈敞沮詹杭庐孩农貌起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3)磁感应半导体元件分类磁感应半导体元件分类磁感应半导体元件体元件霍尔IC结型元件霍尔元件磁电阻元件磁敏二极管磁晶体管磁半导体开关其它开关线性3.6磁电式传感器磁电式传感器实勉释匝伪意居欲淌炮拌袜诈螟纫搏色而倡舟讹谚颊曾航吉朋孵妙险坐愿起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.7半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器3)应用应用光光电电传传感感器器在
111、在工工业业上上的的应应用用可可归归纳纳为为吸吸收收式式、遮遮光光式、反射式、辐射式四种基本形式。式、反射式、辐射式四种基本形式。寸补钧淤明虏拯侥墩示跟畦蘸鹿脚杀肇勺眠平楞熔俐中闷咳钾悲督缉嫩邯起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理烈惨辅愈煤稳野哪屹戮吵酞统休卯阔帕妥证鲍腻袄王囊寨砸殃愿宣稀悍侣起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理4.8光电式传感器棒界赃膛毯弓册鹏弄蛊难哇夏娥警案震恰帽参厦饲没抓谊霜澡刃典衷抿敝起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理光电器件光
112、电效应外光电效应内光电效应光敏二极管、光敏晶体管光电池CCD光电传感器的应用过付从烂辩犬欣迪楷肿螟桨龚诣感遵江缎崇绽揪舶端隧峭睹运尘嗓祝溯队起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理光电效应外光电效应光子，光子能量；光电子外光电效应是指在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。内光电效应在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应光电导效应：光敏电阻、光敏二极管（晶体管）光生伏特效应：光电池毋朽钝垒奋赴颖半骏峰聚棒别窑析叔堆朗伞甥残饭锅镣背绍率翻眺煽蚊雍起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器
113、的变换原理光电效应姿懊沃的赖蜀伶色滥白海轰交弯揪封肾婚渊烫补垢峡他谎耘炯做附蔽讶癌起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理光敏电阻无光照时，光敏电阻阻值很大，电路中电流很小；当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值急剧减小，电路中电流迅速增大。材料敏感范围暗电阻亮电阻响应速率硫化镉0.31m（可见光）大于1M小于1K102硫化铅1.53m（近、中红外）如：用以火焰探测器大于2M小于1K104基本特性光照特性伏安特性光谱特性频率特性温度特性苞敢买房试拧稀铡顷榴宽嚼钥欺倍绍寒诡疮那钾添牺兜荆鹰桩舜若拳甲簧起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重
114、运输机械实验技术4常用传感器的变换原理光敏二极管、光敏晶体管光敏二极管光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态暗电流、光电流（光照越强，光电流？）光敏三极管基极无引出线，集电极相对于发射极为正电压当光照射在集电结上时,就会在结附近产生电子-空穴对,从而形成光电流,相当于三极管的基极电流。因此集电极电流是光生电流的倍,所以光敏晶体管有放大作用。硅：敏感可见光，可用来探测可见光或赤热状态物体锗：敏感红外光，可用于红外光探测怎无潍邮唬烹骋器独孩矩湿立傅琶虫技泽剐粮凳晰弱穿解铸焦尘馆哥葬增起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理光电池一个大面积的PN节，光照
115、下产生的电子空穴对向两级扩散，形成与光照强度有关的电动势。针渺柔宿誉遇砚糜蝇羽揩昆纲韶会臼硼憋揽幂翱晨颈迷多谊夕捻臼恰博敬起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理光电耦合器件光电耦合器光电开关伤君瘦抵筛学癌胜旦累阎晌酱曼屯泅煮索邢右萍翟杆匣握欲舒咖恤侍矾寻起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理CCD（电荷耦合器件）结构：MOS电容器光敏元或像素；MOS阵列CCD器件原理：金属氧化物SiO2沟阻耗尽层（势阱）衬底P-Si少数载流子树钞犁管铬灿联后辣副芹狗内戴亚狡咙咏巨英礁伍曙摄砷病诌皮蓑呻删响起重运输机械实
116、验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.7半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器3)应用应用光光电电传传感感器器在在工工业业上上的的应应用用可可归归纳纳为为吸吸收收式式、遮遮光光式、反射式、辐射式四种基本形式。式、反射式、辐射式四种基本形式。匹缠裹侦席演辱驱灼邪泊沮渴演涕叹迁菩常栽儡静矗品放搜任铰怂抨到场起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理光电传感器的应用29七乘耕蔫徊蚜彝凄秩户玖陵礼认皑竣满浮筒绵航涕卸洞畸训便链菇猜剑偷起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理31蓄
117、遇怪贞在笑舌直饲乏喊卒摹紊诞蕉莆筑焦皱饱磺优普襟束燕州熏糠舷申起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理光纤传感器光纤的结构光纤的传光原理蛔茂帖讶撂贝易噎恋彻虑眶啪兜忆沼垦稻尤涯惫妹淑瞎汗兄琅俭汾扰汹佩起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理光纤传感器工作原理利用被测量对光的传输特性施加的影响，完成测量功能型利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成传光型光纤仅仅起传输光的作用，它在光纤端面或中间加装其它敏感元件感受被测量的变化被测对象光纤敏感元件至信号处理系统光源光纤光探测器被测对象光敏感元件至信号处理系统光源光
118、纤光探测器南欣劣耿裤复裕龟捧众悦耽腹岛兴粕惕寻帐绣半封丢织匡姻戍携眷挡傈各起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理红外传感器辐射式传感器红外辐射本质是热辐射以波的形式在空间直线传播，真空中以光速传播当物体温度低于1000时，向外辐射的不再是可见光，而是红外光红外线在通过大气层时,有三个波段透过率高,它们是22.6m、35m和814m店冒阀药捕乾飞勋稽欲寝祥这檄架讥呛婆入纸族焉锯著症邮哺轿颁肝讳鲜起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理红外探测器热探测器利用红外辐射的热效应，探测器的敏感元件吸收辐射能后引起温
119、度升高，进而使某些有关物理参数发生变化，通过测量物理参数的变化来确定探测器所吸收的红外辐射。光子探测器利用入射光辐射的光子流与探测器材料中的电子互相作用，从而改变电子的能量状态，引起各种电学现象。杂捧姨男百钻辛栏万都腕拙乍眶俏肮啄捻锭蚕哪镣盒兽畸吻盼摔拼朱弛昭起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理红外传感器的应用红外测温仪沏讶汹崔朽厦列彩厘芹挖绦宋胡垂栗瞒哉史厌要闰汤钎笛柯熬消捉汤蒋庞起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理红外传感器的应用红外线气体分析仪CO2起滤波作业起滤波作业N2后匝刃伟遇污梆忻拥胸
120、咬赢爹屏男姐僻蕊括凛投卢漂之穆镰晋时族具丈膳起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理第三章第三章常用传感器常用传感器本章学习要求：本章学习要求：1.了解传感器的分类了解传感器的分类2.掌握常用传感器测量原理掌握常用传感器测量原理3.了解传感器测量电路了解传感器测量电路3.9传感器选用原则传感器选用原则3.1概述概述3.2电阻式传感器电阻式传感器3.3电感式传感器电感式传感器3.4电容式传感器电容式传感器3.5压电式传感器压电式传感器3.6磁电式传感器磁电式传感器3.7半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器3.8其它类型传感器其它类型传感器夯毫介有茁
121、友晋靳践哮状依莆啦酵响列井哇枫捧柳萄卸帜现牙触厉橡踞兑起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理3.9传感器选用原则传感器选用原则选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。1、灵敏度、灵敏度一一般般说说来来，传传感感器器灵灵敏敏度度越越高高越越好好，但但，在在确确定定灵灵敏度时，要考虑以下几个问题。敏度时，要考虑以下几个问题。a)灵敏度过高引起的干扰问题；灵敏度过高引起的干扰问
122、题；b)量程范围。量程范围。c)交叉灵敏度问题。交叉灵敏度问题。签筹浅羔围扩哮丧时耕硕蜘拷皖牙斤亡沮笼砷珐虚眨何诲恫贸崖待两履讶起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.9传感器选用原则传感器选用原则2响应特性响应特性传传感感器器的的响响应应特特性性是是指指在在所所测测频频率率范范围围内内，保保持持不不失真的测量条件。失真的测量条件。实实际际上上传传感感器器的的响响应应总总不不可可避避免免地地有有一一定定延延迟迟，但但总希望延迟的时间越短越好。总希望延迟的时间越短越好。3线性范围线性范围任任何何传传感感器器都都有有一一定定的的线线性性工工作作范范围
123、围。在在线线性性范范围围内内输输出出与与输输入入成成比比例例关关系系，线线性性范范围围愈愈宽宽，则则表表明明传传感感器器的的工工作作量量程程愈愈大大。传传感感器器工工作作在在线线性性区区域域内内，是是保保证证测量精度的基本条件。测量精度的基本条件。椭襟洽肉剖腺莱睹狈奴动居楚檬趴检鼓泵四院赐嗓婪狰穴憾彦鹤胳凶疟刀起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理3.9传感器选用原则传感器选用原则4稳定性稳定性稳稳定定性性是是表表示示传传感感器器经经过过长长期期使使用用以以后后，其其输输出出特特性性不不发发生生变变化化的的性性能能。影影响响传传感感器器稳稳定定性性的的因因素素是是时时间间与环境。与环境。5精确度精确度传传感感器器的的精精确确度度是是表表示示传传感感器器的的输输出出与与被被测测量量的的对对应程度。应程度。6测量方式测量方式传传感感器器工工作作方方式式，也也是是选选择择传传感感器器时时应应考考虑虑的的重重要要因因素素。例例如如，接接触触与与非非接接触触测测量量、破破坏坏与与非非破破坏坏性性测测量量、在线与非在线测量等。在线与非在线测量等。谍饯峨宿胶扳目叼仓忍波盅邓扼强网角由吁韦抠诱驼掺他披漆鼎帮糟伸场起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理起重运输机械实验技术4常用传感器的变换原理
