参数式传感器及其应用ppt课件

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1、测试技技术 参数式参数式传感器及其运用感器及其运用第四章第四章内容内容 1.传感器概念传感器概念2.电阻式传感器电阻式传感器3.电容式传感器电容式传感器4.电感式传感器电感式传感器根本概念根本概念传感器：一种能把特定的信息物理、化感器：一种能把特定的信息物理、化学、生物按一定学、生物按一定规律律转换成某种可用信成某种可用信号号输出的器件和安装。出的器件和安装。1 1、传传感器概念感器概念 根本概念根本概念信息信息检测的不可短少的首要的不可短少的首要环节，它的直接，它的直接影响影响测试系系统的整体的整体测试精度精度工程工程实践中俗称丈量践中俗称丈量头、检测器等，也称器等，也称为一次一次仪表表传感

2、器感器 Transducer/Sensor/probe Transducer/Sensor/probe 1 1、传传感器概念感器概念 根本概念根本概念信息信息检测的不可短少的首要的不可短少的首要环节，它的直接影，它的直接影响响测试系系统的整体的整体测试精度精度工程工程实践中俗称丈量践中俗称丈量头、检测器等，也称器等，也称为一一次次仪表表传感器感器 Transducer/Sensor/probe Transducer/Sensor/probe 国家国家规范范GB766587GB766587对传感器定感器定义: : 感受感受规定的被丈量并按一定的定的被丈量并按一定的规律律转换成可用成可用输出信号的

3、器件或安装出信号的器件或安装一个指定的一个指定的传感器，只能感受感器，只能感受规定的物理量定的物理量电量、非量、非电量量) )传感器的感器的输出信号中出信号中载有被丈量信息，且能有被丈量信息，且能远间隔隔传送送 电信号、光信号、气信号、光信号、气动信号信号输入入输出关系服从一定出关系服从一定规律，可以复律，可以复现公公认、规范范1 1、传传感器概念感器概念 组成组成感受规定的被丈量并按一定的规律转换感受规定的被丈量并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或安装成可用输出信号的器件或安装敏感元件敏感元件转换元件元件转换电路路被丈量被丈量电量电量敏感元件敏感元件直接感受被丈量直接感受被丈量转换为有确

4、定关系的易有确定关系的易变成成电量的其它量量的其它量转换元件元件将将其其它它物物理理量量直直接接转换为有有确确定定关关系系的的电量量的的元件元件便于便于远传、接、接纳的信号的信号420mA、5V服从一定的可复服从一定的可复现的的规律律Vfp、QfpRfLfx规定的物理量规定的物理量压力压力应变应变振动、位移振动、位移1 1、传传感器概念感器概念 敏感元件敏感元件 力、转矩力、转矩 应变应变转换元件转换元件 应变应变 电阻电阻 转换电路 电阻电压根本特性根本特性测试系统的一个根本单元，具有：测试系统的一个根本单元，具有：静态特性静态特性 丈量范围、灵敏度、精度等丈量范围、灵敏度、精度等动态特性动

5、态特性 带宽带宽 频响曲线频响曲线1 1、传传感器概念感器概念 分类分类用途用途/ /输入量输入量: :适宜于用户适宜于用户机械量：位移、力、速度、加速度、振动机械量：位移、力、速度、加速度、振动热工量：温度、压力、流量、流速热工量：温度、压力、流量、流速光学量：光强、光通量、辐射能光学量：光强、光通量、辐射能能量关系能量关系 能量转换型能量转换型/ /有源型：热电偶、光电池、压电式、有源型：热电偶、光电池、压电式、惯性式惯性式能量控制型：获取的信息能量来控制、调制外能量控制型：获取的信息能量来控制、调制外部鼓励部鼓励 涡流、涡流、R R、L L、C C参数型参数型1 1、传传感器概念感器概念

6、 分类分类输出量性质：适宜于研发输出量性质：适宜于研发电参数型电参数型/ /参数式：参数式：R R、L L、C C工程参数工程参数 电参数电参数根本类型根本类型: :电阻、电感和电容式电阻、电感和电容式无源传感器：本身没有内在的能量转换无源传感器：本身没有内在的能量转换电量型电量型/ /发电式：电压、电流、电荷发电式：电压、电流、电荷工程参数工程参数 电信号电信号根本类型根本类型: :压电式、磁电式、光电式、霍尔式以压电式、磁电式、光电式、霍尔式以及热电式及热电式有源传感器：本身就有内在的能量转换有源传感器：本身就有内在的能量转换1 1、传传感器概念感器概念 定定义：将将非非电量量变化化转换为

7、电阻阻变化化的的传感感器器丈量的物理量丈量的物理量应变应变片片热热敏敏电阻阻位移位移/ /间隔隔电位器位器转换元件元件电阻阻R R转换电路路直流直流电桥2 2、电电阻式阻式传传感器感器电阻电阻R R应变片式片式传感器感器任任务原理：原理：应变效效应应变片的片的电阻：阻： l l长度度 A A截面、半径截面、半径r r 电阻率阻率微微应变资料料在在轴向向受受力力的的作作用用，产活活力力械械变形形/ /构构造造变形形微微应变 Al2 2、电电阻式阻式传传感器感器应变片式片式传感器感器任任务原理原理微微应变构造尺寸构造尺寸变化化 应变单位：位：1=1x10-6m/m1=1x10-6m/m 资料的泊松

8、比料的泊松比Al2 2、电电阻式阻式传传感器感器应变片式片式传感器感器任任务原理原理电阻率阻率变化化金属金属资料料 资料的泊松比料的泊松比 C C常数常数半半导体体资料料 半半导体体资料在受力方向料在受力方向压阻系数阻系数 E E半半导体体资料的料的弹性模量性模量Al2 2、电电阻式阻式传传感器感器应变片式片式传感器感器任任务原理原理金属金属资料料 普普通通0.30.3，C1C1，因因此此金金属属资料料的的电阻阻应变效效应主主要要来来自自构构造造尺尺寸寸的的变化化尺尺寸寸效效应，且且灵灵敏敏系系数数较小小，约为2.02.0左右。左右。半半导体体资料料 E(1+)E(1+)，因因此此半半导体体资

9、料料的的电阻阻变化化主主要要来来自自压阻阻效效应，灵灵敏敏系系数数较大大，约为5050200200，且分散性大。，且分散性大。2 2、电电阻式阻式传传感器感器应变片式传感器应变片式传感器应变片技术参数应变片技术参数类类 型型金属应变片金属应变片半导体应变片半导体应变片测量范围测量范围0.150000 0.0013000 灵敏系数灵敏系数1.84.550200标称阻值标称阻值120，350，600，500010005000电阻受温度影响电阻受温度影响温度系数是温度系数是正值正值温度系数是温度系数是负值，负值， 0.15%/0C电阻容差电阻容差0.1%0.35%1%2%有效栅长度有效栅长度/mm0

10、.4150 标准值：标准值：310152 2、电电阻式阻式传传感器感器应变片式片式传感器感器应变片技片技术参数参数( (金属金属) )应变片片资料料康康铜：常用的：常用的电阻阻丝资料料卡卡玛合合金金：适适用用于于长时间静静态丈丈量量，比比康康铜具具有有更更长的疲的疲劳寿命和更寿命和更宽的温度范的温度范围铂钨合金：具有极合金：具有极长的疲的疲劳寿命寿命绝缘电阻阻：应变片片绝缘电阻阻R R是是指指已已粘粘贴的的应变片片与被与被测试件之件之间的的电阻阻值，普通要求，普通要求R R108108最最大大任任务电流流ImaxImax已已安安装装的的应变片片敏敏感感栅允允许经过的的不不影影响响其其任任务特特

11、性性的的最最大大电流流值. .通通常常静静态丈丈量取量取25mA25mA左右，左右，动态丈量可取丈量可取7575100mA100mA2 2、电电阻式阻式传传感器感器应变片式传感器应变片式传感器应变片构造应变片构造50年代以前2 2、电电阻式阻式传传感器感器柱式柱式应变片式片式传感器感器应变片运用片运用敏感元件敏感元件膜片式气体、液体膜片式气体、液体梁式梁式等截面梁等截面梁双孔梁双孔梁S型拉力梁型拉力梁2 2、电电阻式阻式传传感器感器应变片式片式传感器感器应变片的安装片的安装安装安装力力传送送丈量效果丈量效果 受力的方向受力的方向应变片片纵向向安安装装方方法法有有三三种种：粘粘贴法法、焊接接法法

12、和和喷涂涂法法，其中粘其中粘贴法最法最为常用常用2 2、电电阻式阻式传传感器感器应变片式片式传感器感器温度温度误差差温度引起的丈量温度引起的丈量误差差RtRt、R0R0应变片在温度片在温度t t、t0t0时电阻阻值应变片片电阻阻丝的的电阻温度系数阻温度系数电阻阻丝资料和料和试件件资料的料的线膨膨胀系数系数应变片灵敏系数片灵敏系数t t 温度温度变化量化量必需采用一定的方法来必需采用一定的方法来补偿电阻阻应变片片输出的温度出的温度误差，差，适用中常采用适用中常采用桥路路补偿方法方法电阻温度效应电阻温度效应热膨胀效应热膨胀效应2 2、电电阻式阻式传传感器感器应变片式片式传感器感器温度温度补偿温度效

13、温度效应：阻：阻值随温度随温度变化化被被测体体线胀：不同的：不同的线胀系数系数电桥衔接接差差动：相：相邻臂臂提高灵敏度提高灵敏度补偿：相：相邻臂臂2 2、电电阻式阻式传传感器感器热电阻式阻式传感器感器任任务原原理理：金金属属或或半半导体体的的电阻阻值是是温温度度的的函数函数 当当温温度度升升高高11时，大大多多数数金金属属的的阻阻值要要添添加加0.40.6%0.40.6%，而而半半导体体的的电阻阻值要要减减小小36%36%普普通通纯金金属属在在温温度度变化化范范围不不大大时，其其电阻阻值与温度的关系近似与温度的关系近似为某些半某些半导体的体的电阻阻值与温度的关系与温度的关系为2 2、电电阻式阻

14、式传传感器感器热电阻式阻式传感器感器电阻阻温度特性曲温度特性曲线铂、铜的电阻特性曲线比较理想铂、铜的电阻特性曲线比较理想 半导体的电阻特性曲线半导体的电阻特性曲线2 2、电电阻式阻式传传感器感器热电阻式传感器热电阻式传感器热电阻资料选择热电阻资料选择电电阻阻温温度度系系数数a a要要大大，制制成成的的温温度度传传感感器器的的灵灵敏敏度度越越高高。电电阻阻温温度度系系数数与与资资料料的的纯纯度度有有关关，纯纯度度越高，越高，a a值就越大，且稳定值就越大，且稳定资资料料的的电电阻阻率率要要大大，这这样样可可使使热热电电阻阻体体积积较较小小，热惯性较小，对温度变化的呼应就比较快热惯性较小，对温度变

15、化的呼应就比较快在在整整个个丈丈量量范范围围内内，物物理理化化学学性性质质稳稳定定、线线性性、良好反复性良好反复性易于加工复制，价钱廉价易于加工复制，价钱廉价几种热电阻资料特性2 2、电电阻式阻式传传感器感器热电阻式阻式传感器感器金属金属电阻：工阻：工业中运用最多的是中运用最多的是铂和和铜铂电阻阻化化学学稳定定性性很很高高，容容易易提提纯，便便于于加加工工最最常用的常用的资料料用用于于13.81K13.81K630630范范围内内的的测温温、也也是是基基准准温度温度计2 2、电电阻式阻式传传感器感器热电阻式阻式传感器感器铂电阻精度等阻精度等级：决：决议于于纯度度纯度度：百百度度电阻阻比比W(1

16、00)=R100/R0 W(100)=R100/R0 1.3911.391工工业规范范分度号：分度号： BA1 BA1、BA2BA2HT-101HT-101铂电铂电阻元件阻元件 honeywell honeywell 分度号：分度号：pT100pT100 BA2BA2 量程：量程：-200-450-200-450精度：精度：A A：0.06 B0.06 B：0.120.12外形：外形：1.63.2 25 1.63.2 25 2 2、电电阻式阻式传传感器感器分度号分度号R0（）精度精度等等级R100/R0R0允允许的的误差（）差（）测量最大允量最大允许偏差（偏差（）BA146.001.39100

17、.00070.05级：-2000时(0.15+4.510-3t)0500时(0.15+3.010-3t)级：-2000时(0.3+6.010-3t)0500时(0.3+4.510-3t)1.39100.0011.39100.0010.1BA2100.001.39100.00070.051.39100.0010.1热电阻式阻式传感器感器膜膜铂电阻阻用用真真空空堆堆积的的薄薄膜膜技技术把把铂溅射射在在陶陶瓷瓷基基片片上上，膜膜厚厚在在2m2m以以内内，用用玻玻璃璃烧结料料固固定定Ni(Ni(或或Pd)Pd)引引线，经激光激光调阻制成薄膜元件阻制成薄膜元件微型化、反响快微型化、反响快2 2、电电阻式

18、阻式传传感器感器热电阻式阻式传感器感器金属金属电阻：工阻：工业中运用最多的是中运用最多的是铂和和铜铜电阻阻温温度度系系数数a a高高于于其其它它金金属属的的值，价价钱低低廉廉，易易于提于提纯在在-50-50150150范范围内近似呈内近似呈线性关系性关系缺陷缺陷电阻阻率率小小，体体积较大大，铜电阻阻丝细而而长，故故机机械械强度降低度降低易氧化，只能用于无侵易氧化，只能用于无侵蚀性介性介质2 2、电电阻式阻式传传感器感器热电阻式阻式传感器感器半半导体体电阻阻具具有有负的的电阻阻温温度度系系数数：温温度度降降低低时，其其电阻阻值添加，灵敏度增大添加，灵敏度增大具具有有灵灵敏敏度度高高、体体积小小、

19、热容容量量小小的的优点点，可可作作为精精细温度丈量温度丈量常用的常用的测温温电阻有阻有锗电阻和阻和热敏敏电阻阻锗电阻阻电阻阻温温度度关关系系很很稳定定，反反复复性性很很好好迄迄今今所所研研讨过的半的半导体中最理想的低温丈量元件体中最理想的低温丈量元件标定定一一次次可可长期期运运用用，而而且且它它的的丈丈量量精精度度可可到到达达0.005K0.005K许多多国国家家将将锗电阻阻温温度度计作作为4.2K20K4.2K20K之之间的的规范范测温温仪表表2 2、电电阻式阻式传传感器感器热电阻式阻式传感器感器半半导体体电阻阻热敏敏电阻：正、阻：正、负、临界温度系数界温度系数丈丈量量灵灵敏敏度度较高高、本

20、本钱低低、体体积小小点点温温度度丈丈量量、反反复复性性好好，可可满足足不不同同测温温对象的要求，而且适宜象的要求，而且适宜动态丈量丈量缺缺陷陷是是性性能能不不稳定定，互互换性性差差，导致致丈丈量量精度不高精度不高空空调系系统的温控元件的温控元件 a) a)圆片型圆片型 b) b)柱型柱型 c) c)平板型平板型 d) d)构造组成构造组成 e) e)符号符号2 2、电电阻式阻式传传感器感器电位位计原理及构造原理及构造构构造造：带有有直直线或或旋旋转滑滑动触触头的的电阻阻器器件件将将线位位移移或或角角位位移移转换为与与其其成成一一定函数关系的定函数关系的电阻阻种种类：按按构构造造方方式式可可分分

21、为绕线式、薄膜式等式、薄膜式等原理原理2 2、电电阻式阻式传传感器感器运用运用应变式力传感器应变式力传感器被测物理量：载荷或力被测物理量：载荷或力用用途途：各各种种电电子子衡衡器器的的测测力力元元件件，丈丈量量范范围围从从1mN1mN108N108N特特点点：分分辨辨率率高高，误误差差较较小小，丈丈量量范范围围大大，静静态态与动态都可测，能在严酷环境任务的特点与动态都可测，能在严酷环境任务的特点柱式测力元件：体积小、构造紧凑、构造简单柱式测力元件：体积小、构造紧凑、构造简单柱式柱式2 2、电电阻式阻式传传感器感器运用运用应变式力式力传感器感器ZL110ZL110力力传感器感器额定定载荷荷 10

22、 105050kgkg灵敏度灵敏度 2.00.2% 2.00.2%mV/kg/VmV/kg/V非非线性性 0.02% F.S 0.02% F.S 滞后滞后 0.02% F.S 0.02% F.S 鼓励鼓励电压 9 912 VDC 12 VDC 反复度反复度 0.02% F.S 0.02% F.S温度温度补尝范范围 -10 -10 +40 +40 蠕蠕变 0.02% F.S/30min 0.02% F.S/30min 允允许运用范运用范围 -20 -20 +55 +55 鼓励电压为鼓励电压为10V时，满载荷时的输出是多少？时，满载荷时的输出是多少？2 2、电电阻式阻式传传感器感器与鼓励电与鼓励电

23、压有关压有关 运用运用应变式压力传感器应变式压力传感器被测物理量：液体、气体的动态和静态压力丈量被测物理量：液体、气体的动态和静态压力丈量用用途途：动动力力管管道道设设备备进进、出出口口气气体体和和液液体体的的压压力力，发动机喷口压力，内燃机管道压力等发动机喷口压力，内燃机管道压力等构造：膜片式或筒式弹性元件构造：膜片式或筒式弹性元件 在在压压力力的的作作用用下下，圆圆膜膜片片产产生生径径向向应应变变和和切向应变切向应变 应变片应变片2 2、电电阻式阻式传传感器感器运用运用应变式扭矩传感器应变式扭矩传感器原原理理：弹弹性性元元件件在在传传送送转转矩矩时时产产生生的的应应变变来来丈丈量量扭矩扭矩

24、 轴轴遭遭到到扭扭矩矩作作用用时时，剪剪切切应应力力与与它它所所传传送送的的扭矩有线性关系扭矩有线性关系 其中：其中：MkMk转轴所受的扭矩、转轴所受的扭矩、G G剪切弹性模量剪切弹性模量 2 2、电电阻式阻式传传感器感器集流环集流环运用运用动态电阻阻应变仪应变片：片：1201201K1K输出：出：5V_p5V_p电流流5mA5mA 鼓励电压为鼓励电压为10V时，满载荷时的输出是多少？时，满载荷时的输出是多少？2 2、电电阻式阻式传传感器感器运用运用热电阻式温度传感器负温度系数热电阻式温度传感器负温度系数冷却水温丈量：非线性变化、冷却水温丈量：非线性变化、非线性电流、非线性刻度，非线性电流、非

25、线性刻度，丈量有限温度范围内的温度丈量有限温度范围内的温度温度补偿电路：仪表线圈R铜导线(正系数)，r为锰铜电阻(0温系)，Rt负温系数温度控制电路：可调电阻、负温度系数热敏电阻和继电器线圈串联组成2 2、电电阻式阻式传传感器感器温度上升温度上升 阻值下降阻值下降 电流电流变大变大 继电器开启降温继电器开启降温运用运用电位计式压力传感器电位计式压力传感器在压力作用下，膜盒中心点产在压力作用下，膜盒中心点产生位移，推进连杆上移，使得生位移，推进连杆上移，使得曲柄带动电位计电刷滑动，电曲柄带动电位计电刷滑动，电位计输出与压力成比例的电压位计输出与压力成比例的电压信号信号1膜盒 2连杆 3曲柄 4电

26、刷 5电阻元件2 2、电电阻式阻式传传感器感器传感器传感器定定义义：感感受受特特定定量量、一一定定规规律律、可可用用输输出出信信号号组成：三部分功能组成：三部分功能电阻式传感器电阻式传感器应变片原理应变片原理: :构造尺寸效应、压阻效应构造尺寸效应、压阻效应运用：差动、补偿原那么、敏感元件运用：差动、补偿原那么、敏感元件热电阻传感器：热阻效应热电阻传感器：热阻效应运用：铂电阻、铜电阻；锗电阻、热敏电阻运用：铂电阻、铜电阻；锗电阻、热敏电阻电位计：滑动触头电位计：滑动触头种类：绕线式、薄膜式种类：绕线式、薄膜式回想回想定定义：将被丈量：将被丈量变化化转换为电容容变化的化的传感感器器电容容传感器特

27、点感器特点构造构造简单，分辨率高，任，分辨率高，任务可靠可靠 可非接触丈量，可在可非接触丈量，可在恶劣劣环境下任境下任务丈量的物理量丈量的物理量位移位移压力力液位液位介介质转换元件元件 电容容C A3、电电容式容式传传感器感器任任务原理原理在在忽忽略略边缘效效应的的情情况况下下，平平行行极极板板电容容器器的的电容量容量 根本根本类型型变极距极距：位移：位移变面面积A A：位移、：位移、压力差力差动变介介质：介：介电常数常数AUQ3、电电容式容式传传感器感器变极距式极距式 两两极极板板在在被被测对象象作作用用下下发生生位位移移变化化时 变极距型极距型电容容传感器的灵敏度是非感器的灵敏度是非线性的

28、性的 极极距距愈愈小小，灵灵敏敏度度愈愈高高, ,受受击穿穿电压的的限制限制 普通极距取普通极距取0.10.11mm1mm左右左右减小非减小非线性性误差差 选择初始初始间隔隔;微小位移量的丈量微小位移量的丈量非接触丈量非接触丈量3、电电容式容式传传感器感器变极距式极距式 差差动方式方式 两两个个变极极距距电容容传感感器器，被被测位位移移使使动片片变化化，引引起起极极距距差差动变化化，两两个个输出出电容容也也差差动变化，提高丈量灵敏度化，提高丈量灵敏度 差差动电容容传感感器器通通常常均均接接成成电桥进展展放放大大: :电桥的相的相邻两个两个桥臂臂动片动片定片定片定片定片3、电电容式容式传传感器感

29、器变面面积式：相式：相对面面积变化化输出特性：出特性：线性性 丈量丈量1cm1cm10cm10cm中等大小的位移中等大小的位移灵敏度灵敏度 减小极距减小极距可提高灵敏度可提高灵敏度差差动方式：提高灵敏度方式：提高灵敏度 3、电电容式容式传传感器感器变介介质式式输出特性：出特性：线性性 灵敏度灵敏度 添加面添加面积A A、减小极距、减小极距可提高灵敏度可提高灵敏度运用运用 液位高低液位高低 介介电常数常数内圆筒内圆筒 外圆筒外圆筒介质介质3、电电容式容式传传感器感器传感器优点传感器优点输入能量小而灵敏度高输入能量小而灵敏度高精度高达精度高达0.01% 动态特性好，适宜丈量动态参数动态特性好，适宜

30、丈量动态参数能量损耗小能量损耗小构造简单，环境顺应性好高温、辐射等构造简单，环境顺应性好高温、辐射等缺陷：电缆分布电容影响大缺陷：电缆分布电容影响大3、电电容式容式传传感器感器3、电电容式容式传传感器感器运用运用电容式传感器的等效电路电容式传感器的等效电路并联电阻并联电阻RP代表极板间走漏电阻代表极板间走漏电阻和介质损耗，低频时影响较大和介质损耗，低频时影响较大串联电阻串联电阻RS表征引线电阻、极板表征引线电阻、极板电阻，通常很小，它随频率增高电阻，通常很小，它随频率增高而增大，只需在极高任务频率时而增大，只需在极高任务频率时才思索才思索电感电感L包括电容器本身电感和外部包括电容器本身电感和外

31、部接线电感接线电感谐振频率：几十兆赫谐振频率：几十兆赫任务频率应低于谐振频率普通任务频率应低于谐振频率普通选为谐振频率的选为谐振频率的1/21/33、电电容式容式传传感器感器运用运用电容丈量的几点思索容丈量的几点思索抗干抗干扰：电容量很小几个容量很小几个pf 几十个几十个pf，易受外界易受外界电场的干的干扰，这样，就要求采用，就要求采用输入入阻抗高，噪声低的前置放大器，引出阻抗高，噪声低的前置放大器，引出线应尽量尽量短，采用屏蔽短，采用屏蔽线，而且屏蔽，而且屏蔽线与壳体及可与壳体及可动电极极应有可靠的接地，以尽量减小外有可靠的接地，以尽量减小外电场的干的干扰应正确正确选择极板极板间的的绝缘资料

32、，通常要求料，通常要求绝缘电阻在阻在100M以上，以减小漏以上，以减小漏电阻阻对丈量精丈量精度的影响度的影响环境温度：采用境温度：采用补偿电桥以抵消介以抵消介电常数随温常数随温度的度的变化化,尽量尽量选择膨膨胀系数低的系数低的资料制造料制造电容式容式传感器，以减小尺寸随温度的感器，以减小尺寸随温度的变化化3、电电容式容式传传感器感器典型构造典型构造 变极距极距(型型: (a)、(e) 变面面积型型(A)型型: (b)、(c)、(d)、(f)、(g) h 变介介电常数常数( )型型: i(l)3、电电容式容式传传感器感器运用运用电容式容式压差差传感器感器构造：构造：变间隙差隙差动方式方式电容容传

33、感器感器固定极板固定极板:两个凹面两个凹面镀金的金的玻璃玻璃圆盘可可动电极极:一个金属一个金属(不不锈钢)膜片膜片当当p1p2时，膜片弯向一，膜片弯向一侧，那么两个差，那么两个差动电容一容一个增大、一个减小，且个增大、一个减小，且变化量大小一化量大小一样当当压差反向差反向时，差，差动电容容变化量也反向化量也反向特点：构造特点：构造简单，灵敏度，灵敏度高，呼高，呼应速度快速度快(约100ms)，能，能测微小微小压差差(00.75Pa)电容式差压传感器构造表示图1金属镀层 2凹形玻璃 3膜片4过滤器 5外壳3、电电容式容式传传感器感器运用运用电容式微加速度传感电容式微加速度传感器器构造：差动式电容

34、传构造：差动式电容传感器感器上、下电极：固定不上、下电极：固定不动动动片：左端固定在衬动片：左端固定在衬底上的悬臂梁，可以底上的悬臂梁，可以上下振动时微动上下振动时微动三三维方向的振方向的振动或加速度丈量：在壳体内的三个相互或加速度丈量：在壳体内的三个相互垂直方向安装三个加速度垂直方向安装三个加速度传感器感器 3硅衬底，4底层多晶硅上电极，5中间层多晶硅振动片； 6顶层多晶硅上电极3、电电容式容式传传感器感器优点：多极点：多极电容、容、闭环反响式丈量反响式丈量电路路提高了抗干提高了抗干扰才干才干提高了丈量精度提高了丈量精度(可达可达5m)极大地极大地扩展了量程展了量程(可达可达1m)3、电电容

35、式容式传传感器感器运用运用容容栅式位移式位移传感器感器构造：差构造：差动式多式多级电容容传感器感器一定外形和一定外形和尺寸的尺寸的栅片片长栅(定定栅)：均匀：均匀陈列列电极极动栅对：一：一对一一样尺寸的交尺寸的交错对插插电极梳极梳定栅尺动栅对发射极接纳极反射极定义：基于电磁感应原理，将被丈量转化为电感定义：基于电磁感应原理，将被丈量转化为电感量量丈量的物理量丈量的物理量位移位移压力压力流量流量振动振动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4、电电感式感式传传感器感器 变磁阻传感器变磁阻传感器单边电感式单边电感式 当当铁铁心心磁磁导导率率远远远远

36、大大于于空气磁导率时空气磁导率时 自自感感量量与与位位移移成成反反比比，特性曲线非线性特性曲线非线性存在问题存在问题灵敏度低、非线性严重灵敏度低、非线性严重铁心对衔铁的吸力比较大铁心对衔铁的吸力比较大微微小小位位移移的的丈丈量量：0.0010.0011mm1mm线圈线圈衔铁衔铁铁芯铁芯N4、电电感式感式传传感器感器 变磁阻磁阻传感器感器差差动式式差差动线圈圈电桥丈丈量量丈丈量量电感量感量 构构造造：螺螺线管管式式差差动变压器器非非线性性得得到到了了补偿，灵灵敏敏度度也也提高一倍，吸引力相互抵消提高一倍，吸引力相互抵消特特点点：分分辨辨率率很很高高可可达达0.010.01微微米米丈丈量量范范围普

37、普通通小小於於2 2毫毫米米主主要要用用于于位位移移丈丈量量，也也可可以以用用于于振振动、压力力、流流量量、液液位位等等参数丈量参数丈量磁心磁心线圈线圈1 1线圈线圈2 2变压器变压器电桥电桥测杆测杆被测件被测件电源电源UeUe4、电电感式感式传传感器感器 互感式差动变压器互感式差动变压器构构造造：初初级级线线圈圈、完完全全对对称称的的反反极极性性串串联联的的次次级级线圈、衔铁线圈、衔铁原理：原理：输输出出电电压压幅幅值值与与铁铁心心位位移移大大小小成成正正比比，不不能能反反映映其方向其方向输出电压存在一定的零点剩余电压输出电压存在一定的零点剩余电压 4、电电感式感式传传感器感器 实际实际实践

38、实践x0零点零点UT 剩余剩余电压电压WW1W2WPx互感式差互感式差动变压器式器式差差动相敏相敏检波位移方向波位移方向处理理铁心位移的方向性心位移的方向性单输出出对应多多输入入输出存在一定的零点剩余出存在一定的零点剩余电压调零零R R小位移丈量的差小位移丈量的差动相敏相敏检波波电路路直直接接丈丈量量：直直线位位移移；间接接丈丈量量：力力、分分量量、液位液位敏感元件敏感元件4、电电感式感式传传感器感器 电涡流流传感器感器原理：原理：涡流效流效应构造：高构造：高频鼓励鼓励电流流+ +线圈圈输出：出：电涡流流线圈的等效阻抗圈的等效阻抗 Z=R+jL=f Z=R+jL=fi1i1、f f、t t、x

39、 x 间隔隔x x、导体体、t t有关有关丈量丈量电路：路：谐振振电路路调幅幅调频接近的被测导体内产生电涡流接近的被测导体内产生电涡流i2，它也产生交变磁场它也产生交变磁场H2，H2的方向的方向与与H1的方向相反。由于磁场的方向相反。由于磁场H2的的反作用，抵销部分原磁场反作用，抵销部分原磁场4、电电感式感式传传感器感器 电涡流流传感器感器灵敏度灵敏度被被测面面资料料 ( (、t)t)被被测面外形面外形本身空本身空间其它被丈量其它被丈量外表外表电导率率外表裂外表裂纹、t t4、电电感式感式传传感器感器 切角面切角面3x探头直径探头直径圆柱面圆柱面3x探头直径探头直径传感器传感器运用运用自感自感

40、压力力传感器感器构造构造膜膜盒盒弹性性敏敏感感元元件件衔铁原原理理：压力力变化化时，膜膜盒盒带动衔铁位位移移，线圈圈自自感感变化化量量变隙差隙差动式自感式自感压力力传感器感器构造构造C C形形弹簧簧管管弹性性敏敏感感元元件件衔铁原原理理：流流体体压力力进入入弹簧簧管管后后，其其自自在在端端向向外外伸伸展展，带动动衔铁挪挪动，引引起起电感感变化化1衔铁衔铁 2铁铁芯芯 3线线圈圈 4膜盒膜盒4、电电感式感式传传感器感器 5C型型弹弹簧管簧管 6、8线线圈圈 7 衔铁衔铁 9机械零点机械零点调调零螺零螺钉钉运用运用外表形貌外表形貌仪 T200 T200型外表粗糙度丈量型外表粗糙度丈量仪丈量范丈量范

41、围：触：触针位移：位移：2/20/200m2/20/200m分辨率：分辨率： 0.001/0.01m 0.001/0.01m测力力传感器感器力力弹性外壳性外壳测杆杆磁心磁心差差动变压器器4、电电感式感式传传感器感器 接触式位移传感器1引线电缆 2固定磁筒 3衔铁 4线圈 5测力弹簧 6防转销4、电电感式感式传传感器感器 运用运用电感测微计电感测微计 中中心心：螺螺线线管管式式差差动动变变压压器器，常常用用于于丈丈量量工工件件的外形尺寸和轮廓外形的外形尺寸和轮廓外形滚珠分选滚珠分选电涡流传感器的运用电涡流传感器的运用4、电电感式感式传传感器感器 教材：教材：4-3，4-7 电容式容式传感器感器三三种种根根本本方方式式：变极极距距式式、变面面积式式、变介介质式式运用：差运用：差动提高灵敏度；敏感元件提高灵敏度；敏感元件优点点：灵灵敏敏度度高高、精精度度高高、能能耗耗小小、构构造造简单电感式感式传感器感器自自感感式式差差动变压器器：变磁磁阻阻两两组线圈圈+ +铁芯芯+ +桥路路互互感感式式差差动变压器器：变耦耦合合三三组线圈圈+ +铁芯芯+ +相敏相敏涡流流传感器感器涡流效流效应、丈量、丈量电路路谐振振电路路灵灵敏敏度度被被测面面资料料、t t、被被测面面外外形形、本身空本身空间运用：接触丈量、非接触丈量运用：接触丈量、非接触丈量回想回想