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1、华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理3.3 3.3 电容式传感器电容式传感器 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两平行极板组成的电容器容器, ,它的电容量为它的电容量为: :+ A 、A A或或发发生生变变化化时时，都都会会引引起起电容的变化。电容的变化。华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院3.3 电容式传感器电容式传感器 a)a)极距极距变化型变化型+华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院驻极体电容传声器驻极体电容传声器 它采用聚四氟乙烯材料作为振动膜片。这种材它采用聚四氟
2、乙烯材料作为振动膜片。这种材料经特殊电处理后，表面永久地驻有极化电荷，取料经特殊电处理后，表面永久地驻有极化电荷，取代了电容传声器极板，故名为驻极体电容传声器。代了电容传声器极板，故名为驻极体电容传声器。特点是体积小、性能优越、使用方便。特点是体积小、性能优越、使用方便。 3.3 电容式传感器电容式传感器 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院b)b)面积变化型面积变化型角位移型角位移型+3.3 电容式传感器电容式传感器 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院平面线位移型平面线位移型3.3 电容式传感器电容式传感器 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院柱面线位移型柱面线位移型. .3.
3、3 电容式传感器电容式传感器 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院产品产品. .陶瓷电容压力传感器陶瓷电容压力传感器 液体压力液体压力作用在陶作用在陶瓷膜片的瓷膜片的表面，使表面，使膜片产生膜片产生 位移。位移。压力变送器压力变送器3.3 电容式传感器电容式传感器 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院c) c) 介质变化型介质变化型3.3 电容式传感器电容式传感器 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院产品产品. .电容式液位传感器（液位计电容式液位传感器（液位计/ /料位计）料位计）3.3 电容式传感器电容式传感器 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院电容式接近开关电容式接近开
4、关振荡电路振荡电路被测物体被测物体 感应电极感应电极被测电容被测电容测量头构成电容器的一个极板，测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，当物体另一个极板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发测量头相连的电路状态也随之发生变化生变化. .接近开关的检测物体，接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。缘的液体或粉状物体。3.3 电容式传感器电容式传感器 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院3.3 电容式传感器电容
5、式传感器 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院3 3 测量电路测量电路a)a)电桥电路电桥电路 3.3 电容式传感器电容式传感器 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院b) b) 谐振电路谐振电路 3.3 电容式传感器电容式传感器 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院d) d) 运算放大器电路运算放大器电路 3.3 电容式传感器电容式传感器 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院动手做：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，并用它测量你自己的声音，绘出频谱。的声音，绘出频谱。3.3 电容式传感器电容式传感器 华中科技大学机械学院华中科技大学
6、机械学院第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理3.4 3.4 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。测量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华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院3.4 电感式传感器电感式传感器1 1 自感型自感型-可变磁阻式可变磁阻式可变导磁面积型可变导磁面积型差动型差动型原理原理: :电磁感应电磁感应华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院电感式接近传感器（金属）电感式接近传感器（金属）3.
7、4 电感式传感器电感式传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院教学用低成本四线制无二次仪表传感器教学用低成本四线制无二次仪表传感器3.4 电感式传感器电感式传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院2 2 涡流式涡流式原理原理: :涡流效应涡流效应3.4 电感式传感器电感式传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院原线圈的等效阻抗原线圈的等效阻抗Z Z变化：变化：3.4 电感式传感器电感式传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院3.4 电感式传感器电感式传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院产品：产品：3.4 电感式传感器电感式传感器华中科技大学机械学院华中科技大学
8、机械学院案例：连续油管的椭圆度测量案例：连续油管的椭圆度测量CoiledTubeEddySensorReference Circle3.4 电感式传感器电感式传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院案例：无损探伤案例：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3.4 电感式传感器电感式传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院2 2 互感型互感型-差动变压器差动变压器WW1W2Esx-x工作原理工作原理: :互感现象互感现象.EwEout3.4 电感式传感器电感式传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院单螺管线圈型单螺管线圈型螺管线圈差动螺管线
9、圈差动双螺管线圈差动型双螺管线圈差动型传感器测量电路传感器测量电路3.4 电感式传感器电感式传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院差动变压器差动变压器测量电路测量电路3.4 电感式传感器电感式传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院差动变压器位移传感器差动变压器位移传感器3.4 电感式传感器电感式传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院案例：案例：板的厚度测量板的厚度测量3.4 电感式传感器电感式传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院案例：案例：张力测量张力测量3.4 电感式传感器电感式传感器华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院第三章、传感器测量原理第三章、传感
10、器测量原理3.5 3.5 磁电式传感器磁电式传感器 1.1.变换原理变换原理: : 磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应电动势的一种转换器。电动势的一种转换器。感应线圈的感应电动势感应线圈的感应电动势e e为为磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有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，都会改变感应电动势。关，改变其中一个因素，都会改变感应电动势。 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院2 2 分类分类 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N3.5 磁电式传感器磁电式传感器 华中科技大学机
11、械学院华中科技大学机械学院动圈式传感器动圈式传感器 线速度型线速度型3.5 磁电式传感器磁电式传感器 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院角速度型角速度型测速电机测速电机3.5 磁电式传感器磁电式传感器 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院磁阻式传感器磁阻式传感器 磁电式车速传感器磁电式车速传感器3.5 磁电式传感器磁电式传感器 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院N NS S案例：鼠笼电机转子断细条检测案例：鼠笼电机转子断细条检测3.5 磁电式传感器磁电式传感器 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理 1.1.变换原理变换原理: :压
12、电效应压电效应+串联串联+并联并联 某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。种现象称为压电效应。F+q=DF华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院 2 2、测量电路、测量电路 压电式传感器输出电信号很微弱，通常应把传压电式传感器输出电信号很微弱，通常应把传感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器中，经感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器中，经过阻抗变换后，方可输入到后续显示仪表中。过阻抗变换后，方可输入到后续显示仪表中。 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院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 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院案例：飞机模态分析案例：飞机模态分析 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院案例：热轧设备诊断案例：热轧设备诊断
