现代测量技术4常用传感器的变换原理
146页1、第四章 常用传感器的变换原理,本章学习要求: 1.了解传感器的分类 2.掌握常用传感器测量原理 3.了解传感器测量电路,4.1 传感器的分类及其特性 4.2 电阻式传感器的变换原理 4.2 电感式和电容式传感器的变换原理 4.4 压电式传感器的变换原理 4.5 光电式传感器的变换原理 4.6 光纤式传感器的变换原理 4.7 其它新型传感器,4.1.1 传感器定义 4.1.2 传感器的构成 4.1.3 传感器的分类 4.1.4 常见的被测物理量 4.1.5 传感器的性能要求 4.1.6 传感器的发展趋势 4.1.7 传感器选用原则,4.1 传感器的分类及其特性,第四章 常用传感器,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。,物理量,电量,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。,4.1.1 传感器定义,4.1 传感器的分类及其特性,4.1.2 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
2、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。,4.1 传感器的分类及其特性,4.1.3 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)按传感器的构成原理: (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.,4.1 传感器的分类及其特性,A 物性型与结构型传感器 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. 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.,4.1 传感器的分类及其特性,4.1.4 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:
3、温度,热量,比热. 光: 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,4.1.5 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 噪声小,并且具有抗外部噪声的性能 滞后,漂移误差小 动态性能良好 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 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 低成本,通用性强,4.1 传感器的分类及其特性,采用新原理,开发新型传感器 大力开发物性型传感器 传感器的集成化 传感器的多功能化 传感器的智能化 仿生传感器,4.1.6 传感器的发展趋势,4.1 传感器的分类及其特性,4.1.7 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、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。,4.1 传感器的分类及其特性,2 响应特性,传感器的响应特性是指在所测频率范围内,保持不失真的测量条件。 实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟,但总希望延迟的时
4、间越短越好。,4.1 传感器的分类及其特性,4 稳定性,稳定性是表示传感器经过长期使用以后,其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。,4.1 传感器的分类及其特性,4.2 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:变阻式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式.,第四章 常用传感器,4.2.1 变阻式传感器 4.2.2 电阻应变式传感器,4.2.1 变阻器式传感器,(1) 工作原理,4.2 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、对某些传感器的非线性环节进行补偿等,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.,4.2 电阻式传感器,(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) 寿命;,(3)变阻器式传感器的分类:,4.2 电阻式传感器,(4)变阻器式传感器的特点:,4.2 电阻
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