常用传感器 课件

常用传感器 最新第四章 常用传感器常用传感器 最新2传感器传感器温度温度供电供电各种干扰稳定性各种干扰稳定性的因素的因素温漂温漂分辨力分辨力冲击与振动冲击与振动电磁场电磁场线性线性滞后滞后重复性重复性灵敏度灵敏度输入输入误差因素误差因素外界影响外界影响传感器输入输出作用图传感器输入输出作用图输出输出衡量传感器特性衡量传感器特性的主要技术指标的主要技术指标稳定性稳定性(零漂零漂)第一节 传感器的特性常用传感器 最新一.传感器的静态特性)(xfy 静态特性曲线:实际上:xaay10线性的理想的:nnxaxaxaay2210非线性的xy0 xy0 xy0)(a)(b)(c常用传感器 最新1.线性度（非线性误差）%100maxSFly0yyixy=kx+bxi（d）最小二乘线性度(c)独立线性度(b)端基线性度(a)理想线性度常用传感器 最新2.迟滞（滞后、回差）%100maxSFHyH3.重复性%100maxSFRyR常用传感器 最新4.灵敏度xyK5.漂移6.静态误差用相对误差表示静态误差，则有%100)32(SFy222RLH常用传感器 最新二.传感器的动态特性（一）传感器的瞬态响应特性1.一阶传感器的单位阶跃响应xbdtdxbdtxdbdtxdbyadtdyadtydadtydammmmmmnnnnnn0111101111xbyadtdya0011)(sKsH常用传感器 最新2.二阶传感器的单位阶跃响应xbyadtdyadtyda0012222002202)(asssH3.瞬态响应特性指标u时间常数u上升时间u响应时间u超调量u衰减度常用传感器 最新（二）传感器的频率响应特性1.一阶系统 12KA arctanjKjH1)(频率特性：幅频特性：相频特性：常用传感器 最新幅频特性和相频特性分别为:2.二阶系统常用传感器 最新3.频率响应性能指标u频率响应范围u时间常数u固有频率三.传感器的标定1.静态标定2.动态标定传感器传感器二者接近程度如何？二者接近程度如何？接口电路、接口电路、数据采集及数据采集及处理系统处理系统测试值测试值)(tx实际值实际值)(tx其他信号其他信号)(tq)(te)(ty传感器的标定传感器的标定常用传感器 最新第二节 电阻应变式传感器一.金属电阻应变片1.基本结构电阻应变片结构示意图电阻应变片结构示意图bl栅长栅长栅宽栅宽敏感栅SlR2.金属丝电阻应变效应 金属丝电阻：常用传感器 最新受力后，电阻相对变化量)(1dSSRdllRdRRRdRrdrldldSdSldld2rrdrrll+dl2r2(r+dr)F 金属丝的应变效应FrdrSdS2ldl常用传感器 最新dRdR)21(即dRdRKs)21(应变灵敏系数：单位应变所引起的电阻相对变化量单位应变所引起的电阻相对变化量RdRKs或sKRdR应力和应变关系，应力：E应力正比于电阻变化量，即应力正比于电阻变化量，即dR常用传感器 最新3.金属丝电阻应变片基本特性(1)横向效应(2)机械滞后(3)蠕变(4)温漂 箔式应变片1机械应变卸载加载指示应变i应变片的机械滞后常用传感器 最新二.半导体电阻应变片受轴向力作用时，电阻相对变化：)21(RRE半导体材料的纵向压阻系数常用传感器 最新ERR)21(ERRKB压阻效应三.测量电路四.电阻应变式传感器的应用常用传感器 最新常用应变片的形式金属应变计常用传感器 最新各种电子秤各种电子秤1.1.电阻应变式力传感器电阻应变式力传感器常用传感器 最新高高精精度度电电子子汽汽车车衡衡动态电子秤动态电子秤电子天平电子天平常用传感器 最新机械秤包装机机械秤包装机吊秤吊秤常用传感器 最新被测物理量：被测物理量：荷重或力。荷重或力。主要用途：主要用途：作为各种电子称与材料试验机的测作为各种电子称与材料试验机的测力元件、力元件、发动机的推力测试、发动机的推力测试、水坝坝体承载状水坝坝体承载状况监测等。况监测等。力传感器的弹性元件：力传感器的弹性元件：柱式、环式、悬臂式等。柱式、环式、悬臂式等。常用传感器 最新（a）实心柱（实心柱（b）空心柱（空心柱（c）圆柱面展开图；（圆柱面展开图；（d）桥路连线图桥路连线图 (1)柱式力传感器常用传感器 最新(2)环式力传感器(3)悬臂梁式力传感器常用传感器 最新25各种平行双孔梁各种平行双孔梁常用传感器 最新2.应变式压力传感器常用传感器 最新3.应变式加速度传感器4.应变式转矩传感器常用传感器 最新第三节 电容式传感器电容式指纹传感器常用传感器 最新电容式接近开关电容式变送器差压传感器电容式键盘电容传声器常用传感器 最新极距变化型极距变化型面积变化型面积变化型介质变化型介质变化型dSdSC r0一.工作原理Sd常用传感器 最新1.极距变化型00 dSC000001111 ddCdddSddSC近似线性)1(001ddCC1000010)1(ddddCCCCC2020011ddddC非线性常用传感器 最新23000001CddddCdddd00CdCd反比关系相对非线性误差：2000001CddddCdddd%100%1000020dddddd反比关系00dCdCK灵敏度：非线性项常用传感器 最新10011CCdd20011CCdd30200011ddddddCC30200021ddddddCC 50300021222ddddddCCCC2460000021CddddCdddd002CdCd%100%1002220030dddddd002dCdCK常用传感器 最新2.面积变化型)1()1(0CdSCdbadSC0)1()(0axCdxabCx线性线性K 的提高dbxCCxCKx0常用传感器 最新3.介质变化型 常用传感器 最新二.测量电路1.电桥电路单臂接法差动接法紧耦合桥变压器式电桥常用传感器 最新321CCCCx00U054CCCxx025450UUCCCUxxx 若上移，000000222)()(ddUCCUUUCCCCCCU常用传感器 最新 2.调频测量电路012012()fL CCC0012012()fffL CCCCLCf21 初态时，工作时，常用传感器 最新三、电容式传感器的应用举例1.电容式压力传感器(差压变送器)2.电容式料位计 常用传感器 最新3.电容式加速度传感器在汽车中的应用 装有传感器的假人气囊常用传感器 最新414.电容式接近开关在物位测量控制中的使用常用传感器 最新第四节 电感式传感器一.自感式传感器（变气隙型、螺管型、差动型）1.变气隙型自感传感器123(a)变气隙长度型(b)变气隙截面积型s自感式互感式涡流式mRNL2002221112SSlSlRm常用传感器 最新002SRm2002SNL 变气隙长度/变气隙截面积非线性初始位置0000021)(2LSNL衔铁上移000202SNL 衔铁常用传感器 最新当/01时：3020001LL 2000020000011LLLLLL00LL非线性线性23000LL非线性部分23000LL非线性部分衔铁上、下移：灵敏度：000LLK非线性：%1000常用传感器 最新45电感传感器的基本工作原理演示电感传感器的基本工作原理演示气隙变小，电感变大，电流变小气隙变小，电感变大，电流变小F F常用传感器 最新2.差动电感传感器sUL1L2RoRooU122131铁 芯；2线 圈；3衔 铁%100)(20002LL 4020002112LLLL常用传感器 最新rx螺旋管铁心l3.螺管型自感传感器22221ccmrllrlNLlrNL22线圈电感为：段未插入铁心时，cl220)(ccclllNlrLc插入铁心时，220)(cccmlllNlrLc常用传感器 最新2222)(1cccmrlllrlNLLccmlrlNL2221实际非线性常用传感器 最新4.测量电路 交流电桥式、变压器式交流电桥以及谐振式等。1)交流电桥式ZLR1R2Z2Z1L1L2RS1RS2交流电桥原理图USCU11ZZZ22ZZZ2UZZUo常用传感器 最新UC2U2UZ1Z2oUABD2)变压器式交流电桥当传感器衔铁上移：如Z1=Z+Z，Z2=ZZ，220ULLUZZUo当传感器衔铁下移：如Z1=ZZ，Z2=Z+Z，此时 220ULLUZZUo常用传感器 最新(a)带相敏检波的交流电桥 (b)实用电路oUoU实际输出理想输出oU0oU上移0oU下移带相敏整流3)带相敏整流的交流电桥常用传感器 最新4)谐振式测量电路)2/(1LCfGCLffoL(a)(b)分为：谐振式调幅电路和谐振式调频电路。oUOL0LoUTUCL(a)(b)常用传感器 最新5.自感式传感器的应用 变隙电感式压力传感器线圈1C形弹簧管调机械零点螺钉线圈2衔铁输出P变隙式差动电感压力传感器 常用传感器 最新二.互感式传感器（差动变压器）(a)、(b)变隙式差动变压器(c)、(d)螺管式差动变压器(e)、(f)变面积式差动变压器 常用传感器 最新212x1.三段式螺管差动变压器：1111LjRUI11121mRIN21122mRIN12221121IMjEIMjE11212121mRNNINM21212222mRNNINM1112122212LjRUMMjEEUu2R21R22e21e22u1R1M1M2L21L22L1I1常用传感器 最新输出特性：0u2x-xu20零点残余电压零点残余电压2U21U22U常用传感器 最新2.互感式传感器的应用 加速度计用传感器常用传感器 最新第五节 电涡流式传感器电涡流式传感器原理图（a）传感器激励线圈;（b）被测金属导体 一.工作原理什么是电涡流效应？1I1H传 感 器 激 励 线 圈(a)(b)2H2I被 测 金 属 导 体传 感 器 激 励 电 流12123rhDxR电涡流的趋肤效应常用传感器 最新1UL1L212R1R2M2I1I1传感器线圈；2电涡流短路环.1.22.22.1.2.11.110IMjILjIRUIMjILjIR1.高频反射式电涡流传感器常用传感器 最新 eqeqeqwLQR 因涡流效应，线圈的品质因数Q下降。eqeqLjRLLRMLjRLRMRIUZ22222222122222222111222222221RLRMRReq222222221LLRMLLeqZ=F(,r,f,x)线圈受电涡流影响时的等效阻抗Zr为线圈与被测体的尺寸因子。常用传感器 最新2.低频透射式电涡流传感器1.电桥电路二.测量电路常用传感器 最新2.谐振电路频 率 计f-V电 压 表振荡器CLx(a)R1R2C1R3R4C2C3C4R5C6R6C5CL(x)Vcc(b)L1V1V2f 1)调频式电路(a)测量电路框图；(b)振荡电路 CxLf)(21常用传感器 最新)(ZfiUoo2）调幅式电路调幅式测量电路示意图 放 大检 波指 示RioLCUo21|1jwLZjwLjwCw LC021oojwLUiZiw LC常用传感器 最新三.电涡流式传感器的应用1、位移测量2、振幅测量3、转速测量4、无损探伤常用传感器 最新第九节 霍尔式传感器一、霍耳效应Hall effectBvqFLbqUqEFHHE/bqUqvBH/当达到动态平衡时当达到动态平衡时常用传感器 最新dnqvbJSIdnqbIv/dIBRUHH电流密度J=nqvnqdIBUH/vbBUHqnRH1霍尔常数霍尔常数设 KH=RH /d UH KH I B若磁感应强度B的方向与霍尔器件的平面法线夹角为时，霍尔电动势应为：UH KH I B cos N型半导体霍尔元件的灵霍尔元件的灵敏度敏度常用传感器 最新二、霍尔元件霍尔元件的符号测量电路常用传感器 最新1.UHI特性 2.UHB特性 IKIBKUIHHIUKHIIHUo控制电流灵敏度三、霍尔元件的基本特性3.UHIB特性4.开关特性5.集成特性霍尔传感器霍尔元件集成霍尔器件霍尔线性集成器件霍尔开关集成器件常用传感器 最新单端输出传感器的电路结构框图23输出+稳压VCC1霍耳元件放大地H霍尔线性集成器件霍尔线性集成器件霍耳开关集成传感器内部结构框图霍耳开关集成传感器内部结构框图3输出输出+稳压VCC1霍耳元件霍耳元件放大放大BT整形整形地地H2常用传感器 最新输出输出UoutR=2k+12V123（b）应用电路）应用电路3020T （a）外型）外型123oUB B BoLH霍耳开关器件的特性霍耳开关器件的特性常用传感器 最新 四、霍尔式传感器的应用1、磁场测量2、电流测量霍尔变流器原理图常用传感器 最新constIKKdxdBIKdxdUHHH)(3、位移测量KxUH常用传感器 最新霍耳开关集成传感器的应用4、转速测量5、无触点开关常用传感器 最新霍尔转速传感器用于测量车轮的转速常用传感器 最新第六节 压电式传感器压电陶瓷位移器压电陶瓷位移器压电陶瓷超声换能器压电警号压电警号压电加速度计压电秤重浮游计压电秤重浮游计常用传感器 最新工作原理 压电效应（a）正电压效应 （b）压电效应的可逆性常用传感器 最新石英晶体压电效应机理示意图常用传感器 最新石英晶体切片上电荷极性与受力方向的关系电荷量xxxxxFdq纵向压电系数hlFdqyxyxy/横向压电系数常用传感器 最新压电陶瓷结构示意图常用传感器 最新dsdsCra0aCQU 二.等效电路压电元件常用传感器 最新1.串联输出型压电元件UUUUqqqqCCaa222121常用传感器 最新2.并联输出型压电元件UUUUqqqqCCCCaa21212122常用传感器 最新第五章 电参数测量第一节 电压测量概述电压测量仪器的分类显示方式模拟式电压表数字式电压表直流电压表交流数字电压表脉冲电压表直流数字电压表峰值交流数字电压表平均值交流数字电压表有效值交流数字电压表交流电压表常用传感器 最新二.模拟式直流电压测量（一）动圈式电压表常用传感器 最新磁电系测量机构常用传感器 最新电压灵敏度VURSmvv/常用传感器 最新（二）电子电压表1.电子电压表原理xFxiFiFFFURkIkUURURUII00常用传感器 最新2.调制式直流放大器三.交流电压表征和测量方法（一）交流电压表征常用传感器 最新1.峰值2.平均值TdttuTU0)(1TdttuTU0|)(|1全波平均值定义式常用传感器 最新3.有效值TdttuTU02)(1数学式4.波形因数、波峰因数UUKFUUKpP（二）交流电压的测量方法 AC/DC 转换检波法热电转换法常用传感器 最新四.低频交流电压测量（一）均值电压表常用传感器 最新（二）波形换算UKUaa任意波形有效值aFaFUKUKU9.011.1五.电压的数字式 测量（一）概述核心：A/D转换器常用传感器 最新（二）数字式电压表的组成原理1.直流数字电压表输入电路A/D转换器数字显示器逻辑控制电路时钟发生器模拟部分数字部分Vx常用传感器 最新2.数字多用表常用传感器 最新