第三章液压测试系统

测试技术,第三章 常用传感器,主要研究内容：,1.,了解传感器的分类,2.,常用传感器测量原理,3.,传感器选用,测试技术基础,3.1,概 述,1.,传感器,(Sensor),定义,传感器是能感受规定的被测量、并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由,敏感元件,和,转换元件,组成,(GB766-87),。,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器件或装置。,第三章,常用传感器,传感器在非电量电测系统中的作用：,一是 敏感作用：,感受并拾取被测对象的信号,二是变换作用：,被测信号转换成易于检测和处理的电信号,概,述,获得传感器信号的两种方法：直接获得电信号的变化（开关传感器）；将物理量变换成电信号的变化（水位、压力等）。,2.,传感器的分类,(1),按被测物理量分类,:,(2),按传感器元件的变换原理分类,:,位移传感器,流量传感器,温度传感器等,.,电阻式,电容式,电感式,压电式、光电式等,.,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,.,概,述,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,.,能量传递型,:,从某种能量发生器与接受器进行能量传递过程中实现敏感检测,.,例如,:,超声波发生器和接受器,.,(3),按传感器的能量传递方式分类,:,概,述,3.,传感器的性能要求,足够的容量,匹配性好，转换灵敏度高,精度适当，稳定性高,反应速度快，工作可靠性高,适应性和适用性强,概,述,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,:,热敏式,电阻应变式,变阻器式,光敏式,电敏式,3.2,电阻式传感器,第三章,常用传感器,电阻应变式传感器,-,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,),的变化而发生变化的现象。,电阻式传感器,1),工作原理,金属应变片的电阻,R,为,电阻式传感器,(1),金属应变片（,不变）,金属应变计,(2),半导体应变片（变化）,半导体应变计,电阻式传感器,2),金属应变计,金属应变计有,:,丝式和,箔式,优点,:,稳定性和温度特性好,.,缺点,:,灵敏度系数小,.,应变计,电阻式传感器,3),半导体应变计,优点：,应变灵敏度大,;,体积小,;,能制成具有一定应变电阻的元件,.,缺点：,温度稳定性和可重复性不如金属应变片,。,应变计,电阻式传感器,体型,薄膜型,扩散型,案例：,4),应用,电阻式传感器,案例：,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。,德国,HBM,电阻应变式传感器,电阻式传感器,3.3,电容式传感器,1.,变换原理,:,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,它的电容量为,:,+,+,+,A,当被测量,、,A,或,发生变化时，都会引起电容的变化。如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另一个参数，就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化。,第三章,常用传感器,2,分类,a),极距变化型,;,+,+,+,c),介质变化型,电容式传感器,b),面积变化型,:,角位移型,平面线位移型,柱面线位移型,.,3,应用,1.,震动，偏心，裂纹，振荡，同心度,2.,位移，移动，位置，膨胀,3.,挠度，变形，波动，倾斜,4.,尺寸，公差，分选，零件识别,5.,冲击，应变，轴向振动,6.,轴承振动，油膜间隙，磨擦，偏心,电容式传感器,3.4,电感式传感器,电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。,分类,:,电感式传感器,自感型,可变磁阻型,涡流式,互感型,第三章,常用传感器,1,自感型,-,可变磁阻式,a),变间隙型,原理,:,电磁感应,电感式传感器,b),变面积型,c,）螺线管型,电感式传感器,d),差动型,电感式传感器,2,涡流式,原理,:,涡流效应,原线圈的等效阻抗,Z,变化：,电感式传感器,a),高频反射式：（,集肤效应）,电感式传感器,b),低频透射式：（互感原理）,案例：,连续油管的椭圆度测量,Coiled Tube,Eddy Sensor,Reference Circle,原理：,电感式传感器,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,油管检测,电感式传感器,案例：,测厚,案例：,零件计数,电感式传感器,3,变压器式,-,差动变压器,工作原理,:,互感现象,.,电感式传感器,应用,:,厚度,角度,表面粗糙度,;,拉伸,压缩,垂直度,;,压力,流量,液位,;,张力,重力,负荷量,;,扭矩,应力,动力,;,气压,温度,;,振动,速度,加速度,;,等,.,案例：,板的厚度测量,案例：,张力测量,电感式传感器,3.5,磁电式传感器,1.,变换原理,:,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。,感应线圈的感应电动势,U,为,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。,第三章,常用传感器,2,分类,磁电式,动圈式,磁阻式,线速度型,角速度型,N,磁,电式传感器,3,动圈式传感器,磁,电式传感器,4,磁阻式传感器,磁,电式传感器,5,应用,b),测速,电机,a),磁电式车速传感器,磁,电式传感器,3.6,压电式传感器,1.,变换原理,:,压电效应,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，这种现象称为压电效应。,第三章,常用传感器,压电效应,q=DF,压,电式传感器,F,+,2,、测量电路,a),电压放大器,压,电式传感器,b),电荷放大器,F,+,压,电式传感器,3,应用,b),压力变送器,a),加速度计，力传感器,压,电式传感器,案例：,飞机模态分析,压,电式传感器,3.7,传感器选用原则,选择传感器主要考虑灵敏度、线性范围、响应特性、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。,1,、灵敏度,一般说来，传感器灵敏度越高越好，但在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。,a),灵敏度过高引起的干扰问题；,b),量程范围。,c),交叉灵敏度问题。,第三章,常用传感器,3,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，但总希望延迟的时间越短越好。,2,线性范围,任何传感器都有一定的线性工作范围。在线性范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。,传感器选用原则,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。,5,精确度,传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的对应程度。,6,测量方式,传感器工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等。,传感器选用原则,