电气测试.pptx

二、传感器的分类二、传感器的分类Chap 4 非电量的电测技术非电量的电测技术第一节 电阻式传感器 第九节 光电式传感器第二节 电感式传感器 第十节 红外式传感器第三节 电容式传感器 第十一节 激光式传感器 第四节 热电偶传感器 第十二节 光纤式传感器第五节 热电阻传感器 第十三节 霍尔式传感器第六节 压电式传感器 第十四节 热敏传感器第七节 超声波传感器 第十五节 气敏式传感器第八节 振弦式传感器电阻式传感器 电阻式传感器是指能将有关的非电量变换成与电阻有关的电量的传感器。线性电位器传感器 非线性电位器传感器 电阻应变传感器 压阻传感器 等一、电位器式传感器1金属电阻丝 2骨架 3电刷1、应变片的工作原理2、电阻应变传感器测量电路3、温度误差及补偿4、电阻传感器及其应用二、电阻应变式传感器工作原理L和b分别称为应变片的基长和宽度金属导体的电阻值随其机械变形而发生变化的现象FFll+dlD:电阻率l:l:金属导线长度A:A:金属导线截面积工作原理、金属电阻应变片工作原理v分辨率高、非线性误差小v温度系数小v测量范围大v价格低廉v品种繁多v丝式v箔式v薄膜式、半导体应变片 半导体应变片是根据压阻效应原理工作的，即对一块半导体的某一轴向施加一定的载荷而产生应力时，其电阻率会发生变化。其中 为纵向压阻系数，E为弹性模数，为纵向应变工作原理特性-横向效应l lyx应变片的横栅部分将纵向丝栅部分的电阻变化抵消了一部分，从而降低了整个电阻应变片的灵敏度，带来测量误差，其大小与敏感栅的构造及尺寸有关。敏感栅的纵栅愈窄、愈长，而横栅愈宽、愈短，则横向效应的影响愈小。、电桥测量电路的分析测量电路U0R1R3R4UR2(1)单臂电桥 桥臂电阻中只有一个电阻为应变片，其余为固定电阻。测量电路U0R1R3R4UR2(2)对称电桥 对于电源左右两边对称，和 。测量电路U0R1R3R4UR2(3)非对称电桥 和 ，且令 测量电路U0R1R3R4UR2(4)全等电桥 且四个电阻均为应变片测量电路U0R1R3R4UR2几个结论:产生相同应变的应变片不能接在相邻的桥臂，否则桥路的输出电压恒等于零还可以通过在桥臂中串接产生相同应变的应变片来提高电桥的电压灵敏度在半桥和全桥测量电路中，应变片的特性相同或相近，又感受相同的温度，可以起到补偿作用在使用半导体应变片测量较大应变时，非线性误差大，必须进行补偿当有负载时，输出电压有所下降测量电路额定载荷为4t的圆柱形电阻应变传感器，其展开图见图。未受载荷时四片应变片阻值均是120，允许功耗208.35mW，传感器电压灵敏度KU=0.008V/V，应变片灵敏度系数k=2。1）画出桥路接线图；2）求桥路供桥电压；3）载荷4t和2t时，桥路输出 电压分别是多少？4）载荷2t时,R1R4的阻值分 别为多少？例题(1)直流电桥调零 仅需电阻平衡即可，有串联调零和并联调零两种(2)交流电桥调零、电桥的零位调整 由于制造工艺的原因，应变传感器在不受载荷时，其输出电压不为零，因此使用前必须调零。测量电路温度误差及其补偿(1)应变片本身电阻随温度的变化引起的误差(2)应变片材料的线膨胀系数和基底材料的线膨胀系数不同引起的误差l0lslg温度误差及其补偿(1)应变片本身电阻随温度的变化引起的误差(2)应变片材料的线膨胀系数和基底材料的线膨胀系数不同引起的误差(3)测试件的弹性模量E随温度变化引起的误差电阻应变传感器及其应用加速度传感器 它是一种惯性式传感器。质量块m沿加速度a相反的方向运动（即相对于基座运动），使梁发生形应变，应变片的电阻发生变化，产生输出信号，输出信号的大小与加速度成正比。转矩传感器0901802703124电子秤电子秤数字血压计Chap 4 非电量的电测技术非电量的电测技术第一节 电阻式传感器 第九节 光电式传感器第二节 电感式传感器 第十节 红外式传感器第三节 电容式传感器 第十一节 激光式传感器 第四节 热电偶传感器 第十二节 光纤式传感器第五节 热电阻传感器 第十三节 霍尔式传感器第六节 压电式传感器 第十四节 热敏传感器第七节 超声波传感器 第十五节 气敏式传感器第八节 振弦式传感器电感式传感器自感式传感器差动变压器式传感器电涡流式传感器压磁式传感器自感式传感器l2线圈线圈铁心铁心衔铁衔铁Usr自感式传感器一、原理以及特性1.变气隙型传感器2.变截面型传感器3.螺管型传感器变气隙型变截面型 气隙长度不变，铁心与衔铁之间的相对覆盖面积随被测量的变化而改变，从而导致线圈的电感量发生变化，这种形式称之为变面积型电感传感器螺管型自感传感器螺管型电感传感器工作原理是基于线圈磁力线泄漏路径上磁阻的变化。线圈电感量与衔铁插入深度有关。应用：电感式传感器测液位总结自感式电感传感器可分为变气隙型、变面积型和螺管型三种类型。变气隙型灵敏度较高,但非线性误差较大,且制作装配比较困难.变面积型灵敏度较前者小,但线性较好,量程较大,使用比较广泛.螺管型灵敏度较低,但量程大且结构简单易于制作和批量生产,是使用最广泛的一种电感式传感器.自感式传感器二、差动自感传感器差动式电感传感器的优点改善非线性提高灵敏度受环境(温度变化、电源波动、外界干扰)影响小电磁吸力小（相互抵消）零位电压小自感式传感器三、测量电路1、基本测量电路自感式传感器 为了能够示出衔铁运动的方向，提高检测性能，可采用带相敏整流的交流电桥，如图所示自感式传感器2、数字化测量电路自感式传感器四、应用自感式传感器差动变压器式传感器 工作原理是把被测量的变化转换成互感系数的变化基本结构和工作原理基本特性测量电路差动变压器的应用基本结构和工作原理abcdcdE21E22骨架线圈组合铁心基本特性基本特性1、灵敏度 差动变压器在单位电压激励下，铁心移动一个单位距离时的输出电压，以V/mm*V表示。基本特性2、线性度骨架形状和尺寸的精确性，线圈的排列，铁心的尺寸和材质等都会影响差动变压器的线性度改善差动变压器的线性度:可以通过取测量范围为线圈骨架长度的1/10-1/4等方法来改善其线性度3、温度特性基本特性4、零点残余电压 当差动变压器铁心位于中间位置时，由于对称的两个二次线圈反向串连，理论上感生电动势应大小相等方向相反，因而差动输出电压应该为零，但实际情况并不为零，总会有一个很小的输出电压U0,这个电压一般称为零点残余电压零点残余电压。产生零点残余电压的原因 由于两个二次测量线圈的等效参数不对称，使其输出的基波感应电动势的幅值和相位不同，调整铁心位置时，也不能达到幅值和相位同时相同。由于铁心的B-H特性的非线性造成输出电压含有高次谐波（主要是三次谐波）励磁电压波形中含有高次谐波。基本特性减小零点残余电压措施：提高框架和线圈的对称性，特别是两个二次线圈对称。采用适当的测量电路，一般可采用在放大电路前加相敏整流器。在电路上进行补偿。基本特性测量电路差动变压器的应用1、差压计差动变压器的应用2、电子秤差动变压器的应用3、差动变压器式加速度传感器电涡流式传感器 成块的金属在变化着的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，金属内部都会产生感应电动势形成电流，这种电流 就是电涡流。建立在电涡流效应原理上的传感器即电涡流传感器高频反射涡流传感器低频透射涡流传感器高频反射涡流传感器U1R1L1R2 L2I1I2M线圈等效阻抗：高频反射涡流传感器高频反射涡流传感器结论：当被测距离变化时，阻抗将发生变化，通过测量电路将阻抗的变化转变为电压的变化，这样就达到了把位移转换为电量的目的。同理，只要固定其它三个参量，而使电阻率或磁导率为变量，还可用于检测材料的电阻率或磁导率的变化，这就是涡流传感器用于无损探伤的原理。高频反射涡流传感器低频透射涡流传感器低频透射式涡流传感器采用低频激励，因而能得到较大的贯穿深度，可用于测量金属的厚度因此，根据测量要求选择合适的频率。对不同的金属材料，也应选不同的频率。测量电路 被测量的变化可以转换成传感器线圈的品质因数Q、等效阻抗Z和等效电感L的变化。转换电路的任务是把这些参数转换为电压或电流输出。1、桥式测量电路 2、谐振幅值测量电路 3、调频测量电路测量电路应用实例厚度测量应用实例转速测量计数测厚度探伤测振动测温测位移轴向推力轴承用来承受机器中的轴向力，它要求在导向盘和轴承之间有一定的间隙以便能够形成承载油膜。一般汽轮机在0.20.3mm之间，压缩机组在0.40.6mm之间。如果小于这些间隙，轴承就会受到损坏，严重的导致整个机器损坏；因此需要监测轴的相对位移以测量轴向推力轴承的磨损情况。相对轴位移的测量压磁式传感器 当铁磁材料受机械力作用时，其内部产生应变，引起磁导率的变化。当外加机械力消失后，其磁导率复原。通常把在机械变形作用下，所引起的磁性质的变化称为压磁效应