测试技术第三章.pptx
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1、3.1 概述概述1.传感器传感器(Sensor)定义定义 传感器是能感受规定的被测量、并按照一定的规律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。通常由转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件敏感元件和和转换元件转换元件组成组成(GB766-87)。目前,传感器转换后的信号大多为电信号。因而从目前,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。号的器件或装置。霍尔霍尔电磁式车辆速度传感器由两个电磁线圈和永久磁铁电磁式车辆速度传感器由两个电磁线圈和永久磁铁
2、组成。车速传感器安装在变速器输出轴附近的壳体组成。车速传感器安装在变速器输出轴附近的壳体上,输出轴上的停车锁定齿轮为感应转子。当输出上,输出轴上的停车锁定齿轮为感应转子。当输出轴转动时,齿轮的凸齿不断靠近和离开传感器,使轴转动时,齿轮的凸齿不断靠近和离开传感器,使线圈内的磁通量发生变化,从而产生应变电流,线圈内的磁通量发生变化,从而产生应变电流,ECMECM通过线圈感应车辆速度。通过线圈感应车辆速度。传感器在非电量电测系统中的作用:传感器在非电量电测系统中的作用:F一是一是 敏感作用:敏感作用:感受并拾取被测对象的信号感受并拾取被测对象的信号F二是变换作用:二是变换作用:被测信号转换成易于检测
3、和处理的电被测信号转换成易于检测和处理的电信号信号 获得传感器信号的两种方法:直接获得电信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(开关传感器);将物理量变换成电信号的变化(水位、压力等)。号的变化(水位、压力等)。2.传感器的分类传感器的分类(1)按被测物理量分类按被测物理量分类:常见的被测物理量常见的被测物理量机械量机械量:长度长度,厚度厚度,位移位移,速度速度,加速度加速度,旋转角旋转角,转数转数,质量质量,重量重量,力力,压力压力,真空度真空度,力矩力矩,风速风速,流速流速,流量;流量;声声:声压声压,噪声。噪声。磁磁:磁通磁通,磁场。磁
4、场。温度温度:温度温度,热量热量,比热。比热。光:光:亮度,色彩。亮度,色彩。温度传感器压力传感器扭矩传感器角位移传感器 光电式编码器电感式位移传感器直线光栅尺光电式编码器原理图光电式编码器原理图(2)(2)按传感器元件的变换原理分类按传感器元件的变换原理分类:电阻式电阻式,电容式电容式,电感式电感式,压电式、光电式等压电式、光电式等.物性型物性型: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.例如例如:水银温度计水银温度计,压电测力计压电测力计.结构型结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变依靠传感器结构参数的变化实现信号转变.例如例如
5、:电容式和电感式传感器电容式和电感式传感器.电容传声器、压力传感器的直流极化电路电容传声器、压力传感器的直流极化电路能量转换型能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作。直接由被测对象输入能量使其工作。例如例如:热电偶温度计热电偶温度计,压电式加速度计压电式加速度计。能量控制型能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部供给从外部供给能量并由被测量控制外部供给 能量的变化。能量的变化。例如例如:电阻应变片。电阻应变片。能量传递型能量传递型:从某种能量发生器与接受器进行能量传递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。过程中实现敏感检测。例如例如:超声波发生器和接受器。超声波发生
6、器和接受器。(3)(3)按传感器的能量传递方式分类按传感器的能量传递方式分类:3.传感器的性能要求传感器的性能要求(1)对被测量系统的负载效应小;对被测量系统的负载效应小;(2)转换灵敏度高,有较好的线性关系;转换灵敏度高,有较好的线性关系;(3)重复精度、精度适当,稳定性高;重复精度、精度适当,稳定性高;(4)反应速度快,动态特性好;反应速度快,动态特性好;(5)适应性和适用性强。适应性和适用性强。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按工作的原理可分为:F热敏式热敏式F电阻应变式电阻应变式F变阻器式变阻器式F光敏式
7、光敏式F电敏式电敏式3.2 电阻式传感器电阻式传感器 电阻应变式传感器电阻应变式传感器-应变片应变片 金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变应变效应效应,即金属导体在外力作用下发生机械变形时,其电,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阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短伸长或缩短)的变化而发生变的变化而发生变化的现象。化的现象。电阻丝应变片电阻丝应变片(康铜康铜)电阻丝应变片电阻丝应变片(康铜康铜)金属箔式应变片金属箔式应变片1)工作原理工作原理金属应变片的电阻金属应变片的电阻R为为(1)金属应变片(金属应变片(不变)不变
8、)金属应变计金属应变计(2)半导体应变片(半导体应变片(变化)变化)半导体应变计半导体应变计2)金属应变计金属应变计金属应变计有金属应变计有:丝式和丝式和箔式。箔式。优点优点:稳定性和温度特稳定性和温度特 性好。性好。缺点缺点:灵敏度系数小。灵敏度系数小。应变计3)半导体应变计半导体应变计优点:优点:应变灵敏度大应变灵敏度大;体积小体积小;能制成具有一定应能制成具有一定应变电阻的元件。变电阻的元件。缺点:缺点:温度稳定性和可重复性不如金属应变温度稳定性和可重复性不如金属应变片片。应变计薄膜型薄膜型扩散型扩散型 4)应变片测量电路应变片测量电路VER1R2R3R4令:令:金属丝应变片:金属丝应变
9、片:V V与应变成线性关系,可以用电桥测量电压测量应变与应变成线性关系,可以用电桥测量电压测量应变5)电阻应变片的选择、粘贴技术电阻应变片的选择、粘贴技术 1.目测电阻应变片有无折痕目测电阻应变片有无折痕.断丝等断丝等 缺陷,有缺陷的应变片不能粘贴。缺陷,有缺陷的应变片不能粘贴。2.用数字万用表测量应变片电阻值大用数字万用表测量应变片电阻值大 小。同一电桥中各应变片之间阻值小。同一电桥中各应变片之间阻值 相差不得大于相差不得大于0.50.5欧姆欧姆.3.试件表面处理:贴片处置用细纱纸打磨干净,用试件表面处理:贴片处置用细纱纸打磨干净,用 酒精棉球反复擦洗贴处,直到棉球无黑迹为止。酒精棉球反复擦
10、洗贴处,直到棉球无黑迹为止。4.应变片粘贴应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴在应变片基底上挤一小滴502502胶水,胶水,轻轻涂抹均匀,立即放在应变贴片位置。轻轻涂抹均匀,立即放在应变贴片位置。5.焊线焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。6.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织,应用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织,应 大于大于500M500M欧。欧。7.应变片保护:用应变片保护:用704704硅橡胶覆于应变片上,防止硅橡胶覆于应变片上,防止 受潮。受潮。6)标准标准产品产品7)应用应用电阻应变式传感器的应用:测力电阻应变式传感器的应用:测力
11、案例:案例:7)应用应用案例:案例:桥梁固有频率测量桥梁固有频率测量案例:冲床生产记数案例:冲床生产记数 和生产过程监测和生产过程监测案例:机器人握力测量案例:机器人握力测量案例:案例:振动式地音入侵探测器振动式地音入侵探测器 适合于金库、仓库、古建筑的防范,挖墙、打适合于金库、仓库、古建筑的防范,挖墙、打洞、爆破等破坏行为均可及时发现。洞、爆破等破坏行为均可及时发现。案例:案例:电子称电子称原理原理将物品重量通过悬臂梁转将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片化结构变形再通过应变片转化为电量输出。转化为电量输出。德国德国HBMHBM电阻应变式传感器电阻应变式传感器 3.3 电容式传感器电
12、容式传感器 1.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容器两平行极板组成的电容器,它的电容量为它的电容量为:+A 当当被被测测量量、A或或发发生生变变化化时时,都都会会引引起起电电容容的的变变化化。如如果果保保持持其其中中的的两两个个参参数数不不变变,而而仅仅改改变变另另一一个个参参数数,就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化。就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化。2.分类分类 a)a)极距变化型极距变化型;+c)c)介质变化型介质变化型b)b)面积变化型面积变化型:角位移型角位移型,平面线位移型平面线位移型,柱面线位移型柱面线位
13、移型.3.测量电路测量电路直流极化电路直流极化电路谐振电路谐振电路电容传感器的电容作为谐振回路调谐电容的一部分。谐电容传感器的电容作为谐振回路调谐电容的一部分。谐振回路通过电感藕合,从稳定的高频振荡器取得振荡电振回路通过电感藕合,从稳定的高频振荡器取得振荡电压。当传感器电容发生变化时,谐振回路的阻抗将发生压。当传感器电容发生变化时,谐振回路的阻抗将发生相应的变化,而这个变化被转换为电压或电流,再经过相应的变化,而这个变化被转换为电压或电流,再经过放大、检波即可得到相应的输出。放大、检波即可得到相应的输出。运算放大器电路(位移测量传感器)运算放大器电路(位移测量传感器)3.应用应用1.震动,偏心
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