测试技术4常用传感器.pptx
《测试技术4常用传感器.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《测试技术4常用传感器.pptx(62页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第第4 4章章 常用传感器常用传感器Transducer4.1 传感器概述传感器概述(Introduction)4.2 传感器选用原则传感器选用原则(Principle of Transducer Selection)4.3 电阻式传感器电阻式传感器(Resistance Transducer)4.4 电感电感传感器传感器(Inductance Transducer)4.5 电容传感器电容传感器(Capacitance Transducer)返回返回4.1 传感器概述传感器概述 (Introduction)1.传感器概念 是指直接作用于被测量,并能按一定规律将其转换是指直接作用于被测量,并能按
2、一定规律将其转换成同种或别种量值输出的器件成同种或别种量值输出的器件。传感器传感器处于测试装置的输入端,其性能将直接影响着整个测试装置的工作质量。2.传感器分类 按被测量分类位移、力、温度、压力、流量、速度传感器等位移、力、温度、压力、流量、速度传感器等。按工作机理分类机械式、电气式、光学式、化学型等机械式、电气式、光学式、化学型等。传感器概述传感器概述(2/5)按构成原理分类物性型 依靠敏感元件本身的物理化学性质的变化实现信依靠敏感元件本身的物理化学性质的变化实现信号变换号变换。如水银温度计、压电式传感器等如水银温度计、压电式传感器等。结构型 依靠传感器结构参量的变化实现信号转换依靠传感器结
3、构参量的变化实现信号转换。如电容如电容式、电感式传感器等式、电感式传感器等。按能量变换关系分类能量转换型(无源型、发电型或主动传感器)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。如热电偶温度计、弹性如热电偶温度计、弹性压力计、压电式传感器压力计、压电式传感器。能量转换型传感器存在负载效应能量转换型传感器存在负载效应。能量控制型(有源型、能量调节型或被动传感器)由外部辅助能量使其工作,并由被测量控制外部供给能量的由外部辅助能量使其工作,并由被测量控制外部供给能量的变化变化。如电桥式电阻应变计等如电桥式电阻应变计等。传感器的换能元件可能不止一个(如电容式压力传感器),传感器的换
4、能元件可能不止一个(如电容式压力传感器),甚至是一个小型装置(如力反馈式加速度计)甚至是一个小型装置(如力反馈式加速度计)。注意:传感器概述传感器概述(3/5)3.传感器的性能要求(9)低成本、通用性强。)低成本、通用性强。(1)灵敏度高,输入和输出之间有较好的线性关系)灵敏度高,输入和输出之间有较好的线性关系;(2)噪声小,并且具有抗外部噪声的性能)噪声小,并且具有抗外部噪声的性能;(3)滞后、漂移误差小)滞后、漂移误差小;(4)动态特性良好)动态特性良好;(5)在接入测量系统中,对被测量不产生影响;)在接入测量系统中,对被测量不产生影响;(6)功耗小,复现性好,有互换性;)功耗小,复现性好
5、,有互换性;(7)防水及耐腐蚀等性能好,能长期使用)防水及耐腐蚀等性能好,能长期使用;(8)结构简单,容易维修和校正;)结构简单,容易维修和校正;传感器概述传感器概述(4/5)传感器的技术指标基本参数指标环境参数指标可靠性指标其他指标量程指标量程指标:量程范围、过载能力等灵敏度指标灵敏度指标:灵敏度、分辨力、满量程输出、输入输出阻抗等精度有关指标精度有关指标:精度、误差、线性、滞后、重复性、灵敏度误差、稳定性等动态性能指标动态性能指标:固有频率、阻尼比、时间常数、频率响应范围、频率特性、临界频率、临界速度、稳定时间、过冲量、稳态误差等温度指标温度指标:工作温度范围、温度误差、温度漂移、温度系数
6、、热滞后等抗冲振指标抗冲振指标:允许各向抗冲振的频率、振幅及加速度、冲振所引入的误差等其他环境参数其他环境参数:抗潮湿、耐介质腐蚀能力、抗电磁干扰能力等工作寿命、平均无故障时间、保险期、疲劳性能、绝缘电阻、耐压及抗飞弧等使用有关指标使用有关指标:供电方式(直流、交流、频率及波形等)及功率、各项分布参数值、电压范围与稳定度等结构方面指标结构方面指标:外形尺寸、重量、壳体材质、结构特点等安装连接方面指标安装连接方面指标:安装方式、馈线电缆等传感器概述传感器概述(5/5)4.传感器的发展趋势(6)研究生物感官,开发仿生传感器。)研究生物感官,开发仿生传感器。(1)采用新原理、开发新型传感器;)采用新
7、原理、开发新型传感器;(2)大力开发物性型传感器;)大力开发物性型传感器;(3)传感器的集成化)传感器的集成化;(4)传感器的多功能化)传感器的多功能化;(5)传感器的智能化)传感器的智能化(smart sensor);4.2 传感器选用原则传感器选用原则 (Principle of Transducer Selection)1.灵敏度传感器的灵敏度越高,可以感知的变化量越小。传感器的灵敏度越高,可以感知的变化量越小。传感器往往传感器往往要求有较大的信噪比。要求有较大的信噪比。传感器的量程范围与灵敏度密切相关。传感器的量程范围与灵敏度密切相关。过高的灵敏度会影响过高的灵敏度会影响其适用的范围。
8、其适用的范围。在测量过程中,传感器在被测量方向上的灵敏度愈高愈好,在测量过程中,传感器在被测量方向上的灵敏度愈高愈好,而横向灵敏度愈小愈好;而横向灵敏度愈小愈好;对于二维或三维矢量的测量,传感对于二维或三维矢量的测量,传感器的交叉灵敏度愈小愈好。器的交叉灵敏度愈小愈好。2.线性范围任何传感器都有一定的线性范围,在线性范围内输出与输入任何传感器都有一定的线性范围,在线性范围内输出与输入成比例关系。成比例关系。线性范围越宽,传感器的工作量程越大。线性范围越宽,传感器的工作量程越大。传感器选用原则传感器选用原则(2/2)3.响应特性传感器响应特性必须在所测频率范围内尽量保持不失真。传感器响应特性必须
9、在所测频率范围内尽量保持不失真。实际传感器的响应总有一定的延迟,但延迟时间越短越好。实际传感器的响应总有一定的延迟,但延迟时间越短越好。4.稳定性稳定性是指经过长期使用后,其输出特性不发生变化的性能。稳定性是指经过长期使用后,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和环境。影响传感器稳定性的因素是时间和环境。5.精确度精确度表示传感器输出与被测量的对应程度。精确度表示传感器输出与被测量的对应程度。传感器的精确度并非越高越好,选择时应从实际出发。传感器的精确度并非越高越好,选择时应从实际出发。6.其他选用原则如实际测试条件下的工作方式等因素。如实际测试条件下的工作方式等因素。4.
10、3 电阻式传感器电阻式传感器 (Resistance Transducer)电阻式传感器电阻式传感器 将被测量转换成电阻变化量,再通过中间将被测量转换成电阻变化量,再通过中间变换电路将电阻变化变换为电压或电流进行测量。变换电路将电阻变化变换为电压或电流进行测量。电阻式传感器按工作原理可分为:电阻式传感器按工作原理可分为:(5)气敏电阻式)气敏电阻式(6)光敏电阻式等)光敏电阻式等(1)变阻器(电位器)式)变阻器(电位器)式(2)应变片式(弹性电阻式)应变片式(弹性电阻式)(3)热敏电阻)热敏电阻(4)磁敏电阻式)磁敏电阻式电阻式传感器电阻式传感器(2/22)1.电阻应变式传感器(1)应变式传感
11、器工作原理)应变式传感器工作原理1)金属的电阻应变效应)金属的电阻应变效应 是指导体在外力作用下发生机械变形时,其电是指导体在外力作用下发生机械变形时,其电阻值随所受机械变形(应变)的变化而发生变化的现象。阻值随所受机械变形(应变)的变化而发生变化的现象。电阻应变效应设金属丝长度为设金属丝长度为l,截面积为,截面积为A,电阻率为,电阻率为,则其阻值为则其阻值为金属丝变形时,金属丝变形时,、l、A将同时发生变化,从而导致将同时发生变化,从而导致R改变。改变。若若、l、A的变化量为的变化量为d、dl、dA,则,则电阻式传感器电阻式传感器(3/22)即:即:对半径为对半径为r的金属电阻丝有:的金属电
12、阻丝有:,:电阻丝轴向相对变形,或称:电阻丝轴向相对变形,或称纵向应变纵向应变。:电阻丝径向相对变形,或称:电阻丝径向相对变形,或称横向应变横向应变。横向应变与纵向应变间的关系为横向应变与纵向应变间的关系为式中式中 为泊松比。负号表示两者变化相反。为泊松比。负号表示两者变化相反。:电阻率相对变化,与电阻丝轴向所受正应力:电阻率相对变化,与电阻丝轴向所受正应力 有关。有关。电阻式传感器电阻式传感器(4/22)E为电阻丝材料的为电阻丝材料的弹性模量弹性模量;为为压阻系数压阻系数,与材质有关。,与材质有关。受力后电阻丝几何尺寸变化所受力后电阻丝几何尺寸变化所引起,对于同一材料引起,对于同一材料(1+
13、2v)为常数。)为常数。受力后电阻率的改变引受力后电阻率的改变引起,对金属材料,起,对金属材料,E很很小。小。在电阻丝拉伸比例范围内,电阻相对变化与其所受的轴向在电阻丝拉伸比例范围内,电阻相对变化与其所受的轴向应变成正比。应变成正比。电阻式传感器电阻式传感器(5/22)电阻应变片的电阻应变片的应变系数或灵敏度应变系数或灵敏度S0定义为定义为通常,通常,S0=1.73.6。2)应变片的基本结构及测量原理)应变片的基本结构及测量原理典型结构:将一根高电阻率金属丝(康铜、镍铬、卡玛典型结构:将一根高电阻率金属丝(康铜、镍铬、卡玛合金等,直径合金等,直径 0.025 mm左右)绕成栅形,粘贴在绝缘的左
14、右)绕成栅形,粘贴在绝缘的基片和覆盖层之间,由引出导线接于电路中。基片和覆盖层之间,由引出导线接于电路中。测量原理:测量原理:将应变片将应变片粘贴于弹性体表面粘贴于弹性体表面或者直接将应变片或者直接将应变片粘贴在被测粘贴在被测件上件上,被测物变形通过基底和粘结剂传递给敏感栅,被测物变形通过基底和粘结剂传递给敏感栅 阻阻值变化值变化 转换电路转换为电压或电流信号。转换电路转换为电压或电流信号。电阻式传感器电阻式传感器(6/22)如果把位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应如果把位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变,可以构成各种不同的传感器。变,可以构成各种不同的传感器。(2)电阻
15、应变片的分类及材料)电阻应变片的分类及材料金属电阻应变片分为金属电阻应变片分为丝式丝式、箔式箔式和和膜式膜式。1)丝式应变片)丝式应变片金属丝式应变片有回线式和短接式两种。金属丝式应变片有回线式和短接式两种。回线式短接式电阻式传感器电阻式传感器(7/22)丝式应变片丝式应变片制作简单、性能稳定、成本低、易粘贴制作简单、性能稳定、成本低、易粘贴。n 回线式应变片因回线式应变片因圆弧部分参与变形,横向效应较大。圆弧部分参与变形,横向效应较大。n 短接式应变片敏感栅平行排列,两端用直径比栅线直径短接式应变片敏感栅平行排列,两端用直径比栅线直径大大 510倍的镀银丝短接而成,其优点是倍的镀银丝短接而成
16、,其优点是克服了横向效应。克服了横向效应。安全电流:安全电流:1050 mA,电阻:,电阻:50 1 000(典型(典型120)。)。2)箔式应变片)箔式应变片箔式应变片由厚度为箔式应变片由厚度为 310 m 的康铜箔或镍铬箔经光刻,腐的康铜箔或镍铬箔经光刻,腐蚀工艺制成的栅状箔片。蚀工艺制成的栅状箔片。大批量生产,可制成多种复杂形状。大批量生产,可制成多种复杂形状。散热好,允许电流大。散热好,允许电流大。横向效应、蠕变和机械滞后小,疲劳寿命长。横向效应、蠕变和机械滞后小,疲劳寿命长。柔性好(可贴于形状复杂的表面),传递试件应变性能好。柔性好(可贴于形状复杂的表面),传递试件应变性能好。电阻式
17、传感器电阻式传感器(8/22)3)膜式应变片)膜式应变片采用真空蒸发或真空沉积等方法,在薄的绝缘基片上形成厚采用真空蒸发或真空沉积等方法,在薄的绝缘基片上形成厚度在度在0.1 mm以下的金属电阻材料薄膜的敏感栅。以下的金属电阻材料薄膜的敏感栅。应变灵敏度大。应变灵敏度大。允许电流密度大。允许电流密度大。工作范围广,可达工作范围广,可达-197317。(3)电阻应变片的应用)电阻应变片的应用 测量结构的应变或应力。测量结构的应变或应力。将应变片贴于弹性元件上,作为测量力、位移、压力、将应变片贴于弹性元件上,作为测量力、位移、压力、加速度等物理参数的传感器。加速度等物理参数的传感器。电阻式传感器电
18、阻式传感器(9/22)齿轮轮齿弯矩齿轮轮齿弯矩x位移传感器位移传感器m质块质块加速度传感器加速度传感器F柱式测力传感器柱式测力传感器电阻式传感器电阻式传感器(10/22)注意事项注意事项应变极限:机械滞后:零漂和蠕变零漂和蠕变:零漂零漂:恒定温度,无机械应变时,应变片阻值随时间变:恒定温度,无机械应变时,应变片阻值随时间变化的特性。化的特性。蠕变蠕变:恒定温度、恒定应变时,应变片阻值随时间变化:恒定温度、恒定应变时,应变片阻值随时间变化的特性。的特性。应变大应变大 输出非线性大。误差为输出非线性大。误差为10%时对应的时对应的应变作为应变片的应变极限。应变作为应变片的应变极限。敏感栅、底基及胶
19、粘层承受机械应变后,一般都敏感栅、底基及胶粘层承受机械应变后,一般都会存在残余变形,造成应变片的机械滞后。会存在残余变形,造成应变片的机械滞后。电阻式传感器电阻式传感器(11/22)动态响应特性动态响应特性应变片栅长/mm0.20.51235101520最高工作频率/kHz125050025012583.3502516.612.5温度影响:温度变化导致应变片电阻变化与由应变引起的电温度影响:温度变化导致应变片电阻变化与由应变引起的电阻变化往往具有同等数量级,须用适当电路进行阻变化往往具有同等数量级,须用适当电路进行温度补偿温度补偿。(4)电阻应变片的特点)电阻应变片的特点 性能稳定、精度高,综
20、合误差在性能稳定、精度高,综合误差在 1.0%0.1%,高精度力,高精度力传感器已能达到传感器已能达到0.03%0.01%。测量范围广测量范围广压力:压力:104109 Pa;力:力:0.1 107 N。能适应较大的振动和冲击,抗辐射能力强。能适应较大的振动和冲击,抗辐射能力强。电阻式传感器电阻式传感器(12/22)2.压阻式传感器(1)基本工作原理 是指半导体材料受到应力作用时,其电阻率发生是指半导体材料受到应力作用时,其电阻率发生变化的现象。变化的现象。压阻效应单晶半导体在外力作用下的电阻变化量仍为单晶半导体在外力作用下的电阻变化量仍为对半导体而言,电阻率变化引起的电阻变化对半导体而言,电
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 测试 技术 常用 传感器
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【a199****6536】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【a199****6536】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。