常用传感器原理及应用.ppt

第四章常用传感器原理及应用4.1概述二、传感器的组成三、传感器的类型4.2电阻应变式传感器金属应变片的结构和测量原理原理公式：1）将应变片粘贴于被测构件上，直接用来测定构件的应力或应变。例如，为了研究或验证机械、桥梁、建筑等某些构件在工作状态下的受力、变形情况，可利用形状不同的应变片，粘贴在构件的预测部位，可测得构件的拉、压应力、扭矩或弯矩等。2）应变片粘贴于弹性元件上，与弹性元件一起构成应变式传感器。这种传感器常用来测量力、位移、压力、加速度等物理参数。在这种情况下，弹性元件将得到与被测量成正比的应变，再通过应变片转换成电阻的变化后输出。2、半导体应变片2）压阻式传感器的特点

优点:
灵敏度非常高，有时传感器的输出不需放大可直接用于测量；
分辨率高，例如测量压力时可测出10～20Pa的微压；
测量元件的有效面积可做得很小，故频率响应高；
可测量低频加速度和直线加速度。

缺点：
温度误差大，故需温度补偿或恒温条件下使用。4.3电感式传感器1、变气隙式2、变面积式3、螺管式双螺管线圈差动型，较之单螺管线圈型有较高灵敏度及线性，被用于电感测微计上，其测量范围为0～300μm，最小分辨力为0.5μm。线圈电感L1、L2随铁芯位移而变化.
测量精度高，量程较大。三、电涡流式传感器低频透射式涡流传感器多用于测定材料厚度。发射线圈ω1和接收线圈ω2分别放在被测材料G的上下，低频(音频范围)电压e1加到线圈ω1的两端后，在周围空间产生一交变磁场，并在被测材料G中产生涡流i，此涡流损耗了部分能量，使贯穿ω2的磁力线减少，从而使ω2产生的感应电势e2减小。e2的大小与G的厚度及材料性质有关，实验与理论证明，e2随材料厚度h增加按负指数规律减小。因而按e2的变化便可测得材料的厚度。第十九页，编辑于星期一：十三点三十七分。4.4电容式传感器1.极距变化型电容式传感器灵敏度K与极距平方成反比，极距愈小，灵敏度愈高。一般通过减小初始极距来提高灵敏度。由于电容量C与极距δ呈非线性关系，故这将引起非线性误差。

实际应用中，为了提高传感器的灵敏度、增大线性工作范围和克服外界条件（如电源电压、环境温度等）的变化对测量精度的影响，常常采用差动型电容式传感器。2.面积变化型电容式传感器
面积变化型电容传感器的工作原理是在被测参数的作用下来变化极板的有效面积，常用的有角位移型和线位移型两种。上述可知，面积变化型电容传感器的优点是输出与输入成线性关系，但与极板变化型相比，灵敏度较低，适用于较大角位移及直线位移的测量。3.介电常数变化型电容传感器
大多用于测量电介质的厚度、位移、液位，还可根据极板间介质的介电常数随温度、湿度、容量改变而改变来测量温度、湿度、容量等。变介电常数型电容传感器的结构原理
电容传感器特点与应用
主要优点:
(1)输人能量小而灵敏度高。
(2)电参量相对变化大。
(3)动态特性好。
(4)能量损耗小。
(5)结构简单，适应性好。
主要缺点:非线性大。应用（2）电容式转速传感器4.5压电式传感器明显呈现压电效应的敏感功能材料叫压电材料。
常用的压电材料有：压电单晶体，如石英、酒石酸钾钠等；多晶压电陶瓷，如钛酸钡、锆钛酸铅、铌镁酸铅等，又称为压电陶瓷。此外，聚偏二氟乙烯(PVDF)作为一种新型的高分子物性型传感材料得到广泛的应用。（新型材料）
二、等效电路三、压电元件常用的结构形式
在实际使用中，如仅用单片压电元件工作的话，要产生足够的表面电荷就要很大的作用力，因此一般采用两片或两片以上压电元件组合在一起使用。由于压电元件是有极性的，因此连接方法有两种：并联连接和串联连接。4.5磁敏传感器二、霍尔元件
基于霍尔效应工作的半导体器件称为霍尔元件，霍尔元件多采用N型半导体材料。霍尔元件越薄(d越小)，kH就越大，薄膜霍尔元件厚度只有1μm左右。三、应用举例