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自动控制--传感器与检测技术_ppt课件第二章

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自动控制-传感器技术

自动控制-传感器技术

02
光电传感器：用于安全联锁控制， 当桶盖未盖好，洗衣机不能启
03 动。
3 液位传感 器检测管道
液位
下图为液位传 感器安装于管 道内的示意图。
4.人体红外 传感器
传感器模块IMC-C7601各脚 功能：3脚--电源端，2脚--接 地，4脚--定时设置，4脚--输 出。当有人接近该传感器时， 就会检测到人体信号，并从4 脚输出，驱动光电藕合器件工 作，灯泡E被点亮。此电路也 可作为报警控制。
数控机床感应同步器
感应同步器接口电路 感应同步器输出的位移 信号经放大处理后，送 至专用集成电路 AD2S90进行系统控制， 完成数控机床自动加工 工序。
8.变送器
01
传 感 器 是 能 感 受 规 定 02
变 送 器 可 定 义 为 将 03
变送器输出的标准信号是
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
物理测量信号或普 通电信号转换为标 准电信号输出或能
符合国际标准的信号。如 直流电流0～10mA、4 ～20mA。无论被测变量 是哪种物理或化学参数，
自动控制---
CONTENTS
重点与难点
1
点击此处添加正文
掌握各类传感器的基本特性
3
点击此处添加正文
掌握传感器的接口电路原理
5 点击此处添加正文
了传感器的基本知识
2
点击此处添加正文
了解各类传感器的典型应用
4
点击此处添加正文
一、概述
传感器是自动控制技术中首要信号器件，其信号的灵敏度与可靠性决定自动控制系 统的正常与否， 就像人的五官眼、耳、鼻、口、舌， 将所采集的信息输入大脑， 经大脑处理后，发出相应的动作指令。而传感器则是取出相应的信号经放大处理后 控制系统自动运行。如电冰箱内安装有温度传感器，当电冰箱内温度达到设定值时， 传感器检测到该值并将其温度转变为电信号，控制电冰箱的运行与停机。再如机器 人安装有各种传感器，当其检测到对应信号，便输入计算机进行运算处理，驱动肢 体运动。

传感器与检测技术ppt课件

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22
重复性
图1-4所示为校正曲线的重复特性。
正行程的最大重复性偏差为△Rmax1, 反行程的最大重复 性偏差为△Rmax2，重复性误差取这两个最大偏差中之较 大者为△Rmax，再以满量程输出的百分数表示，即
rR
Rmax yFS
100%
（1-15）
式中 △Rmax----输出最大不重复误差。
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现代人们的日常生活中，也愈来愈离不开检测技术。例 如现代化起居室中的温度、湿度、亮度、空气新鲜度、防火、 防盗和防尘等的测试控制，以及由有视觉、听觉、嗅觉、触 觉和味觉等感觉器官，并有思维能力机器人来参与各种家庭 事务管理和劳动等，都需要各种检测技术。
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34
自动检测系统的基本组成
自动检测系统是自动测量、自动资料、自动保护、自动 诊断、自动信号处理等诸系统的总称，基本组成如图1-7。
图1-10 微差法测量稳压电源输出电压的微小变化
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44
误差处理 主要内容
• 一、误差与精确处理 • 二、测量数据的统计处理 • 三、间接测量中误差的传递 • 四、有效数字及其计算法则
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45
误差与精确处理
主要内容
(1)绝对误差与相对误差 (2)系统误差、偶然误差和疏失误差 (3)基本误差和附加误差 (4)常见的系统误差及降低其对测量结果影响的方法
（1-17）
由于种种原因，会引起灵敏度变化，产生灵敏度误差。灵 敏度误差用相对误差来表示
k10% 0 sk
（1-18）
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25
分辨率
分辨率是指传感器能检测到的最小的输入增量。 分辨率可用绝对值表示，也可以用满量程的百分比表 示。

传感器技术完整ppt课件

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作用：将被测量转换成电信号,传送给测试系统中的后续环节。
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2
激励装置
被测 对象
传 感 器
信号 调理
信号 处理
显示 纪录
观察者
反馈、控制
简单测试系统(红外体温)
复杂测试系统(振动测量)
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3
3. 传感器的构成
（1）组成：振动膜片、刚 性极板、电源和负载电阻
（2）原理 ： 振膜—一次敏感元件 电容器—敏感元件
最新课件
15
（3）分辨力：测试系统所能检测出来的输入量的最小变化量。 通常是以最小单位输出量所对应的输入量来表示。 数字测试系统－－输出显示系统的最后一位 模拟测试系统－－输出指示标尺最小分度值的一半
（4）回程误差：同一输入量的两条定度曲线之差的最大值 hi max 与标称的输出范围A之比。
即 回程误差 ＝hi max 100% A
A()
1
0
()
1 2
0
1t0
2t0
－t0
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30
A()
1
0
()
0
4
例2:已知系统的输入 x(t)co 1 ts co 2ts，判断是否失真。
例3:已知系统的输入 x(t)cos0t ，判断是否失真。
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31
电阻式传感器
一、变阻式传感器 1.结构：
R l
A
R kl x
S
dR dx
3.类型：半导体应变式传感器、扩散型压阻式传感器
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37
三、应变片的应用 1.直接测定结构的应变或应力。 2.作为传感器的测量参数。
四、转换电路
应变 R 电压或电流的变化

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xmin 100% YFS
.
6．稳定性。稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。对于传感器常用长期 稳定性描述其稳定性。所谓传感器的稳定性是指在室温条件下，经过相当长 的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。因此，通常又 用其不稳定度来表征传感器输出的稳定程度。
7．漂移。传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时 间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结 构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。
.
1.3.1测量误差及其分类
误差的定义
测量误差(error of measurement)是指测得值与被
测量真值之差，可用下式表示： 测量误差=测得值-真值
若定义中的测得值是用测量方式获得的被测量的测
量结果，则得到测量误差的定义为：测量误差=测量结果-真
值
若定义中的测得值是指计量仪器的示值，则得到计
1.1.3传感器的分类 1．按输入量（被测量）分类 2．按工作原理（机理）分类 3、按能量的关系分类 4．按输出信号的形式分类
.
1.2 传感器的特性
静态特性和动态特性
输入量X和输输出Y的关系通常可用多项式表示
静态特性可以用一组性能指标来描述，如线性度、灵敏度、精确度（精 度）、重复性、迟滞、漂移、阈值和分辨率、稳定性、量程等。
2替代法其实质是在测量装置上测量被测量后不改变测量条件立即用相应标准量代替被测量放到测量装置上再次进行测量从而得到此标准量测量结果与已知标准量的差值即系统误差取其负值即可作为被测量测量结果的修正先将被测量x放于天平一侧标准砝码p放于另一侧调至天平平衡则有xpl此时移去被测量x用标准砝码q代替使天平重新平衡则有qpl2l1所以有xq

《传感器与检测技术》PPT课件

《传感器与检测技术》PPT课件
安全防护――防盗、防火、防燃气泄露、 CCD（电子眼）监视器、烟雾传感器、气体 传感器、红外传感器、玻璃破碎传感器；
2021/1/5
整理ppt
21
楼宇自动控制系统
自动识别――门禁管理系统、感应式IC卡 识别、指纹识别；
远程抄收与管理系统――水、电、气、热 量通过传感器设置远程自动化抄表；
巡更系统――保安管理。
2021/1/5
整理ppt
22
汽车与传感器
2021/1/5
整理ppt
23
汽车与传感器
传统： 行驶速度、距离、发动机旋转速度、燃料剩余量 安全：安全气囊系统、防盗装置、防滑控制系统、防 抱 死装置、电子变速控制装置、汽车“黑匣子”
环保：排气循环装置、电子燃料喷射装置
整理ppt
24
参考文献：
1. “汽车安全保障传感器市场”，《传感器世界》， 2001年1期
2021/1/5
整理ppt
7
本节主要内容
第1章 传感器与检测技术概论 1.1．传感器的分类及组成 1.2．传感器的基本特性 1.3．检测技术的基础知识
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整理ppt
8
绪论
检测（Detection）定义： 利用各种物理、化学效应，选择合 适的方法与装置，将生产、科研、生活 等各方面的有关信息通过检查与测量的 方法，赋予定性或定量结果的过程称为 检测技术。
摄像机
12
2. 传感器
传感器的定义是：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。
敏感元件是指传感器中能直接感受或响应 被测量的部分；
转换元件是指传感器中能将敏感元件感受 或响应的被测量转换成适于传输或测量的电 信号的部分。

传感器原理及应用ppt课件

传感器原理及应用ppt课件

香港理工AGV模型
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23
传感器在生物医学上的应 用
• 对人体的健康状况进行 • 诊断需要进行多种生理 • 参数的测量。 • 国内已经成功地开 • 发出了用于测量近红外 • 组织血氧参数的检测仪 • 器。人类基因组计划的研究
也大大促进了对酶、免疫、 微生物、细胞、DNA、RNA、 蛋白质、嗅觉、味觉和体液 组份以及血气、血压、血流 量、脉搏等传感器的研究。
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32
传感器的分类
2、按传感器工作机理分类－续2
（3）化学传感器 是利用化学反应的原理，把无机和有机化学物质的成分、浓度等 转换为电信号的传感器。如：离子选择性电极。
（4）生物传感器 是一种利用生物活性物质选择性的识别和测定生物化学物质的传 感器。近年来发展很快。
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33
13
可编辑课件PPT
14
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15
在汽车、机床、电机、发动机等产品出厂 时，必须对其性能质量检测
• 图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括
润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机
转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以
了解产品质量。
可编辑课件PPT
16
• 汽车扭距测量 机床加工精度测量
传感器的分类
3、按信息能量变换方式分类
在传感器内部，信息的传递与变换伴随着能量 的流动。
（1）能量变换型：传感器从被测对象中获取能 量，用于直接输出。如：热电偶、光电池、压 电式、电磁感应式、固体电解质气敏传感器等。
（2）能量控制型：传感器从被测对象中获取能 量，用于控制激励源，故又称有源型传感器。 如：电阻式、电感式、电容式、霍尔式、…。

传感器与检测技术(第2版)全套课件

传感器与检测技术(第2版)全套课件

传感器与检测技术（第2版）
（3）组合测量。若被测量必须经过求解联立方程组才能得 到最后结果，则这种测量方法称为组合测量。组合测量是一种 特殊的精密测量方法，操作手续复杂，花费时间长，多用于科 学实验等特殊场合。 2．等精度测量与不等精度测量
用相同仪表与测量方法对同一被测量进行多次重复测量， 称为等精度测量。
用不同精度的仪表或不同的测量方法，或在环境条件相差 很大时对同一被测量进行多次重复测量称为非等精度测量。
传感器与检测技术（第2版）
3．偏差式测量、零位式测量和微差式测量
（1）偏差式测量。在测量过程中，用仪表指针的位移（即 偏差）决定被测量值，这种测量方法称为偏差式测量。仪表上 有经过标准量具校准过的标尺或刻度盘。在测量时，利用仪表 指针在标尺上的示值，读取被测量的数值。偏差式测量简单、 迅速，但精度不高，这种测量方法广泛应用于工程测量中。
1.1 测量方法及检测系统的组成
1.1.1 测量的基本概念
在科学实验和工业生产中，为了及时了解实验进展情况、 生产过程情况以及它们的结果，人们需要经常对一些物理量， 如电流、电压、温度、压力、流量、液位等参数进行测量，这 时人们就要选择合适的测量装置，采用一定的检测方法进行测 量。
测量是人们借助于专门的设备，通过一定的方法，对被测 对象收集信息、取得数据概念的过程。为了确定某一物理量的 大小，就要进行比较，因此，有时也把测量定义为“将被测量 与同种性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量倍数的过
传感器与检测技术（第2版）
1．直接测量、间接测量与组合测量
（1）直接测量。用事先分度或标定好的测量仪表，直接读 取被测量值的方法称为直接测量。例如，用电磁式电流表测量
电路的某一支路电流、用电压表测是工程技术中大量采用的方法， 其优点是测量过程简单而又迅速，但不易达到很高的测量精度。

传感器与检测技术 PPT课件

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• 检测技术随着科学技术的发展而发展。现代工业经历了从手工作坊到机械 化、 自动化的历程，并从自动化向自治化、智能化的目标演化。随着生产设备机 械化、自动化水平的提高，控制对象日益复杂，由于系统中表征设备工作状 态的 状态参数多、参数变化快、子系统不确定性大等特点，从而对检测技术 的要求不 断提高，促进了检测技术水平的不断提高。
• 在测量装置和某些分类机械中，检测是装置和设 备的核心。例如自动分拣机要实现将工件按重量 分别放在不同位置的功能，就必须具有重量检测 单元（见下图）。
2.设备运行状态检测与故障诊断
• 为了保证机电设备安全可靠地运行，经常要求对 主要参数进行监测，如对电源电压、电机功耗或 负载电流、润滑油温度的监测等，其目的是防止 过载造成损 坏。这是一种保护性检测。但是随着 预防性维修的发展，对一些大型关键设备 要求进 行以故障诊断为目的的状态检测，例如，利用检 测振动信号，可监视动力 机械轴承或齿轮的故障， 并通过频率分析确定故障的部位，区分出轴承内 环、外 环或滚珠的故障。数控加工机床可利用切 削力信号、振动信号或声发射信号监 测刀具的工 作状态，当刀具破损或发生严重磨损时，及时发 出报警。
第七章智能传感器（4学时） • 概述 • 智能传感器的系统构成 • 智能传感器的集成技术 • 智能传感器实现的方法 • 智能仪器实例 第八章 传感器信号处理（2学时） • 测量放大器 • 信号的调制与解调 • 滤波器 • 传感器信号的非线性校正
第九章自动检测系统 （4学时） • 自动检测系统的组成 • 模拟量数据采集系统 • 数据采集系统输入接口器件 • 主要特性指标及测定方法 • 虚拟仪器
3.制造质量检测与控制
• 在机械制造过程中，为了保证加工零件的质量而 进行的检测，例如材质检 测、缺陷检测、尺寸及 表面质量检测。基于质量控制的检测又分为在线 检测与离 线检测。离线检测是在加工或装配完成 后对零件或产品进行检测，确定加工零 件是否合 格，剔除不合格零件，或者通过绘制控制图发现 加工过程的异常趋势。 在线检测是在加工或装配 过程中进行检测，例如，外圆磨削自动检测仪可 在磨削 过程中利用气动量仪或电感测头自动检测 工件尺寸，输出检测信息，以对机床进 行补充调 节或供显示报警。

《传感器技术与应用》 ppt课件

《传感器技术与应用》 ppt课件

§ 2.1.1 智能传感器
三、智能传感器的功能
由于智能传感器引入了微处理器进行信息处理、逻辑思维、推理判断 ，使其除了传统传感器的检测功能外，还具有数据处理、数据存储、数据 通信等功能，其功能已经延伸至仪器的领域。具体功能包括：
(1) 自校零、 自标定、 自校正、自适应量程功能； (2) 自补偿功能； (3) 自诊断（自检）功能； (4) 信息处理与数据存储记忆功能； (5) 双向通信和数字输出功能； (6) 组态功能。
§ 2.1.2 模糊传感器
一、模糊传感器概述
模糊传感器是在经典传感器数值测量的基础上经过模糊推理与知识集成，以自 然语言符号的描述形式输出的传感器。具体地说，将被测量值范围划分为若干个区间 ，利用模糊集理论判断被测量值的区间，并用区间中值或相应符号进行表示，这一过 程称为模糊化。对多参数进行综合评价测试时，需要将多个被测量值的相应符号进行 组合模糊判断，最终得出测量结果。模糊传感器的一般结构下图所示。信息的符号表 示与符号信息系统是研究模糊传感器的核心与基石。
普通传感器
信号调理电路 外壳
微处理器 总线接口 数字总线
§ 2.1.1 智能传感器
五、智能传感器的实现
(1) 模块化方式 目前，国内外已有不少此类产品。此类智能传感器各部件可以封装在一个外 壳中，也可分开设置，其集成度不高、体积较大。智能传感器的模块化实现方式 一般采用SMBus总线、RS-232、RS-422、RS-485、USB、CAN等总线，目 前ZigBee、WiFi、蓝牙等无线传输方式也广泛应用于智能传感器。
§ 2.1.3 微传感器
三、典型微传感器
（1）压阻式微传感器 压阻式微压力传感器的原理结构及其截面 分别如右图所示。在硅基框架上形成有硅薄膜 层，通过扩散工艺在该膜层上形成半导体压敏 电阻，并用蒸镀法制成电极，构成电桥。根据 所采用蚀刻工艺不同，压阻式微压力传感器中 的硅膜片可做成圆形或方形结构。膜片一侧与 被测系统相连接，称为“高压腔”，另一侧为 “低压腔”，低压腔可与大气相连，可以参考 气压，也可抽成真空。根据压阻效应，膜片受 压力作用时，在膜片两侧形成压差，导致膜片 变形，引起压敏电阻的阻值变化，经与之相联 的电桥电路可将这种阻值变化转换为电桥输出 电压的变化（一般为几个毫伏）。
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• 若将电桥4臂接入4片应变片，即2个受拉应变，2 个受压应变，将2个应变符号相同的接入相对桥 臂上，构成全桥差动电路。电桥的4个桥臂的电 阻值都发生变化，电桥的输出电压为
•
Uo
RU i R
• 灵敏度为
K Ui
• 全桥差动电路没有非线性误差，电压灵敏度是单 片的4倍，具有温度补偿作用。
2020/8/23
机械应变一般在10 µε～3 000 µε之间，而应变灵敏 度k值较小，因此电阻相对变化是很小的，用一般 测量电阻的仪表是难直接测出来，必须用专门的电 路来测量这种微弱的变化。
2020/8/23
19
1.直流电桥电路
• 直流电桥电路的4个桥臂是由R1、R2、R3、R4组成，其中a、c两
端接直流电压Ui，而b、d两端为输出端，其输出电压为Uo。在测 量前，取R1R3 = R2R4，输出电压为Uo=0。
• YHD型电位器式位移传感器
1—测杆；2—滑线电阻；3—电刷；4—弹簧；5— 滑快；6—导轨；7—外壳；8—无感电阻。
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10
1.2 应变式电阻传感器
• 1.2.1 应变效应和应变式电阻传感器的工作原理 • 应变效应是指导体或半导体材料在受到外界力(拉力或压力)作用时，将
产生机械变形，进而导致其电阻值的变化。 • 当电阻率ρ、长度 和面积s 一定时，物体的电阻与其电 阻率、长度和横截面积之间 的关系，可用式表示为
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20
1.直流电桥电路
• 当桥臂电阻发生变化，在电桥输出端的负载电阻为无限大时，电 桥输出电压可近似表示为
U0
R1
R1
R4 R2
R2
R3
R3 R4
U
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21
1.直流电桥电路
• 一般采用全等臂形式，即R1=R2=R3=R4=R，
Uo
Ui 4
( R1 R1
R2 R2
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Rl
s
11
1.2.2 电阻应变片的种类、材料及 黏贴
电阻丝式应变片基本结构
应变片主要有金属应变片和半导 体应变片两类。金属片有丝式、 箔式、薄膜式3种电阻应变片
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12
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13
应变片的黏贴技术
① 应变片的检查 ② 试件的表面处理 ③ 确定贴片位置 ④ 黏贴应变片 ⑤ 固化处理 ⑥ 粘贴质量检查 ⑦ 引出线的固定与保护 ⑧ 防潮防蚀处理
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28
2 .交流电桥
• 交流电桥平衡调节
由于分布电容的存在，交流信号的频率会影响电桥 的平衡，故在使用之前，要对电桥进行平衡调节。
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29
1.2.6 应变式测力传感器
R3 R3
R4 R4
)
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电桥工作方式
• ① 半桥单臂工作方式 • ② 半桥双臂工作方式 • ③ 全桥4臂工作方式
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23
① 半桥单臂工作方式
• 传感器输出的电阻变化量ΔR只接入电桥的一个桥臂中，在工作时， 其余3个电阻的阻值没有变化（即ΔR2=ΔR3=ΔR4=0）。电桥的输 出电压为
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14
Rl s
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15
1.2.3 电阻应变片的主要特性
• 1. 横向效应
• 2. 机械滞后、零漂和蠕变 • 3. 温度效应
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16
应变片参数
• （1）标准电阻值（R0） • （2）绝缘电阻（RG） • （3）灵敏度系数（K） • （4）应变极限（ξmax） • （5）允许电流（Ie） 允许电流是指应变片允许通过的最大电流。 • （6）机械滞后
4
非线性电位器
• 对角位移式电位器来说，Uа与滑动臂的旋转角度成正比，即
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5
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6
1.1.2 电位器式电阻传感器的基本 特性及误差
• 电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。
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7
1.1.2 电位器式电阻传感器的基本 特性及误差
•阶梯特性及误差
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电桥的线路补偿
• ① 零点补偿 • 要求电桥的4个桥臂电阻值 • 相同是不可能的，这样就使 • 电桥不能满足初始平衡条件 • （即0）。为了解决这 • 一问题，可以在一对桥臂电 • 阻乘积较小的任一桥臂中串 • 联一个可调电阻进行调节补 • 偿。
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2.交流电桥
• 由于供桥电源为交流电源，引线分布电容（ 和 ）使得二桥臂应 变片呈现复阻抗特性。
• 电位器是一种常用的机电元件，广泛应用于各种电器和电子设备 中。它是一种把机械的线位移或角位移输入量转换为与它成一定 函数关系的电阻或电压输出的传感元件，主要用于测量压力、高 度、加速度、航面角等各种参数的测量
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3
1.1.1 电位器式电阻传感器的原理
• 1．线性电位器式传感器
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当电刷在多匝导线上移动时，电位器的阻值和输出 电压不是连续变化，而是阶跃式地变化。
阶梯误差。
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8
1.1.3 电位器式电阻传感器结构与 材料
•1.线绕式电位器 •2. 非线绕式电位器
1) 合成膜电位器 2）金属膜电位器 3) 导电塑料电位器 4) 光电电位器
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9
1.1.4 电位器式位移传感器
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17
1.2.4 电阻应变片的温度误差及补偿
• 电阻应变片由于温度效应引起的误差为温度误差。原因有：电阻丝的电 阻率随温度发生变化；电阻丝和试件的线膨胀系数不同使其产生附加形 变。
1.自补偿法 2. 线路补偿法
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1.2.5 测量电路
• 1.直流电路 • 2.交流电桥
第一章 电阻式传感器
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1
引言
• 电阻式传感器的基本原理是将被测量的变化转换成传感元件电阻 值的变化，再经过转换电路变成电信号输出。
• 常用来测量力、压力、位移、应变、扭矩、加速度等。 • 电阻式传感器的结构简单、性能稳定、灵敏度较高，有的还适合
于动态测量。
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2
1.1 电位器式电阻传感器
• 灵敏度为
Uo
Ui 4
R R
K Ui 4
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24
② 半桥双臂工作方式
• 安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥 相邻桥臂，称为半桥差动电路，电桥的输出电压为
•
• 灵敏度为U o
Ui 2
R R
• 线性关系，温度补偿等优点。
K Ui
2
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25
③ 全桥4臂工作方式