第5章机械常用传感器PPT幻灯片

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第4章 常用传感器
概述
2. 传感器的分类
(1)按被测物理量分类 位移传感器,流量传感器,温度传感器等.
(2)按传感器元件的变换原理分类
电阻式,电容式,电感式,压电式,光电式等. (3)按传感器的能量传递方式分类
能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作.
例如:热电偶温度计,压电式加速度计.
能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化.
蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。
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14 14
(4).金属应变计
第4章 常用传感器
电阻传感器
✓ 金属应变计有: 1、丝式 2、箔式 3、薄膜式
✓ 优点:稳定性和温度 特性好.
✓ 缺点:灵敏度系数小.
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应变计
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第4章 常用传感器
应变计
电阻传感器
(5).半导体应变计
温度检测 :-200℃～+500℃
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20 20
第4章 常用传感器
电阻传感器
(2).热敏电阻传感器
热敏电阻在电路中的符号 圆形热敏电阻 柱形热敏电阻 珠形热敏电阻
非线性元件:它的温度-电阻关系是指数关系 温度为-50℃～＋350℃
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(3).光敏电阻传感器
第4章 常用传感器
R A 为材料的总电阻( ); R 0 为固定端至滑块的电阻( )
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第4章 常用传感器
电阻传感器 2.应变式电阻传感器
盖层
基片
引线
敏感栅 粘贴剂
丝式应变片
R l
A
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压阻式
硅薄膜
焊盘 P型扩散压阻
金属导体 N型外延层
P型衬底
腐蚀腔
压阻式微压力传感器结构
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玻璃衬底
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压敏电阻
环境应力
径向应力
参考压力 外加压力
氮化硅 多晶硅
压阻式绝对压ppt课力件 传感器
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电容式 这种类型的微压力传感器以半导体薄膜为敏感 元件，通常由上下电极、绝缘层和衬底构成
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间隙变化型电容式微传感器 利用泰勒级数展开，由麦克劳林公式可得
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略除高阶无穷小项，得 这时传感器的灵敏度和非线性误差分别为
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采用差动电容结构可以大大减小传感器输出的非线性：
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(3)隧道电流敏感原理
在距离十分接近的隧道探针与电极之间加一个偏置电 压，当针尖和电极之间的距离接近纳米量级时，电子就会 穿过两者之间的势垒，形成隧道电流。
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利用半导体光电导效应可制成光敏电阻
其基本原理是辐射时半导体材料中的电荷 载流子（包括电子和空穴）的增殖使其电阻率 发生变化。
光中的光子和固体中吸收光的电子的相互作用 原理在量子物理学中已经比较完善。
微光学传感器已经可以测量出光的强度。具有 强光电效应的固态材料可用作这种传感材料。
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如图所示，当透光性较强的半导体基体A接受光子能量后，
两光敏电阻的连接处可产生电势。产生的电势可以通过电
桥电路中电阻的改变测量出来。
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一种特殊的材料，当有光照时其自身电阻会发生变化。

O
fc2
f
O
fc1
f
O
fc1
fc2
f
O
fc1
fc2
f
（a）低通滤波器 （b）高通滤波器
（c）带通滤波器
（d）带阻滤波器
（1）低通滤波器
低通滤波器从0～fc2频率之间的幅频特性平直，它可以使信号中低于fc2 的频率成分几乎不受衰减地通过，而高于fc2的频率成分受到极大的衰减。
（2）高通滤波器
高通滤波器与低通滤波器相反，在频率fc1～∞之间的幅值特性平直，它 可以使信号中高于fc1的频率成分几乎不受衰减地通过，而低于fc1的频率成
e0
e0
W2
i2
e2 Z 3
Z3
铁芯中无磁通，指零仪 G指零。 种桥路又称为变压器电桥。当 Z1Z3 =
Z2Z4时，电桥平衡，指零仪G指零。
（b）差动变压器式电桥 （a）变压器电桥
O
t
5.2 调制与解调
调制是指利用被测缓变信号来控制或改变高频振荡波的某个参数（幅值、 e
调制信号 频率或相位），使其按被测信号的规律变化，以利于信号的放大与传输。
同，相对桥臂电阻的阻值变化方向相反时，电桥输出反映相减的结果， 这就是电桥的加减特性。
例5-1 桥路温度补偿。如左图a所示试件，欲测量作用在其上的力F时， 采用两片敏感元件材料、原始电阻值和灵敏系数都相同的应变片R1和R2。
R1贴在试件的测点上，R2贴在与试件材质相同的不受力的补偿块上，如左
图b所示。R1和R2处于相同温度场中，并按右图接入电桥的相邻臂上。
A1
y (t )
O
t
u (t )
O
R7
t
A2

华南理工大学广州学院 压电式传感器
压电式传感器是一种可逆型换能器。 机械能电能：可用来测量力、压力、加速度等； 电能机械能：可用于高频振动台、超声发射器、扬声器 等。 主要优点： 体积小； 重量小； 固有频率高（加速度传感器，可测频率范围0.1~20kHz) ； 灵敏度高（加速度传感器，可测10－2～105m· s-2、力，均会引起电容C变化。保 持其中的两个参数不变，仅改变另一参数，即可把该参 数的变化变换成电容量的变化。
分类：根据电容器参数变化的特性，电容式传感器可分为 极距变化型、面积变化型和介质变化型三种，前两种应
用较广。
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（1）极距变化型
极距有一微小变化量dδ时，引起电容变化量dC 为 A
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常用传感器的分类
1、按被测物理量分类 常见的被测物理量 机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 旋转角,转数,质量,重量,力, 压力,真空度,力矩,风速,流速, 流量; 声: 声压,噪声. 磁: 磁通,磁场. 温度: 温度,热量,比热. 光： 亮度，色彩
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q uy Cf
结论： 在一定的条件下，电荷放大器的输出电压与压电传感器产 生的电荷量成正比，且与电缆分布电容无关。因此，采用 电荷放大器，即使连接电缆长度数百米，其灵敏度也无明 显变化，这是电荷放大器的突出优点。
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5、压电式传感器的应用 压电式传感器常用来测量力、压力、振动加速度等，也 用于声学和声发射测量。
主要应用：变化δ，可作为位移、振动测量；变化ρ，
可作为材质鉴别；变化μ，可用于探伤。
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电涡流式传感器应用：动态非接触测量