常見(jiàn)傳感器原理及應(yīng)用課件.pptx
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1、第三章 傳感檢測(cè)系統(tǒng),機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì),3.3 常見(jiàn)傳感器原理及應(yīng)用,電阻式傳感器,光電式傳感器,壓電式傳感器,電感式傳感器,電容式傳感器,半導(dǎo)體式傳感器,熱電偶式傳感器,3.3.1 電阻式傳感器,Resistive transducer,將被測(cè)量變化轉(zhuǎn)換成電阻變化的傳感器。,位移、力、壓力、加速度、扭矩等,3.3.1.1 電位器式傳感器,Potentiometric transducer,利用加激勵(lì)的電阻體上可動(dòng)觸點(diǎn)位置的變化,將被測(cè)量變化轉(zhuǎn)換成電壓比變化的傳感器。,由電阻元件、電刷、骨架等組成。,繞線式電位器,線性線繞式電位器示意圖,Ui為工作電壓,U0為RL兩端的輸出電壓,x為線繞式電
2、位器電刷移動(dòng)長(zhǎng)度,L為其總長(zhǎng)度,對(duì)應(yīng)于電刷移動(dòng)量x的阻值為Rx。,繞線式電位器的結(jié)構(gòu),線繞式電位器,電位器式傳感器的應(yīng)用,航空飛行高度傳感器,在測(cè)量比較小的位移時(shí),可將線位移變換成角位移。,測(cè)小位移傳感器示意圖,電位器式傳感器的應(yīng)用,測(cè)小位移,電位器式傳感器的應(yīng)用,測(cè)加速度,慣性質(zhì)量塊在被測(cè)加速度的作用下,使片狀彈簧產(chǎn)生正比于被測(cè)加速度的位移,從而引起電刷在電位器的電阻元件上滑動(dòng),輸出一與加速度成比例的電壓信號(hào)。,電位器式加速度傳感器示意圖,基于電位器的線性/角位移傳感器模型,若 ,則傳感器可線性化; 其中: 是線性位移。將上式中的 和 換成角度值后,可以用于角度測(cè)量。,3.3.1.2 應(yīng)變式
3、傳感器,電阻應(yīng)變傳感器是一種利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。,任何非電量能轉(zhuǎn)化為應(yīng)變量,應(yīng)變片,當(dāng)受到外力時(shí),導(dǎo)體變長(zhǎng)變細(xì),電阻增加,R-R+R,應(yīng)變式傳感器,電阻應(yīng)變傳感器由彈性敏感元件、電阻應(yīng)變片和測(cè)量電路組成。,傳感器由在彈性元件上粘貼電阻應(yīng)變敏感元件構(gòu)成。當(dāng)被測(cè)量物理量作用在彈性元件上時(shí),彈性元件的變形引起應(yīng)變敏感元件的阻值變化,通過(guò)轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)變成電量輸出,電量變化的大小反映了被測(cè)物理量的大小。,常見(jiàn)電阻 應(yīng)變片,(a)金屬線,(b)金屬箔,(c)半導(dǎo)體,電阻應(yīng)變片是應(yīng)變測(cè)量的關(guān)鍵元件,為適應(yīng)各種領(lǐng)域測(cè)量的需要,可供選擇的電阻應(yīng)變片的種類很多,常用的有絲式、箔式和半導(dǎo)體
4、式。,應(yīng)變式電阻傳感器的應(yīng)用,1. 應(yīng)變式力傳感器,F,F,應(yīng)變式電阻傳感器的應(yīng)用,電子天平的精度可達(dá)十萬(wàn)分之一。,2. 電子天平,吊鉤秤,3.3.2 電容式傳感器,Capacitive transducer,將被測(cè)量變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的傳感器。它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電容器。其最常用的形式是由兩個(gè)平行電極組成、極間以空氣為介質(zhì)的電容器。 可以應(yīng)用于位移、振動(dòng)、角度、加速度等參數(shù)的測(cè)量中。,電容傳感器的理想公式為,極板間距離;極板面積;電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù) 相對(duì)介電常數(shù),電容式傳感器工作原理及結(jié)構(gòu)形式,,真空的介電常數(shù)。,1變極距式電容傳感器,變極距式電容傳感器原理動(dòng)畫演示,設(shè)和A
5、不變,初始狀極距為d0時(shí),電容器容量為C0。若動(dòng)極板有位移,使極板間距離減小x,則電容則增大到 cx。,2變面積式電容式傳感器,3變介電常數(shù)電容式傳感器,變介電常數(shù)電容式傳感器原理動(dòng)畫演示,電容傳感器的應(yīng)用,電容傳感器聲波測(cè)量動(dòng)畫演示,1聲波測(cè)量,電容式壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖,2壓力測(cè)量,高壓側(cè)進(jìn)氣口,低壓側(cè)進(jìn)氣口,電子線路位置,內(nèi)部不銹鋼膜片的位置,電容式差壓變送器外形圖,3數(shù)字無(wú)損耗信號(hào)傳輸,利用單晶硅諧振傳感器,采用微電子表面加工技術(shù),保證0.2%的測(cè)量精度,可實(shí)現(xiàn)抵制靜壓、溫飄對(duì)其影響。,電容傳感器加速度測(cè)量動(dòng)畫演示,4加速度測(cè)量,硅微加工電容加速度傳感器,電容式硅微加速度傳感器是一種重要的
6、慣性傳感器,是慣性測(cè)量組合系統(tǒng)的基礎(chǔ)元件之一。它與傳統(tǒng)的加速度計(jì)相比具有重量輕,成本低,功耗小,體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)。,5電容式指紋傳感器,3.3.3 接近開(kāi)關(guān),接近開(kāi)關(guān)又稱無(wú)觸點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)。它能在一定的距離(幾毫米至幾十毫米)內(nèi)檢測(cè)有無(wú)物體靠近。當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時(shí),就可以發(fā)出“動(dòng)作”信號(hào)。,接近開(kāi)關(guān)的核心部分是“感辨頭”,它對(duì)正在接近的物體有很高的感辨能力。,接近開(kāi)關(guān)外形,接近開(kāi)關(guān)外形(續(xù)),接近開(kāi)關(guān)分類,只對(duì)導(dǎo)磁物體起作用,對(duì)接地的金屬起作用,只對(duì)導(dǎo)電良好的金屬起作用,對(duì)磁性物體起作用,接近開(kāi)關(guān)的特點(diǎn),接近開(kāi)關(guān)與被測(cè)物不接觸、不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械磨損和疲勞損傷、工作壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快、無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花
7、、無(wú)噪聲、防潮、防塵、防爆性能較好、輸出信號(hào)負(fù)載能力強(qiáng)、體積小、安裝、調(diào)整方便。,缺點(diǎn)是觸點(diǎn)容量較小、輸出短路時(shí)易燒毀。,3.3.4 差動(dòng)變壓器,線圈和磁芯完全線性便宜耐用有“中心位置”用于執(zhí)行器 通常嵌入使用低非線性大位移,LVDT結(jié)構(gòu)示意圖和電原理圖,LVDT,LVDT 是線性可變差動(dòng)變壓器(Linear Variable Differential Transformer)。LVDT 位移傳感器的工作原理簡(jiǎn)單地說(shuō)是鐵芯 可動(dòng)變壓器。,1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠,壽命長(zhǎng),線性度好,重復(fù)性好,性能價(jià)格比高。2.精度:最高精度可達(dá)0.05%,一般為0.25%、0.5%。3.絕對(duì)誤差:最高可達(dá)0.1m
8、。4.重復(fù)性:好,最高可達(dá)0.1m。5.靈敏度:高,一般每mm位移輸出為數(shù)百mv, 最高可達(dá)幾伏。6.分辨率:高,一般為0.1m,最高可達(dá)10-4m。7.測(cè)量范圍:寬,0.1mm500mm甚至更大。8.工作溫度范圍:大,一般為-55+150可擴(kuò)展到+300,傳感器或變送器分為三級(jí): 商業(yè)級(jí):0+70 工業(yè)級(jí):-40+85 軍 級(jí):-55+125 9.時(shí)間常數(shù)小,動(dòng)態(tài)特性好,頻帶寬一般為200HZ(5ms)最高可 500HZ(2ms)。,LVDT特點(diǎn),5. 體積小,價(jià)格低,性能價(jià)格比高。,1. 動(dòng)態(tài)特性好,可用于高速在線檢測(cè),進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量,自 動(dòng)控制。光柵、磁柵等測(cè)量速度一般為1.5m/s以內(nèi),
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