1、第三章 傳感器(sensor)原理及應(yīng)用基礎(chǔ),第三章 傳感器原理及應(yīng)用基礎(chǔ),電氣式傳感 1 電阻式傳感器(resistance sensor) 2 電感式傳感器(inductance sensor) 3 電容式傳感器(capacitance sensor) 4 壓電式傳感器(piezoelectric sensor) 5 磁電式傳感器(magnetic sensor),1 電阻式傳感器(resistance sensor),電阻式傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換 為電阻變化的一種傳感器。 按工作的原理可分為 1.1 變阻器式 1.2 應(yīng)變式 熱電阻(thermal resistance)式：溫度電阻 光敏

2、(photosensitive)式：內(nèi)光電效應(yīng)(internal photoeffect) 磁敏(magnetic sensitive)式：磁阻效應(yīng)(magnetoresistance)（高斯效應(yīng)） 氣敏(gas sensing)式：氣溫度電阻,1.1 變阻器(rheostat)式傳感器,1.1 變阻器式傳感器,1.1 變阻器式傳感器,工作原理 -變阻器總長(zhǎng) -電刷移動(dòng)量 -總電阻 -電刷電阻 -單位長(zhǎng)度電阻值,1.1 變阻器式傳感器,1.1 變阻器式傳感器,后接分壓電路,1.1 變阻器式傳感器,案例：煤氣包儲(chǔ)量檢測(cè) 原理：鋼絲-收線圈數(shù)-電位器(potentiometer)-電阻,1.2 電

3、阻應(yīng)變式傳感器,電阻應(yīng)變片(resistance strain gauge) 工作原理 基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)(strain effect)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值隨著所受機(jī)械變形(伸長(zhǎng)或縮短)的變化而發(fā)生變化象。,1.2 電阻應(yīng)變式傳感器,工作原理 金屬應(yīng)變片的電阻R為 任何一個(gè)參數(shù)變化均會(huì)引起電阻變化,求導(dǎo)數(shù) 代入,1.2 電阻應(yīng)變式傳感器,金屬絲 金屬絲體積不變 有 有 金屬絲應(yīng)變片，導(dǎo)電率不變,1.2 電阻應(yīng)變式傳感器,1.2 電阻應(yīng)變式傳感器,半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì) 壓阻效應(yīng)(piezoresistive effect)：?jiǎn)尉О雽?dǎo)體材料在沿某一軸向受力時(shí)，電阻率發(fā)生變化

4、的現(xiàn)象。 簡(jiǎn)化為 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度大;體積小; 缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片(metal strain gauge )。,-縱向壓阻系數(shù) E-材料的彈性模量(modulus of elasticity),1.2 電阻應(yīng)變式傳感器,電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用：測(cè)力,1.2 電阻應(yīng)變式傳感器,案例：橋梁固有頻率測(cè)量,1.2 電阻應(yīng)變式傳感器,案例：沖床生產(chǎn)記數(shù)和生產(chǎn)過程監(jiān)測(cè),1.2 電阻應(yīng)變式傳感器,案例：振動(dòng)式地音入侵探測(cè)器 適合于金庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)、古建筑的防范，挖墻、打洞、爆破等破壞行為均可及時(shí)發(fā)現(xiàn)。,2 電感式傳感器(inductance sensor),電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理(Pri

5、nciples of electromagnetic induction)，它是把被測(cè)量轉(zhuǎn)化為電感量(inductance)的一種裝置。 分類: 2.1 自感型(self-inductance) 可變磁阻型 渦流式 2.2 互感型(mutual inductance)（差動(dòng)變壓器(differential transformer)）,2.1 自感型(self-inductance)(可變磁阻式),原理:電磁感應(yīng),2.1 自感型(可變磁阻式),靈敏度 (sensitivity) 設(shè)間隙變化范圍,2.1 自感型(可變磁阻式),常用可變磁阻式傳感器 可變導(dǎo)磁面積型 差動(dòng)型 單螺管線圈型 雙螺管線圈差

6、動(dòng)型 差動(dòng)型 可改善非線性特性 擴(kuò)大線性范圍 提高靈敏度,2.1 自感型(可變磁阻式),電感式接近開關(guān)（金屬）,在各類開關(guān)中，有一種對(duì)接近它物件有“感知”能力的元件位移傳感器。 利用位移傳感器對(duì)接近物體的敏感特性達(dá)到控制開關(guān)通或斷的目的，這就是接近開關(guān)。,2.1 自感型(渦流式),工作原理 金屬導(dǎo)體在交流磁場(chǎng)中的渦流效應(yīng)(Eddy current effect )。,2.1 自感型(渦流式),原線圈的等效阻抗(equivalent impedance)Z的變化 因此 改變 可作為位移、振動(dòng)測(cè)量-高頻反射式(High-frequency reflection) 改變 可以作為材質(zhì)鑒別或探傷-低頻

7、透射式(low-frequency transmission),2.1 自感型(渦流式),高頻反射式 低頻透射式,2.1 自感型(渦流式),電渦流傳感器(eddy current sensor)的應(yīng)用,2.1 自感型(渦流式),產(chǎn)品,2.1 自感型(渦流式),轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái),2.1 自感型(渦流式),原理圖,2.1 自感型(渦流式),案例：連續(xù)油管的橢圓度測(cè)量,2.1 自感型(渦流式),案例：無(wú)損探傷(non-destructive inspection) 原理: 裂紋檢測(cè)(crack detection)，缺陷造成渦流變化。,油管檢測(cè),2.2 互感型(差動(dòng)變壓器) (differential transformer),工作原理 互感現(xiàn)象(phenomenon of mutual inductance)。 將被測(cè)位移、轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為線圈的互感的變化。 變壓器。 M-互感，與兩線圈相對(duì)位置及周圍介質(zhì)的導(dǎo)磁能力有關(guān)。,2.2 互感型(差動(dòng)變壓器),螺管型差動(dòng)變壓器,2.2 互感型(差動(dòng)變壓器),差動(dòng)變壓器測(cè)量電路 R用來調(diào)零，消除二個(gè)