第二章:检测转换原理 如前所述,测试系统的首要环节是担负将被测物理量转换成电量 的传感!由于被转换的被测非电量干差万别,因此起转换作用的 传感器种类繁多甚至是“日新月异”,其检测转换原理涉及多种学科 物理学、化学、材料学甚至生物学不一而足目前,传感器技术是 非常活跃的新兴技术 为了研究与应用传感器,常把传感器按照不同目的进行相应的分 类
第二章：检测转换原理 如前所述，测试系统的首要环节是担负将被测物理量转换成电量 的传感器! 由于被转换的被测非电量千差万别，因此起转换作用的 传感器种类繁多甚至是“日新月异”，其检测转换原理涉及多种学科： 物理学、化学、材料学甚至生物学不一而足.目前,传感器技术是一门 非常活跃的新兴技术. 为了研究与应用传感器，常把传感器按照不同目的进行相应的分 类
检测转换原理 協球 (1)按转换原理所属的学科分类: 物理型:利用物理效应 化学型利用化学反应 生物型利用生物效应和机体部分组织及微生物 (2)按传感的构成原理分类 结构型:由被测量的作用使传感器的结构参数发生变化而造成其输岀变化 物性型:由构成传感的材料物性随被测量变化而造成其输出变化 (3)按转换结果量值性质分类: 模拟量 数字量 (4)按传感器的用途与被转换量属性分类 过程量 温度、流体压力、流体流量等 机械量: 尺寸、位移、速度、加速度、力、转矩、振动等 物性和成分量: 密度、比重、酸硷度、浓度、黏度等 太昌 颜色、透明度、粗糙度等 (5)按转换输出的电量类型分类 电路参数:如电阻、电容、电感等 电参数 如电荷、电流、电压、电势等
检测转换原理 概述 (1)按转换原理所属的学科分类: 物理型:利用物理效应 化学型:利用化学反应 生物型:利用生物效应和机体部分组织及微生物 (2)按传感的构成原理分类: 结构型:由被测量的作用使传感器的结构参数发生变化而造成其输出变化 物性型:由构成传感器的材料物性随被测量变化而造成其输出变化 (3)按转换结果量值性质分类: 模拟量 数字量 (4)按传感器的用途与被转换量属性分类: 过程量: 温度、流体压力、流体流量等 机械量: 尺寸、位移、速度、加速度、力、转矩、振动等 物性和成分量: 密度、比重、酸硷度、浓度、黏度等 状态量: 颜色、透明度、粗糙度等 (5)按转换输出的电量类型分类: 电路参数: 如电阻、电容、电感等 电参数: 如电荷、电流、电压、电势等
检测转换原理 協球 上述分类方法的考察角度不同,前3种是从传感器设计角度出发第 4种面向传感器的选用而第5种分类方法则傾于学习 本章按照传感器转换输出的电量类型依次介绍: 电阻式传感器 电容式传感器 电感式传感器 电势型传感器
检测转换原理 概述 上述分类方法的考察角度不同,前3种是从传感器设计角度出发,第 4种面向传感器的选用,而第5种分类方法则便于学习. 本章按照传感器转换输出的电量类型依次介绍: 电阻式传感器 电容式传感器 电感式传感器 电势型传感器
21电阻型传感器 2.1.2概述 电阻型传感器将被测非电量转换成电路参数电阻R,转换机理: 1.导体电阻,由R=尸。,被测非电量只要能使导体的长度,截面、 电阻率随其而变,那么依椐此式即可转换成电量R 例如 滑线变阻器(变长度 碳堆电阻(变截面 热敏电阻(变电阻率 应变电阻 者都变) 2.利用材料 半导体材料)的某些特殊物理特性,可以直接将被测物理量 的变化转换为材料电阻变化 例如: 磁阻效应 磁敏电阻 光电导效应 光敏电阻 等等 本节内容只介绍应变式电阻传感器,其他待后续章节讨论
2.1 电阻型传感器 ２.１.2 概述 电阻型传感器将被测非电量转换成电路参数电阻R，转换机理: 1．导体电阻, 由 ，被测非电量只要能使导体的长度 ，截面、 电阻率 随其而变，那么依椐此式即可转换成电量R。 例如: 滑线变阻器 (变长度） 碳堆电阻 (变截面） 热敏电阻 (变电阻率） 应变电阻 (三者都变） ２．利用材料（特别是半导体材料）的某些特殊物理特性，可以直接将被测物理量 的变化转换为材料电阻变化. 例如： 磁阻效应 磁敏电阻 光电导效应 光敏电阻 等等 本节内容只介绍应变式电阻传感器，其他待后续章节讨论 S l R =
2.1.2应变式电阻传感器 应变式电阻传感餐俗称”应变片,依其所用材料不同分为金属导体 代两类 1.工作原理: 1).金属导体式应变电阻的工作原理 由R=p全微分有 dr dR/R为电限距对变化 R 对直径为D的圆形截面金属导线,其截面面积mD2 将dS=代 有 dr dl dd dp D 其中:2=,纵向应变 金属导线发生应变时几何形状变化 A)向应变 a阻率相对变化因压阻效应所致源于自由电子的 活动能力和数量变
２.１.2应变式电阻传感器 应变式电阻传感器俗称”应变片” ,依其所用材料不同分为金属导体 式和半导体式两类。 1. 工作原理: 1）. 金属导体式应变电阻的工作原理： 由 ,取全微分有: dR/R为电阻相对变化 对直径为D的圆形截面金属导线，其截面面积 将 代入 有: 其中： —纵向应变 金属导线发生应变时几何形状变化 —横向应变 —电阻率相对变化, 因压阻效应所致，源于自由电子的 活动能力和数量变化 S l R = d S dS l dl R dR = − + 4 2 D S = D dD dS = 2 d D dD l dl R dR = − 2 + l dl ε x = D dD y = ρ dρ