第三章常用传感器 传感器:工程上通常把直接作用于被测量,能按一定规律将其转换成同种或 别种量值输出的器件。类似于人的感觉器官。 ▲检测装置的性能“瓶颈”:受环境条件的影响、材料特性的限制,通 常是检测装置中性能指标最低的环节。 种类繁多:被测量种类多,信号转换原理多,他们的组合更多。 ▲学习方法:原理→结构→相配合的电路→特点→选用。 第一节传感器的分类 按被测量分类:(1)位移传感器(2)力传感器(3)温度传感器等 按工作原理分类:(1)机械式(2)电气式(3)光学式(4)流体式等 按信号变换特征:(1)物性型(2)结构型 按能量关系分:(1)能量转换型(2)能量控制型 按输出信号分类:(1)模拟式(2)数字式 KDI
第三章 常用传感器 传感器： 工程上通常把直接作用于被测量，能按一定规律将其转换成同种或 别种量值输出的器件。类似于人的感觉器官。 ▲ 种类繁多 ：被测量种类多，信号转换原理多，他们的组合更多。 ▲ 学习方法 ：原理→结构→相配合的电路→特点→选用。 ▲ 检测装置的性能“瓶颈” ：受环境条件的影响、材料特性的限制，通 常是检测装置中性能指标最低的环节。 第一节传感器的分类 按被测量分类： （1）位移传感器 （2）力传感器 （3）温度传感器等 按工作原理分类：（1）机械式 （2）电气式（3）光学式（4）流体式等 按信号变换特征：（1）物性型（2）结构型 按能量关系分: (1）能量转换型（2）能量控制型 按输出信号分类：（1）模拟式（2）数字式 1
物性型传感器:依靠敏感元件材料本身物理化学性质的变化来实现信号的 变换。如水银温度计;石英晶体压电效应。 结构型传感器:是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转换的。如电容、 电感、应变式传感器。 能量转换型(无源)传感器:是直接由被测对象输入能量使其工作的,如 热电偶温度计,弹性压力计。 能量控制型(有源)传感器:从外部供给辅助能量使传感器工作。如把电 阻应变计接于由外部供电的电阻电桥上,被 测量变化引起的电阻变化去控制电桥输出。 参见书中表3-,机械工厂中常用传感器。 另外,传感器可能只一个,也可能几个换能元件组合而成一个小型装置 KDI
物性型传感器: 依靠敏感元件材料本身物理化学性质的变化来实现信号的 变换。如水银温度计；石英晶体压电效应。 结构型传感器: 是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转换的。如电容、 电感、应变式传感器。 能量转换型（无源）传感器: 是直接由被测对象输入能量使其工作的，如 热电偶温度计，弹性压力计。 能量控制型（有源）传感器: 从外部供给辅助能量使传感器工作。如把电 阻应变计接于由外部供电的电阻电桥上，被 测量变化引起的电阻变化去控制电桥输出。 参见书中 表3-1，机械工厂中常用传感器。 另外，传感器可能只一个，也可能几个换能元件组合而成一个小型装置。 2
第二节机械传感器 原理:利用材料的弹性变形特性实现“力—位移”或“应力—应变”的 转换 S=F·J/E E=0/E, 一.直接指示仪表 结构:见图3.3、图34 恰当的机械结构可把力、气压、温度、磁场等直接指示。 优点:(1)结构简单(2)性能稳定(3)使用方便(4)价格低 缺点:(1)分辨力不高(2)不能产生电信号 组合传感器 将弹性元件与能够把位移或应变转换成电信号的元件组合,构成多种类型 的传感器,如荷重传感器、压力传感器、声音传感器等,是一种常用的传感器 形式。这类组合传感器的性能主要取决于弹性体的品质。 线性度误差、回程误差可达万分之 KDI
3 第二节 机械传感器 原理：利用材料的弹性变形特性实现 “力——位移” 或 “应力——应变”的 转换 S=F·J/E ， ε=σ/E ， 一. 直接指示仪表 优点：（1）结构简单 （2）性能稳定 （3）使用方便 （4）价格低 缺点：（1）分辨力不高 （2）不能产生电信号 结构：见图3.3、图3.4。 恰当的机械结构可把力、气压、温度、磁场等直接指示。 二. 组合传感器 将弹性元件与能够把位移或应变转换成电信号的元件组合，构成多种类型 的传感器，如荷重传感器、压力传感器、声音传感器等，是一种常用的传感器 形式。这类组合传感器的性能主要取决于弹性体的品质。 线性度误差、回程误差可达万分之一
第三节电阻式传感器 电阻式传感器是一种把被测量转换为电阻变化的传感器。 电阻值公式为 R 式中: 电阻率;l电阻丝长度44电阻丝截面积。使得p、1、A 其中之一随被测量变化,都使电阻值产生相应的变化,构成传感器。 结构分类:(1)变阻器式(2)电阻应变式 .变阻器式传感器(电位差计式) 电阻丝长度l是电位器触头位置的函数,把位移转换为电阻的变化 优点:(1)结构简单(2)性能稳定(3)使用方便 缺点:(1)分辨力不高(2)躁声较大 分类:(1)直线位移型(2)角位移型(3)非线性型如图35所示 KDI
4 第三节电阻式传感器 电阻式传感器——是一种把被测量转换为电阻变化的传感器。 一．变阻器式传感器（电位差计式） 电阻丝长度 l是电位器触头位置的函数，把位移转换为电阻的变化。 电阻值公式为 A l R = 分类：（1）直线位移型 （2）角位移型 （3）非线性型 如图3—5 所示 优点：（1）结构简单 （2）性能稳定 （3）使用方便 缺点：（1）分辨力不高 （2）躁声较大 式中：ρ——电阻率； l——电阻丝长度； A——电阻丝截面积。使得ρ、l、A 其中之一随被测量变化，都使电阻值产生相应的变化，构成传感器。 结构分类：（1）变阻器式 （2）电阻应变式
变阻器式传感器后接电路 见图3-,设R。变阻器总电阻;xn变阻器总长度;R,后接电路输入电阻 由于直线位移型电阻与位移的线性关系,设R′为xn-x段电阻 R R 有比例关系 R P+ R,(I 由分压电路0R+R1+%1+ Bp (3-3) 讨论:(1)当x=xn时UR (2)当x=0时U, R+Rp (3)为减小后接电路影响,应使R>R(减小负载效应) KDI
变阻器式传感器后接电路 见图3-6，设Rp—变阻器总电阻；xp—变阻器总长度；Rl—后接电路输入电阻 由于直线位移型电阻与位移的线性关系，设 R′为 xp – x 段电阻 有比例关系 x x R x R p p p − = ' → (1 ) ( ) ' p p p p p x x R x R x x R = − − = 由分压电路 1 1 (1 ) 0 0 ' 0 ' l p p l x x R R R R l l y U U R R U R U + − = + = + = （3-3） 讨论：（1）当 时 （2）当 时 p x = x U y U0 = x = 0 l p l y R R U R U + = 0 （3）为减小后接电路影响，应使 Rl >> Rp （减小负载效应） 5