傳感器原理概述資料實(shí)用教案

1、傳感器的定義傳感器的定義(dngy)與組成與組成第1頁(yè)/共28頁(yè)第一頁(yè)，共29頁(yè)。傳感器的定義傳感器的定義(dngy)與組成與組成電量電量(dinling)電參數(shù)(cnsh)和電量 第2頁(yè)/共28頁(yè)第二頁(yè)，共29頁(yè)。傳感器的分類傳感器的分類(fn li)第3頁(yè)/共28頁(yè)第三頁(yè)，共29頁(yè)。傳感器的分類傳感器的分類(fn li)敏感元件將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為中間變量，如膜片、環(huán)的變形等；敏感元件將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為中間變量，如膜片、環(huán)的變形等；變換器（在輔助電源作用下）將中間變量轉(zhuǎn)換為電量變化，如應(yīng)變變換器（在輔助電源作用下）將中間變量轉(zhuǎn)換為電量變化，如應(yīng)變(yngbin)式電阻變換器。式電阻變換器。結(jié)構(gòu)型

2、敏感元件或彈性元件變換器物性型無中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，如熱敏電阻第4頁(yè)/共28頁(yè)第四頁(yè)，共29頁(yè)。傳感器的分類傳感器的分類(fn li)能量轉(zhuǎn)換型（自源型）能量控制型（外源型）第5頁(yè)/共28頁(yè)第五頁(yè)，共29頁(yè)。傳感器的分類傳感器的分類(fn li)(5) 按傳感器輸出量分為電量型、電參數(shù)型：電量電壓、電流、電荷(dinh)；電參數(shù)電阻、電感、電容、互感第6頁(yè)/共28頁(yè)第六頁(yè)，共29頁(yè)。1）容量輸入信號(hào)工作范圍或量程；2）驅(qū)動(dòng)輸出的負(fù)載能力(nngl)（包括數(shù)字輸出接口）、電氣、機(jī)械特性 3）靜態(tài)特性指標(biāo)線性度、靈敏度、分辨率、遲滯、重復(fù)性、穩(wěn)定性等； 4）動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)固有頻率、阻尼比、時(shí)間常數(shù)等；5）

3、可靠性工作壽命、故障率、絕緣、耐壓、耐溫等；6）對(duì)環(huán)境要求的指標(biāo)工作溫度范圍、抗潮濕、抗電磁干擾、抗沖振要求等；7）使用配電要求供電方式、安裝方式、輸入輸出阻抗等。傳感器的常用傳感器的常用(chn yn)技術(shù)性能指標(biāo)技術(shù)性能指標(biāo)第7頁(yè)/共28頁(yè)第七頁(yè)，共29頁(yè)。2）高精度、高可靠性、無遲滯(chzh)性、工作壽命長(zhǎng)（耐用性）3）高響應(yīng)(xingyng)速率、可重復(fù)性、抗老化、抗環(huán)境影響（熱、振動(dòng)、酸、堿、空氣、水、塵埃）的能力4）選擇性、安全性（傳感器應(yīng)是無污染的） 、互換性、低成本5）寬測(cè)量范圍、小尺寸(ch cun)、重量輕和高強(qiáng)度、寬工作溫度范圍1）高靈敏度、線性、抗干擾的穩(wěn)定性（對(duì)噪聲

4、不敏感）、容易調(diào)節(jié)（校準(zhǔn)簡(jiǎn)易） 傳感器性能的基本要求傳感器性能的基本要求第8頁(yè)/共28頁(yè)第八頁(yè)，共29頁(yè)。彈性彈性(tnxng)敏感元件敏感元件第9頁(yè)/共28頁(yè)第九頁(yè)，共29頁(yè)。彈性彈性(tnxng)敏感元件敏感元件 彈性模量、剛度的關(guān)系彈性模量、剛度的關(guān)系 金屬在彈性范圍內(nèi)，外力和變形成金屬在彈性范圍內(nèi)，外力和變形成(xngchng)比例地增長(zhǎng)，即應(yīng)力與應(yīng)變成比例地增長(zhǎng)，即應(yīng)力與應(yīng)變成正比例關(guān)系時(shí)（符合虎克定理），這個(gè)比例系正比例關(guān)系時(shí)（符合虎克定理），這個(gè)比例系數(shù)就稱為彈性模量，根據(jù)應(yīng)力，應(yīng)變的性質(zhì)通數(shù)就稱為彈性模量，根據(jù)應(yīng)力，應(yīng)變的性質(zhì)通常又分為：彈性模量和切變模量，彈性模量的常又分為：

5、彈性模量和切變模量，彈性模量的大小，相當(dāng)于引起物體單位變形時(shí)所需應(yīng)力之大小，相當(dāng)于引起物體單位變形時(shí)所需應(yīng)力之大小，是衡量材料剛度的指標(biāo)，彈性模量愈大，大小，是衡量材料剛度的指標(biāo)，彈性模量愈大，剛度也愈大。剛度也愈大。第10頁(yè)/共28頁(yè)第十頁(yè)，共29頁(yè)。彈性彈性(tnxng)敏感元件的基本特性敏感元件的基本特性第11頁(yè)/共28頁(yè)第十一頁(yè)，共29頁(yè)。彈性敏感元件的基本彈性敏感元件的基本(jbn)特性特性第12頁(yè)/共28頁(yè)第十二頁(yè)，共29頁(yè)。emk 彈性敏感元件的剛度彈性敏感元件的剛度 其等效振動(dòng)其等效振動(dòng)(zhndng)質(zhì)質(zhì)量量上式為固有頻率估算( sun)式，其中彈性彈性(tnxng)敏感元件

6、的基本特性敏感元件的基本特性第13頁(yè)/共28頁(yè)第十三頁(yè)，共29頁(yè)。A諧振狀態(tài)下的振幅諧振狀態(tài)下的振幅(zhnf)A0靜態(tài)振幅靜態(tài)振幅(zhnf) (=K)彈性敏感元件的基本彈性敏感元件的基本(jbn)特性特性2()21nKA第14頁(yè)/共28頁(yè)第十四頁(yè)，共29頁(yè)。彈性敏感元件的基本彈性敏感元件的基本(jbn)特性特性第15頁(yè)/共28頁(yè)第十五頁(yè)，共29頁(yè)。彈性彈性(tnxng)敏感元件的材料敏感元件的材料第16頁(yè)/共28頁(yè)第十六頁(yè)，共29頁(yè)。彈性彈性(tnxng)敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性F被測(cè)作用力，被測(cè)作用力，E材料的彈性模量，材料的彈性模量，A橫截面積，橫截面積，材料的

7、泊松系數(shù)，材料的泊松系數(shù)，材料的密度，材料的密度，l柱式彈性元件的長(zhǎng)度柱式彈性元件的長(zhǎng)度 柱式彈性敏感元件主要用柱式彈性敏感元件主要用于電阻于電阻(dinz)應(yīng)變式拉（壓）應(yīng)變式拉（壓）力等傳感器。力等傳感器。第17頁(yè)/共28頁(yè)第十七頁(yè)，共29頁(yè)。在梁的根部（x=0），應(yīng)變最大，在x=l處應(yīng)變?yōu)榱?；梁的上下表面?yīng)變性質(zhì)(xngzh)相反。彈性彈性(tnxng)敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性2）梁式彈性(tnxng)敏感元件 (a) 等截面梁等截面梁 第18頁(yè)/共28頁(yè)第十八頁(yè)，共29頁(yè)。彈性彈性(tnxng)敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性2）梁式彈性(tnx

8、ng)敏感元件 梁的截面成等腰三角形，集中力F作用在三角形頂點(diǎn)。梁內(nèi)各橫截面產(chǎn)生(chnshng)的應(yīng)力是相等的，表面上任意位置的應(yīng)變也相等 。 用梁式彈性元件制作的力用梁式彈性元件制作的力傳感器適于測(cè)量傳感器適于測(cè)量5,000N以下的以下的載荷，最小可測(cè)約載荷，最小可測(cè)約0.01N的力。的力。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，靈敏度高，常用于小壓力易，靈敏度高，常用于小壓力測(cè)量中。測(cè)量中。 (b) 等強(qiáng)度梁等強(qiáng)度梁 第19頁(yè)/共28頁(yè)第十九頁(yè)，共29頁(yè)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單(jindn)，靈敏度高，多用于較小力的測(cè)量。以應(yīng)變或自由端的位移作為輸出量。 實(shí)際應(yīng)用中常采用特殊形狀的梁式

9、彈性元件，如雙孔梁、實(shí)際應(yīng)用中常采用特殊形狀的梁式彈性元件，如雙孔梁、S形元件等，克服了力的作用點(diǎn)移動(dòng)或受側(cè)向力作用的影響，形元件等，克服了力的作用點(diǎn)移動(dòng)或受側(cè)向力作用的影響，有效改善了梁的特性，多用于高精度測(cè)量有效改善了梁的特性，多用于高精度測(cè)量(cling)，如工業(yè)，如工業(yè)電子稱等。電子稱等。彈性彈性(tnxng)敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性第20頁(yè)/共28頁(yè)第二十頁(yè)，共29頁(yè)。3）環(huán)式彈性(tnxng)敏感元件 圓環(huán)受力后較容易圓環(huán)受力后較容易(rngy)變形，因此多用于測(cè)量變形，因此多用于測(cè)量較小的力。為了提高圓環(huán)的剛度和抗過載能力，改善非較小的力。為了提高圓環(huán)的剛

10、度和抗過載能力，改善非線性，實(shí)際應(yīng)用中常采用變截面圓環(huán)。線性，實(shí)際應(yīng)用中常采用變截面圓環(huán)。彈性彈性(tnxng)敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性第21頁(yè)/共28頁(yè)第二十一頁(yè)，共29頁(yè)。4）扭轉(zhuǎn)(nizhun)軸測(cè)量扭矩 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)(nizhun)軸專門用于扭軸專門用于扭距測(cè)量距測(cè)量彈性敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)彈性敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)(l xu)特性特性5）膜片壓力測(cè)量 當(dāng)模片受到壓力時(shí)，將彎向當(dāng)模片受到壓力時(shí)，將彎向壓力低的一面，從而將壓力壓力低的一面，從而將壓力變換為薄板的位移或應(yīng)變。變換為薄板的位移或應(yīng)變。第22頁(yè)/共28頁(yè)第二十二頁(yè)，共29頁(yè)。6）薄壁圓筒壁厚和筒徑之比1/20

11、結(jié)構(gòu)(jigu)簡(jiǎn)單，剛度好，多用于較大壓力測(cè)量。彈性敏感元件的結(jié)構(gòu)彈性敏感元件的結(jié)構(gòu)(jigu)與力學(xué)特性與力學(xué)特性第23頁(yè)/共28頁(yè)第二十三頁(yè)，共29頁(yè)。7）彈簧(tnhung)管和波紋管 自由端的位移與管內(nèi)(un ni)壓力成線性關(guān)系。將管內(nèi)壓力或軸向力轉(zhuǎn)換(zhunhun)為波紋管的形變（拉伸或壓縮）。彈性敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性彈性敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性第24頁(yè)/共28頁(yè)第二十四頁(yè)，共29頁(yè)。彈簧彈簧(tnhung)管壓力表的結(jié)構(gòu)和原理圖管壓力表的結(jié)構(gòu)和原理圖 1彈簧管；彈簧管；2拉桿；拉桿；3扇形齒輪；扇形齒輪；4中心小齒輪；中心小齒輪；5指針；指針；6面面板板(min bn)；7游絲；游絲；8調(diào)整螺釘；調(diào)整螺釘；9接頭接頭第25頁(yè)/共28頁(yè)第二十五頁(yè)，共29頁(yè)。彈性敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)彈性敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)(l xu)特性特性應(yīng)變應(yīng)變(yngbin)片片第26頁(yè)/共28頁(yè)第二十六頁(yè)，共29頁(yè)。第27頁(yè)/共28頁(yè)第二十七頁(yè)，共29頁(yè)。Xian Jiaotong University謝謝您的觀看(gunkn)！第28頁(yè)/共28頁(yè)第二十八頁(yè)，共29頁(yè)。NoImage內(nèi)容(nirng)總結(jié)傳感器的定義與組成。變換器（在輔助電源作用下）將中間變