第3章常用傳感器與敏感元件_3

1、車輛測試技術(shù)第第3 3章章 常用傳感器與敏感元件常用傳感器與敏感元件車輛測試技術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 常用傳感器分類常用傳感器分類1. 1. 傳感器定義傳感器定義 傳感器是借助檢測元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換成另傳感器是借助檢測元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。一種信息的裝置。 物理量物理量電量電量 目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號大多為電信號。因而從目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號大多為電信號。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換成電信狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。號的裝置。2. 2. 傳感器的構(gòu)成傳感器的構(gòu)成 傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用是傳感器由敏

2、感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用是感受被測物理量，并對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對感受被測物理量，并對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號進(jìn)行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀敏感器件輸出的電信號進(jìn)行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。表接入。 dV車輛測試技術(shù)3. 3. 傳感器的分類傳感器的分類1)1)按被測物理量分類按被測物理量分類常見的被測物理量常見的被測物理量機(jī)械量機(jī)械量: :長度長度, ,厚度厚度, ,位移位移, ,速度速度, ,加速度加速度, , 旋轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)角, ,轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)數(shù), ,質(zhì)量質(zhì)量, ,重量重量, ,力力, , 壓力壓力, ,真空度真空度, ,力矩力矩, ,

3、風(fēng)速風(fēng)速, ,流速流速, , 流量流量; ;聲聲: : 聲壓聲壓, ,噪聲噪聲. .磁磁: : 磁通磁通, ,磁場磁場. .溫度溫度: : 溫度溫度, ,熱量熱量, ,比熱比熱. .光：光： 亮度，色彩亮度，色彩車輛測試技術(shù)機(jī)械式機(jī)械式, ,電氣式電氣式, ,光學(xué)式光學(xué)式, ,流體式等流體式等. .2)2)按工作的物理基礎(chǔ)分類按工作的物理基礎(chǔ)分類: :車輛測試技術(shù)能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型. .3)3)按信號變換特征按信號變換特征: :能量轉(zhuǎn)換型能量轉(zhuǎn)換型: :直接由被測對象輸入能量使其工作直接由被測對象輸入能量使其工作. . 例如例如: :熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì), ,壓電

4、式加速度計(jì)壓電式加速度計(jì). .能量控制型能量控制型: :從外部供給能量并由被測量控制外部從外部供給能量并由被測量控制外部 供給能量的變化供給能量的變化. .例如例如: :電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片. .車輛測試技術(shù)4)4)按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系: :物性型物性型: :依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來 實(shí)現(xiàn)信號變換實(shí)現(xiàn)信號變換. .如如: :水銀溫度計(jì)水銀溫度計(jì). .結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型: :依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變. . 例如例如: :電容式和電感式傳感器電容式和電感式傳感器

5、. .車輛測試技術(shù)第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)械式傳感器及儀器機(jī)械式傳感器及儀器微型探測開關(guān)測力計(jì)壓力計(jì)溫度計(jì) 機(jī)械式傳感器常常以彈性體為傳感器的敏感元件，其輸入量可以是力、壓力溫度等物理量，而輸出則為彈性元件本身的彈性變形（或應(yīng)變）。車輛測試技術(shù)一、一、 電阻式傳感器電阻式傳感器 電阻式傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換為電阻式傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換為電阻變化電阻變化的一的一種傳感器種傳感器, , 按工作的原理可分為按工作的原理可分為: :變阻器式變阻器式、電阻應(yīng)變式電阻應(yīng)變式兩兩類。類。第三節(jié)第三節(jié) 電阻、電容與電感式傳感器電阻、電容與電感式傳感器車輛測試技術(shù)1 1、變阻器式傳感器、變阻器式傳感器SxRxxRppo

6、.constAdxdRSo spLppoexxRRxxe)1(1 1 1）工作原理）工作原理車輛測試技術(shù)2 2）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)車輛測試技術(shù) 金屬導(dǎo)體材料金屬導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形（應(yīng)變），其電阻值發(fā)生相機(jī)械變形（應(yīng)變），其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化的現(xiàn)象稱為應(yīng)變化的現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)電阻應(yīng)變效應(yīng)。 1 1）電阻應(yīng)變效應(yīng)與壓阻效應(yīng)）電阻應(yīng)變效應(yīng)與壓阻效應(yīng) 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)變，導(dǎo)體的導(dǎo)電性能（電阻率）發(fā)生變，導(dǎo)體的導(dǎo)電性能（電阻率）發(fā)生了相應(yīng)變化，從而使電阻值也發(fā)生變了相應(yīng)變化，從而使電阻值也發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為化，這一現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體材料的

7、效應(yīng)半導(dǎo)體材料的效應(yīng)。 2 2、電阻應(yīng)變式傳感器、電阻應(yīng)變式傳感器車輛測試技術(shù)a)a)電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器ALR dAdALdLRdR )21()21(ELdLERdR ERdRLdLRdRS )21( SRdR 1)工作原理工作原理應(yīng)變片的靈敏度應(yīng)變片的靈敏度式中：式中：:電阻率電阻率:泊松比泊松比:壓阻系數(shù)壓阻系數(shù)E E : :彈性模量彈性模量車輛測試技術(shù) 金屬電阻應(yīng)變片金屬電阻應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)為主應(yīng)變效應(yīng)為主E 21 21 S（多在（多在1.73.6之間）之間） 半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片 21 EES （多在（多在60150之間）之間） 半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度高、體積小，但溫度穩(wěn)

8、定性和半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度高、體積小，但溫度穩(wěn)定性和重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片，非線性誤差大。重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片，非線性誤差大。壓阻效應(yīng)為主壓阻效應(yīng)為主車輛測試技術(shù)2)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu) 車輛測試技術(shù)半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu) 車輛測試技術(shù) 金屬絲電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的主要區(qū)別： 前者利用導(dǎo)體形變引起電阻的變化，后者利用半導(dǎo)體電阻率變化引起電阻的變化。b)b)固態(tài)壓阻式傳感器固態(tài)壓阻式傳感器擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片，工作原理與前述半導(dǎo)體應(yīng)變片擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片，工作原理與前述半導(dǎo)體應(yīng)變片相同。相同。車輛測試技術(shù)3) 測量電路測量電路VER1R2R3R4ERRR

9、RRRRRV)(32413142車輛測試技術(shù)ERRRRRRRRV)(32413142令：令：RR 1dRRR4RRR32ERRdRRRRRdRRRV)()(RdRE4(12)d RSR金屬絲應(yīng)變片：金屬絲應(yīng)變片：V V與應(yīng)變成與應(yīng)變成線形關(guān)系線形關(guān)系，可以用，可以用電橋電橋測量電壓測量應(yīng)變。測量電壓測量應(yīng)變。S S車輛測試技術(shù)414RUERE S 半橋單臂連接半橋單臂連接 半橋雙臂連接半橋雙臂連接212RUERES 全橋連接全橋連接RUERES 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，電橋的輸出電壓為時(shí)，電橋的輸出電壓為RR 車輛測試技術(shù)4)應(yīng)用：應(yīng)用：a)直接用來測定結(jié)構(gòu)的應(yīng)變或應(yīng)力b)將應(yīng)變片貼于彈性元件上，作為：測量

10、力、位移、壓力、加速度等物理參數(shù)的傳感器。 車輛測試技術(shù)二、電容式傳感器二、電容式傳感器 變換原理變換原理: :將被測量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化將被測量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化兩平行極板組成的電容器兩平行極板組成的電容器, ,它的電容量為它的電容量為: :0AC+ A 、A A或或發(fā)生變發(fā)生變化時(shí)，都會引起化時(shí)，都會引起電容的變化。電容的變化。車輛測試技術(shù)a)a)極距極距變化型變化型 AC0 02AdCd02AdCSd 差動(dòng)式差動(dòng)式普通式普通式靈敏度靈敏度S S與極距平方成反比，輸入與極距平方成反比，輸入輸出呈非線性關(guān)系輸出呈非線性關(guān)系一般取：一般?。?/0.1 車輛測試技術(shù)s s動(dòng)極板動(dòng)極板定極

11、板定極板 若極板間距減小若極板間距減小，則，則電容將增大電容將增大C C。000(1)()ssCCCCC01CC車輛測試技術(shù)時(shí)，展開為級數(shù)形式時(shí)，展開為級數(shù)形式 2301CC1因因，忽略高次項(xiàng)，忽略高次項(xiàng) 0CC1 上式表明，在上式表明，在 條件下，電容的變化與極板條件下，電容的變化與極板間距變化量近似是線性關(guān)系。間距變化量近似是線性關(guān)系。 車輛測試技術(shù) 欲提高靈敏度，應(yīng)減小間隙欲提高靈敏度，應(yīng)減小間隙，但受電容器擊，但受電容器擊 穿電壓的限制；穿電壓的限制； 非線性隨相對位移的增加而增加，為保證一非線性隨相對位移的增加而增加，為保證一 定的線性度，應(yīng)限制動(dòng)極板的相對位移量。定的線性度，應(yīng)限制

12、動(dòng)極板的相對位移量。 為改善非線性，可以采用差動(dòng)式。為改善非線性，可以采用差動(dòng)式。0.02 0.1車輛測試技術(shù)C1C2 動(dòng)極板上移動(dòng)極板上移 1，則，則C1增大，增大，C2減小，初始電減小，初始電容用容用C0來表示，則來表示，則 ：差動(dòng)電容器輸出：差動(dòng)電容器輸出：312022CCCC忽略高次項(xiàng)：忽略高次項(xiàng)： 02CC 靈敏度提高靈敏度提高一倍，非線性誤一倍，非線性誤差減小。差減小。231023201.1.CCCC車輛測試技術(shù)b)b)面積變化型面積變化型角位移型角位移型+202rC 202rd CSd 常 數(shù)輸入輸出呈線性關(guān)系車輛測試技術(shù)平面線位移型平面線位移型0b xC0bd CSd x 常

13、數(shù)輸入輸出呈線性關(guān)系車輛測試技術(shù)柱面線位移型柱面線位移型02ln (/)xCDd 輸入輸出呈線性關(guān)系02ln (/)d CSd xDd 常 數(shù)車輛測試技術(shù)c) c) 介質(zhì)變化型介質(zhì)變化型0AC車輛測試技術(shù)變介電常數(shù)型電容傳感器變介電常數(shù)型電容傳感器主要測量厚度、液位、介值的溫度和濕度等）主要測量厚度、液位、介值的溫度和濕度等） 被測液體的液面在電容被測液體的液面在電容式傳感器元件的兩同心同柱式傳感器元件的兩同心同柱型電極間變化時(shí)，引起極間型電極間變化時(shí)，引起極間不同介電常數(shù)的高度發(fā)生變不同介電常數(shù)的高度發(fā)生變化，導(dǎo)致電容的改變。化，導(dǎo)致電容的改變。 1液體介質(zhì)介電常數(shù)；液體介質(zhì)介電常數(shù)；0空氣

14、中介電常數(shù)（空氣中介電常數(shù)（F/m）；）； h電極板總長度（電極板總長度（m）；）； r內(nèi)電極板外徑（內(nèi)電極板外徑（m）；）； R外電極板內(nèi)徑（外電極板內(nèi)徑（m）；）； x液面高度（液面高度（m）。）。 可見，輸出電容可見，輸出電容C與液面高度與液面高度 x 成線性關(guān)系。成線性關(guān)系。xh2r2R01類型類型1：01022()lnlnhxCRRrr 液面高度液面高度車輛測試技術(shù)類型類型2：d面積面積S氣隙氣隙0r 當(dāng)某種介質(zhì)在兩當(dāng)某種介質(zhì)在兩固定極板間運(yùn)動(dòng)時(shí)，固定極板間運(yùn)動(dòng)時(shí)，電容輸出與介質(zhì)參數(shù)電容輸出與介質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系為：之間的關(guān)系為：0rSCdd d 運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的厚度（運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的厚度（m）可

15、見：可見： 若厚度若厚度 d 保持不變，介電常數(shù)保持不變，介電常數(shù)r 改變（如濕改變（如濕度變化），可做成濕度傳感器；度變化），可做成濕度傳感器； 若若r不變，可做成測厚傳感器不變，可做成測厚傳感器 車輛測試技術(shù)電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)：電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)：（1 1）輸入能量小而靈敏度高）輸入能量小而靈敏度高（2 2）精度高達(dá)）精度高達(dá)0.01%0.01%。（3 3）動(dòng)態(tài)特性好，適合測量動(dòng)態(tài)參數(shù)動(dòng)態(tài)特性好，適合測量動(dòng)態(tài)參數(shù)。（4 4）能量損耗小。）能量損耗小。（5 5）結(jié)構(gòu)簡單，環(huán)境適應(yīng)性好（高溫、輻射等）結(jié)構(gòu)簡單，環(huán)境適應(yīng)性好（高溫、輻射等）缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：電纜分布

16、電容影響大電纜分布電容影響大。 集成電路、雙屏蔽傳輸電纜等集成電路、雙屏蔽傳輸電纜等降低分布電降低分布電容的影響。容的影響。車輛測試技術(shù)應(yīng)用一：電容式壓力傳感器應(yīng)用一：電容式壓力傳感器 工作原理工作原理將測量膜片與電容極板之將測量膜片與電容極板之間的電容差經(jīng)振蕩器振蕩、間的電容差經(jīng)振蕩器振蕩、調(diào)制解調(diào)、放大器放大、調(diào)制解調(diào)、放大器放大、電壓電流轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號。電壓電流轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號。用用 途途用于氣體、液體、蒸氣壓用于氣體、液體、蒸氣壓力的測量力的測量車輛測試技術(shù)應(yīng)用二：電容式接近開關(guān)應(yīng)用二：電容式接近開關(guān)振蕩電路振蕩電路被測物體被測物體 感應(yīng)電極感應(yīng)電極被測電容被測電容測量頭構(gòu)成電容器的一個(gè)

17、極板，另測量頭構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，另一個(gè)極板是物體本身，當(dāng)物體移向一個(gè)極板是物體本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時(shí)，物體和接近開關(guān)的介接近開關(guān)時(shí)，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化. .接近接近開關(guān)的檢測物體，并不限于金屬導(dǎo)開關(guān)的檢測物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。體。車輛測試技術(shù)應(yīng)用三應(yīng)用三電容式液位傳感器（液位計(jì)電容式液位傳感器（液位計(jì)/ /料位計(jì)）料位計(jì)）應(yīng)用四應(yīng)用四車輛測試技術(shù)微加工三軸加速度傳感器微加工三軸加速度傳感器技術(shù)指標(biāo)：技術(shù)指標(biāo)：靈敏度

18、：靈敏度：500mV/g 500mV/g ，量程：量程：10g10g，頻率范圍：頻率范圍：0.5-2000Hz0.5-2000Hz，安裝諧振點(diǎn)安裝諧振點(diǎn):8kHz :8kHz ，分辨力：分辨力：0.00004g 0.00004g ， 重量：重量：200g 200g ，安裝螺紋：安裝螺紋：M5 mm M5 mm ，線性誤差：線性誤差：1% 1% 車輛測試技術(shù)加速度傳感器在汽車中的應(yīng)用加速度傳感器在汽車中的應(yīng)用 加速度傳感器安裝在轎車上，可以作為碰撞傳感器。當(dāng)測加速度傳感器安裝在轎車上，可以作為碰撞傳感器。當(dāng)測得的負(fù)加速度值超過設(shè)定值時(shí)，微處理器據(jù)此判斷發(fā)生了碰撞，得的負(fù)加速度值超過設(shè)定值時(shí)，微處

19、理器據(jù)此判斷發(fā)生了碰撞，于是就啟動(dòng)轎車前部的折疊式安全氣囊迅速充氣而膨脹，托住于是就啟動(dòng)轎車前部的折疊式安全氣囊迅速充氣而膨脹，托住駕駛員及前排乘員的胸部和頭部。駕駛員及前排乘員的胸部和頭部。 裝有傳感器的假人裝有傳感器的假人氣囊氣囊車輛測試技術(shù)三、電感式傳感器三、電感式傳感器 電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被測量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。測量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。分類分類: :電感式傳感器電感式傳感器自感型自感型可變磁阻式可變磁阻式渦流式渦流式互感型互感型（差動(dòng)變壓器式）（差動(dòng)變壓器式）車輛測試技術(shù)1 1 自感型自感型可變導(dǎo)磁面積型可變導(dǎo)磁面積

20、型差動(dòng)型差動(dòng)型2002NuAL原理原理: :電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)u0 空氣的磁導(dǎo)率空氣的磁導(dǎo)率A0 空氣隙的截面積空氣隙的截面積 空氣隙的長度空氣隙的長度(1)可變磁阻式可變磁阻式車輛測試技術(shù)a)變氣隙式自感傳感器變氣隙式自感傳感器靈敏度:輸出特性非線性:為獲得較高靈敏度,氣隙的初始值0不宜過大。為獲得較好的線性關(guān)系,須限制測量范圍,使銜鐵位移在較小范圍內(nèi)變化(0) ,一般取=(0.10.2)0變氣隙式傳感器適用于微小位移的測量,測量范圍：0.0011mm。20022NAdLLSd L00L021S車輛測試技術(shù)b)變面積式自感傳感器變面積式自感傳感器靈敏度:202NdLSdA 常數(shù)輸出特性為線性，

21、因此測量范圍大。要提高靈敏度，氣隙厚度能過大。車輛測試技術(shù)c)螺管式自感傳感器螺管式自感傳感器工作原理工作原理：當(dāng)鐵芯在：當(dāng)鐵芯在線圈中運(yùn)動(dòng)時(shí)，將改線圈中運(yùn)動(dòng)時(shí)，將改變變磁阻磁阻，使線圈自感，使線圈自感發(fā)生變化。發(fā)生變化。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，但靈敏度低，適特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，但靈敏度低，適用于較大位移（數(shù)毫米）測量。用于較大位移（數(shù)毫米）測量。車輛測試技術(shù)d、差動(dòng)式自感傳感器、差動(dòng)式自感傳感器 兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的自感線圈組合在一兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的自感線圈組合在一起形成差動(dòng)結(jié)構(gòu)，可提高靈敏度，改善輸出起形成差動(dòng)結(jié)構(gòu)，可提高靈敏度，改善輸出特性的非線性，實(shí)際中常用。特性的非線性，實(shí)際中

22、常用。車輛測試技術(shù)21011(1/)2()Wu ALLLL 21022(1/)2()W u ALLLL 2311.LL2321.LL當(dāng) (/1)時(shí)，可將上式展開成級數(shù)：車輛測試技術(shù) 顯然，若不考慮包括2次項(xiàng)以上的高次項(xiàng)，則L與成比例關(guān)系，因此高次項(xiàng)的存在是造成非線性的原因。122LLLL 差動(dòng)方式時(shí)：靈敏度：2LLS為原來的兩倍。比較：2311.LL2321.LL車輛測試技術(shù)差動(dòng)式自感傳感器的特性：差動(dòng)式自感傳感器的特性：當(dāng)氣隙相對變化當(dāng)氣隙相對變化/ /11MHz）激勵(lì)電流）激勵(lì)電流 金屬板置于一只線圈的附金屬板置于一只線圈的附近，它們之間相互的間距為為近，它們之間相互的間距為為，當(dāng)線圈輸入

23、一交變電流，當(dāng)線圈輸入一交變電流i i時(shí)，便產(chǎn)生交變磁通量時(shí)，便產(chǎn)生交變磁通量金屬金屬板在此交變磁場中會產(chǎn)生感應(yīng)板在此交變磁場中會產(chǎn)生感應(yīng)電流電流i1i1，這種電流在金屬體內(nèi)，這種電流在金屬體內(nèi)是閉合的，所以稱之為是閉合的，所以稱之為 渦電渦電流流 或或 渦流渦流 。渦流的大小與。渦流的大小與金屬板的電阻率金屬板的電阻率、磁導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、厚度厚度h h，金屬板與線圈的距離，金屬板與線圈的距離，激勵(lì)電流角頻率，激勵(lì)電流角頻率等參數(shù)等參數(shù)有關(guān)。若改變其中某二參數(shù)，有關(guān)。若改變其中某二參數(shù)，而固定其他參數(shù)不變，就可根而固定其他參數(shù)不變，就可根據(jù)渦流的變化測量該參數(shù)。據(jù)渦流的變化測量該參數(shù)。車輛測試技

24、術(shù)低頻透射式電渦流式傳感器：低頻透射式電渦流式傳感器：音頻（音頻（20kHz）激勵(lì)電流）激勵(lì)電流 低頻透射式渦流傳低頻透射式渦流傳感器多用于測定材料厚感器多用于測定材料厚度。度。 發(fā)射線圈發(fā)射線圈11和接收線圈和接收線圈22分分別置于被測金屬板材料別置于被測金屬板材料G G的上、下方。的上、下方。由于低頻磁場集膚效應(yīng)小，滲透深，由于低頻磁場集膚效應(yīng)小，滲透深，當(dāng)?shù)皖l當(dāng)?shù)皖l( (音頻范圍音頻范圍) )電壓電壓e1e1加到線圈加到線圈11的兩端后，所產(chǎn)生磁力線的一部的兩端后，所產(chǎn)生磁力線的一部分透過金屬板材料分透過金屬板材料G,G,使線圈使線圈22產(chǎn)生產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢感應(yīng)電動(dòng)勢e2e2。但由于渦流消

25、耗部。但由于渦流消耗部分磁場能量，使感應(yīng)電動(dòng)勢分磁場能量，使感應(yīng)電動(dòng)勢e2e2減少，減少，當(dāng)金屬板材料當(dāng)金屬板材料G G越厚時(shí)，損耗的能量越厚時(shí)，損耗的能量越大，輸出電動(dòng)勢越大，輸出電動(dòng)勢e2e2越小。因此，越小。因此，e2e2的大小與的大小與G G的厚度及材料的性質(zhì)有的厚度及材料的性質(zhì)有關(guān)，試驗(yàn)表明，關(guān)，試驗(yàn)表明，e2e2隨材料厚度隨材料厚度h h的增的增加按負(fù)指數(shù)規(guī)律減少加按負(fù)指數(shù)規(guī)律減少, ,如圖所示，因如圖所示，因此，若金屬板材料的性質(zhì)一定，則此，若金屬板材料的性質(zhì)一定，則利用利用e2e2的變化即可測量其厚度。的變化即可測量其厚度。車輛測試技術(shù)電渦流式傳感器的特點(diǎn)非接觸測量，抗干擾能力

26、強(qiáng)高靈敏度高分辨力高，位移檢測范圍：1mm10mm，最高分辨力0.1%。結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，不受油夜等介質(zhì)影響。車輛測試技術(shù)應(yīng)用應(yīng)用1 1： 無損探傷無損探傷原理裂紋檢測，缺陷造成渦流變化?；疖囕啓z測火車輪檢測油管檢測油管檢測車輛測試技術(shù)應(yīng)用應(yīng)用2 2： 測厚測厚應(yīng)用應(yīng)用4 4： 零件計(jì)數(shù)零件計(jì)數(shù)車輛測試技術(shù)2 互感式電感傳感器 互感型傳感器的工作原理是利用電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象，將被測量轉(zhuǎn)換成線圈互感的變化。 由于常采用兩個(gè)次級線圈組成差動(dòng)式，故又稱差動(dòng)變壓器式傳感器。實(shí)際中多采用螺管線圈型差動(dòng)變壓器。車輛測試技術(shù)2、測量電路 傳感器輸出電壓反映了位移的大小及方向，但因?yàn)榻涣骼w毫，只有接入相應(yīng)

27、電路（相敏檢波、差動(dòng)整流等），才能提取出這兩種信息。 傳感器輸出存在一定的零點(diǎn)殘余電壓，即銜鐵位于中間位置時(shí)輸出不為零。因此，其后接電路應(yīng)采用既能反映鐵芯位移大小及極性，又能補(bǔ)償零點(diǎn)殘余電壓的差動(dòng)直流輸出電路。車輛測試技術(shù)差動(dòng)變壓器式傳感器特點(diǎn)：精度高(0.1um數(shù)量級，最高可達(dá)0.01um)，高精度型非線性誤差可達(dá)0.1%。線性范圍達(dá)(可達(dá)100mm)。穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。因包含機(jī)械結(jié)構(gòu)，頻率響應(yīng)較低，不宜測量高頻動(dòng)態(tài)參量。廣泛應(yīng)用于直線位移，或能轉(zhuǎn)換為位移變化的壓力、重量等參數(shù)的測量。車輛測試技術(shù)案例：案例：板的厚度測量板的厚度測量 車輛測試技術(shù)案例：張力測量車輛測試技術(shù)一、磁電

28、式傳感器一、磁電式傳感器 1.1.變換原理變換原理: : 磁電式傳感器是把被測量的物理量轉(zhuǎn)換為感磁電式傳感器是把被測量的物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢的一種轉(zhuǎn)換器。應(yīng)電動(dòng)勢的一種轉(zhuǎn)換器。deNd t 感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢e e為為磁通變化率與磁場強(qiáng)度、磁阻、線圈運(yùn)動(dòng)速度有磁通變化率與磁場強(qiáng)度、磁阻、線圈運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，改變其中一個(gè)因素，都會改變感應(yīng)電動(dòng)勢。關(guān)，改變其中一個(gè)因素，都會改變感應(yīng)電動(dòng)勢。 ( , )mdB Rdt第四節(jié)、磁電、壓電與熱電式傳感器第四節(jié)、磁電、壓電與熱電式傳感器 磁場強(qiáng)度磁路電阻線圈速度磁通變化率車輛測試技術(shù)2 2 分類分類 磁磁電電式式動(dòng)圈式動(dòng)圈式磁阻式磁阻

29、式線速度型線速度型角速度型角速度型N車輛測試技術(shù)動(dòng)圈式傳感器動(dòng)圈式傳感器 線速度型線速度型 車輛測試技術(shù)角速度型角速度型測速電機(jī)測速電機(jī)車輛測試技術(shù) 磁阻式傳感器的線圈與磁鐵彼此不作相對運(yùn)動(dòng)。由運(yùn)動(dòng)著的物體改變磁路的磁阻，而引起磁力線增強(qiáng)或減弱，使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。磁阻式傳感器磁阻式傳感器 車輛測試技術(shù)磁阻式傳感器磁阻式傳感器 磁電式車速傳感器磁電式車速傳感器車輛測試技術(shù)二、壓電式傳感器二、壓電式傳感器 1.1.變換原理變換原理: :壓電效應(yīng)壓電效應(yīng) 某些物質(zhì)，如石英，受到外力作用時(shí)，不僅幾何尺寸會某些物質(zhì)，如石英，受到外力作用時(shí)，不僅幾何尺寸會發(fā)生變化，而且內(nèi)部會被極化，表面產(chǎn)生電荷；當(dāng)外

30、力去掉發(fā)生變化，而且內(nèi)部會被極化，表面產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回到原來的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。時(shí)，又重新回到原來的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)是可逆的壓電效應(yīng)是可逆的-逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)Z光軸Y機(jī)械軸X電軸車輛測試技術(shù)車輛測試技術(shù)壓電效應(yīng)模型a)縱向效應(yīng)縱向效應(yīng) b)橫向效應(yīng)橫向效應(yīng) c)切向效應(yīng)切向效應(yīng)車輛測試技術(shù)壓電式傳感器及其等效電路實(shí)驗(yàn)證明：實(shí)驗(yàn)證明：壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)都是線性的。壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)都是線性的。壓電晶片壓電晶片并聯(lián)并聯(lián)串聯(lián)串聯(lián)等效電荷源等效電荷源使用特點(diǎn)：使用特點(diǎn)：1）適宜作動(dòng)態(tài)測量，作靜態(tài)測量時(shí)必須采用極高阻抗的負(fù)載。）適宜作動(dòng)態(tài)測量，作靜態(tài)

31、測量時(shí)必須采用極高阻抗的負(fù)載。2）并聯(lián)結(jié)構(gòu)適宜于電荷量輸出的場合）并聯(lián)結(jié)構(gòu)適宜于電荷量輸出的場合3）串聯(lián)結(jié)構(gòu)適宜于電壓作為輸出信號）串聯(lián)結(jié)構(gòu)適宜于電壓作為輸出信號車輛測試技術(shù)2 2、測量電路、測量電路 壓電式傳感器輸出電信號很微弱，通常應(yīng)把傳壓電式傳感器輸出電信號很微弱，通常應(yīng)把傳感器信號先輸入到高輸入阻抗的感器信號先輸入到高輸入阻抗的前置放大器前置放大器中，經(jīng)中，經(jīng)過阻抗變換后，方可輸入到后續(xù)顯示儀表中。過阻抗變換后，方可輸入到后續(xù)顯示儀表中。 前置放大器電路的主要用途：前置放大器電路的主要用途：1 1）將傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出；）將傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出；2 2）放

32、大傳感器輸出的微弱電信號）放大傳感器輸出的微弱電信號前置放大器電路的兩種形式：前置放大器電路的兩種形式：1 1）用電阻反饋的電壓放大器）用電阻反饋的電壓放大器2 2）帶電容反饋的電荷放大器）帶電容反饋的電荷放大器車輛測試技術(shù)超聲波美容儀器用壓電陶瓷晶片醫(yī)用B超換能器用晶片車輛測試技術(shù)3.產(chǎn)品產(chǎn)品壓力變送器壓力變送器加速度計(jì)加速度計(jì)力傳感器力傳感器 車輛測試技術(shù)LC0106 靈敏度：靈敏度：1000mV/g 量程：量程：5g 頻率范圍：頻率范圍：0.04-1500Hz（10%) 分辨率：分辨率：0.00002g 重量：重量：200gm 安裝螺紋：安裝螺紋：M5 mm 線性：線性：1% 橫向靈敏度

33、：橫向靈敏度：5% 典型值：典型值：3%溫度范圍：溫度范圍：-40+120 用途：超低頻、小用途：超低頻、小g測量測量車輛測試技術(shù)壓電式腳踏報(bào)警器壓電式腳踏報(bào)警器車輛測試技術(shù)三、熱電式傳感器三、熱電式傳感器1、熱電偶：熱電效應(yīng)、熱電偶：熱電效應(yīng) 將兩種不同材料的導(dǎo)體將兩種不同材料的導(dǎo)體A A和和B B串接成一個(gè)閉合串接成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，在回路中就會產(chǎn)回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，在回路中就會產(chǎn)生熱電勢，形成電流，此現(xiàn)象稱為生熱電勢，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)。車輛測試技術(shù)BAABNNekTTEln)(ABTT0k k玻耳茲曼常數(shù)，玻耳茲曼常數(shù)，e e電子電荷量，電子

34、電荷量，T T接觸處的溫度接觸處的溫度NANA，NBNB分別為導(dǎo)體分別為導(dǎo)體A A和和B B的自由電子密度。的自由電子密度。BAABNNekTTEln)(00車輛測試技術(shù)熱電偶測溫基本定律熱電偶測溫基本定律1)1)均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定律 由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的橫截面積、長度以及溫度分布如何均不產(chǎn)體的橫截面積、長度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動(dòng)勢。生熱電動(dòng)勢。TT02)中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只要其兩端的溫度相等，該導(dǎo)體的接入就不會影響要其兩端的溫度相等，該導(dǎo)體的接

35、入就不會影響熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢。熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢。TT0V車輛測試技術(shù)3)3)參考電極定律參考電極定律 兩種導(dǎo)體兩種導(dǎo)體A,BA,B分別與參考電極分別與參考電極C C組成熱電組成熱電偶，如果他們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢為已知，偶，如果他們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢為已知，A A和和B B兩極配對后的熱電動(dòng)勢可用下式求得：兩極配對后的熱電動(dòng)勢可用下式求得：),(),(),(000TTETTETTECBACABABTT0=ACTT0CBTT0由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、人們多采用鉑作為參考電極由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、人們多采用鉑作為參考電極。車輛測試技術(shù)車輛測試技術(shù)2 2 熱敏電阻傳感器熱敏電阻傳感器 半

36、導(dǎo)體熱敏電阻的材料是一種由錳、鎳、銅、半導(dǎo)體熱敏電阻的材料是一種由錳、鎳、銅、鉆、鐵等金屬氧化物按一定比例混合燒結(jié)而成的半鉆、鐵等金屬氧化物按一定比例混合燒結(jié)而成的半導(dǎo)體，它具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，隨溫度上升而阻導(dǎo)體，它具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，隨溫度上升而阻值下降。值下降。 )11(00TTeRRRT車輛測試技術(shù)溫控器溫控器應(yīng)用應(yīng)用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器汽車發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器水溫感應(yīng)塞水溫感應(yīng)塞還廣泛應(yīng)用于空調(diào)、暖氣、電子體溫計(jì)等還廣泛應(yīng)用于空調(diào)、暖氣、電子體溫計(jì)等車輛測試技術(shù)即便在氧化性介質(zhì)中，其物理、化學(xué)性能都很穩(wěn)定；易提純，復(fù)現(xiàn)性好，有良好的工藝性 ；有較高的電阻率 ； 在還原性介質(zhì)中性能易受影響；電阻

37、溫度系數(shù)不太高 ；價(jià)格貴 。鉑電阻的特點(diǎn)鉑電阻的特點(diǎn)3 3 熱電阻傳感器熱電阻傳感器 車輛測試技術(shù)幾種鉑電阻幾種鉑電阻車輛測試技術(shù)銅電阻的特點(diǎn)銅電阻的特點(diǎn)電阻率小 ；容易氧化 ；價(jià)格便宜 。車輛測試技術(shù)WZC-111/12*1000mm Cu50 車輛測試技術(shù)第五節(jié)第五節(jié) 光電傳感器光電傳感器 光電傳感器通常是指能敏感到由紫外線光電傳感器通常是指能敏感到由紫外線到紅外線光的光能量，并能將光能轉(zhuǎn)化成電到紅外線光的光能量，并能將光能轉(zhuǎn)化成電信號的器件。其工作原理是基于一些物質(zhì)的信號的器件。其工作原理是基于一些物質(zhì)的光電效應(yīng)光電效應(yīng)。 外光電效應(yīng)外光電效應(yīng) 在光照作用下，物體內(nèi)的電子從物體表面逸在光

38、照作用下，物體內(nèi)的電子從物體表面逸出的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。出的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。愛因斯坦光電效應(yīng)方程式：愛因斯坦光電效應(yīng)方程式：212hm vA車輛測試技術(shù) 半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)會產(chǎn)生電子半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)會產(chǎn)生電子- -空穴對空穴對, ,使其導(dǎo)電性能增強(qiáng)使其導(dǎo)電性能增強(qiáng), ,光線愈強(qiáng)，阻值愈低，這種光線愈強(qiáng)，阻值愈低，這種光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象, ,稱為稱為內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng) 。光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管車輛測試技術(shù)光敏二極管：光敏二極管：車輛測試技術(shù)光敏三極管：光敏三極管：車輛測試技術(shù)照相機(jī)自動(dòng)測光照相機(jī)自動(dòng)測光光控

39、燈光控?zé)艄I(yè)控制工業(yè)控制車輛測試技術(shù)光電池光電池 光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)指半導(dǎo)體材料指半導(dǎo)體材料P-NP-N結(jié)受到光照后結(jié)受到光照后產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢的效應(yīng)。以可見光作光源產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢的效應(yīng)。以可見光作光源的光電池是常用的光生伏特型器件。的光電池是常用的光生伏特型器件。+-PN車輛測試技術(shù)應(yīng)用應(yīng)用 光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為輻射輻射式式( (直射式直射式) )、吸收式、遮光式、反射式、吸收式、遮光式、反射式四種基四種基本形式。本形式。 車輛測試技術(shù)車輛測試技術(shù)車輛測試技術(shù)車輛測試技術(shù)亮度傳感器：亮度傳感器：通過檢測周圍環(huán)境的亮度，再與內(nèi)部設(shè)定值

40、相比通過檢測周圍環(huán)境的亮度，再與內(nèi)部設(shè)定值相比較，調(diào)整光源的亮度和分布，有效利用自然光線，較，調(diào)整光源的亮度和分布，有效利用自然光線，達(dá)到節(jié)約電能的目的。達(dá)到節(jié)約電能的目的。車輛測試技術(shù)一、光纖傳感器一、光纖傳感器 物性型光纖傳感器是利用光纖對環(huán)境變化的物性型光纖傳感器是利用光纖對環(huán)境變化的敏感性，將輸入物理量變換為調(diào)制的光信號。敏感性，將輸入物理量變換為調(diào)制的光信號。 1 1）物性型光纖傳感器）物性型光纖傳感器第六節(jié)第六節(jié) 光纖傳感器光纖傳感器車輛測試技術(shù) 結(jié)構(gòu)型光纖傳感器是由光檢測元件與光纖結(jié)構(gòu)型光纖傳感器是由光檢測元件與光纖傳輸回路及測量電路所組成的測量系統(tǒng)。其中光傳輸回路及測量電路所組

41、成的測量系統(tǒng)。其中光纖僅作為光的傳播媒質(zhì)，所以又稱為傳光型或非纖僅作為光的傳播媒質(zhì)，所以又稱為傳光型或非功能型光纖傳感器。功能型光纖傳感器。2 2）結(jié)構(gòu)型光纖傳感器）結(jié)構(gòu)型光纖傳感器車輛測試技術(shù)光纖檢測型光電傳感器光纖檢測型光電傳感器作業(yè)件檢測作業(yè)件檢測顏色檢測顏色檢測車輛測試技術(shù)一、一、 磁敏式傳感器磁敏式傳感器 sinIBKVHH 金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流流過時(shí)，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生流過時(shí)，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢，這種物理現(xiàn)象稱為電動(dòng)勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)。 1 1 霍爾元件霍爾元件 第七節(jié)第七節(jié) 半

42、導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體傳感器車輛測試技術(shù)霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成?；魻栐苫魻柶?、四根引線和殼體組成。 車輛測試技術(shù)電流傳感器電流傳感器 當(dāng)電流流過導(dǎo)線時(shí)，將在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場，當(dāng)電流流過導(dǎo)線時(shí)，將在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場，磁場大小與流過導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁磁場大小與流過導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進(jìn)場可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢測。行檢測。 車輛測試技術(shù)特點(diǎn)特點(diǎn) 電阻的增量與磁場的平方成正比；電阻的增量與磁場的平方成正比； 與磁場的正負(fù)無關(guān)；與磁場的正負(fù)無關(guān)； 溫度系數(shù)影響大；溫度系數(shù)影響大； 磁感應(yīng)的范圍比霍爾元件大。磁感應(yīng)

43、的范圍比霍爾元件大。應(yīng)用應(yīng)用 磁頭；接近開關(guān)和無觸點(diǎn)開關(guān)。磁頭；接近開關(guān)和無觸點(diǎn)開關(guān)。車輛測試技術(shù)3 3 磁感應(yīng)半導(dǎo)體元件分類磁感應(yīng)半導(dǎo)體元件分類霍爾元件霍爾元件磁電阻元件磁電阻元件磁敏二極管磁敏二極管磁晶體管磁晶體管磁半導(dǎo)體開關(guān)磁半導(dǎo)體開關(guān)車輛測試技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)品車輛測試技術(shù)二、熱敏傳感器二、熱敏傳感器 1.1.雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì) 把兩種膨脹系數(shù)不同的金屬薄片焊接在一起把兩種膨脹系數(shù)不同的金屬薄片焊接在一起制成的。它是一種固體膨脹溫度計(jì)，可將溫度變制成的。它是一種固體膨脹溫度計(jì)，可將溫度變化轉(zhuǎn)換成機(jī)械量變化?；D(zhuǎn)換成機(jī)械量變化。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單牢固牢固可靠可靠防爆防爆 車輛測試

44、技術(shù)三、氣敏電阻傳感器三、氣敏電阻傳感器 氣體與人類日常生活密切相關(guān)，對氣體的檢氣體與人類日常生活密切相關(guān)，對氣體的檢測已經(jīng)是保護(hù)和改善生態(tài)居住環(huán)境不可缺少手段，測已經(jīng)是保護(hù)和改善生態(tài)居住環(huán)境不可缺少手段，氣敏傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。氣敏傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。 如生活環(huán)境中一氧化碳濃度達(dá)如生活環(huán)境中一氧化碳濃度達(dá)0.80.81.15 ml/L1.15 ml/L時(shí)，就會出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，甚至?xí)炟?。還時(shí)，就會出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，甚至?xí)炟?。還有易燃、易爆氣體、酒精等的探測。有易燃、易爆氣體、酒精等的探測。煙霧報(bào)警器煙霧報(bào)警器酒精傳感器酒精傳感器二氧化碳傳感器二氧化碳傳感器車輛測試技術(shù) 氣敏傳感器是利用氣敏半導(dǎo)體材料，如氣敏傳感器是利用氣敏半導(dǎo)體材料，如氧化錫、