03-第三章傳感器-c3重點(diǎn)課件

第三章常用傳感器重點(diǎn)掌握原理第三章常用傳感器重點(diǎn)掌握原理1第一節(jié)概述一、名詞解釋傳感技術(shù)------信息技術(shù)之一，主要包括信息識(shí)別檢測(cè)提取轉(zhuǎn)換，也包括某些信息處理，是人的感官功能的擴(kuò)展和延伸。傳感器------工程上通常把直接作用于被測(cè)量，能按一定規(guī)律將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出的器件。測(cè)量變換器------在工程上也把提供與輸入量有給定關(guān)系的輸出量的器件，稱為~。傳感器就是輸入量為被測(cè)量的測(cè)量變換器。第一節(jié)概述一、名詞解釋2二、傳感器及其作用直接作用于被測(cè)量，并把它轉(zhuǎn)換成與之相應(yīng)的、容易檢測(cè)、傳輸或處理的信號(hào)的裝置。①傳感器是人類感官的延伸

a．視覺與光傳感器；b．聽覺與聲壓傳感器;c．觸覺與溫度和壓力傳感器；d．嗅覺與氣敏傳感器；②是現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)三、發(fā)展①物性型傳感器的大量涌現(xiàn)（材料本身理化性質(zhì)變化）;②集成，智能化傳感器的開發(fā)；（“SmartSensor”，“IntelligentSensor”）③化學(xué)傳感器的開發(fā)。二、傳感器及其作用直接作用于被測(cè)量，并把它轉(zhuǎn)3四、傳感器的組成（一般模型）

從廣義講，傳感器是一個(gè)感知系統(tǒng)。是從外界感知信息而工作的系統(tǒng)。從信息的角度來說，一方面信息具體形式豐富多彩，為人類服務(wù)，勢(shì)必要多種多樣的感測(cè)手段。另一方面，事物之間的聯(lián)系，總是有用信息與噪聲混存在一起的。所以，傳感器應(yīng)具有敏感性，選擇性，即能從大量噪聲中提取有用信息。敏感元件傳感器變換元件其他輔助件四、傳感器的組成（一般模型）4敏感元件——由非電量變成容易轉(zhuǎn)換成電量的非電量元件。如:彈性元件。變換元件——非電量電量。如：壓電晶體。測(cè)量電路——將電量變成易記錄、處理的信號(hào)的電路。如：電橋。傳感器有簡(jiǎn)單模型，只包含變換和顯示，例如：溫度計(jì)，風(fēng)向標(biāo)可轉(zhuǎn)360度，既是變換器又是顯示器。有些敏感元件與變換元件可合二為一，例如：電阻絲。有些比較復(fù)雜，帶有智能的成分，有檢測(cè)、處理、識(shí)別和提取子系統(tǒng)，從噪聲中提取有用信號(hào)。例如：高級(jí)雷達(dá)系統(tǒng)敏感元件——由非電量變成容易轉(zhuǎn)換成電量的非電量元件。如:彈性5敏感元件轉(zhuǎn)換元件基本轉(zhuǎn)換電路被測(cè)量電量RLC輸入P大氣壓殼體膜盒電感線圈磁芯基本轉(zhuǎn)換電路敏感元件轉(zhuǎn)換元件例：壓力傳感器敏感元件轉(zhuǎn)換元件基本轉(zhuǎn)換電路被測(cè)量電量RLC輸入P大氣壓6五、傳感器的分類和性能指標(biāo)

（一）傳感器的分類按傳感器的輸出信號(hào)分：模擬式和數(shù)字式；

按傳感器的變換原理分：參量型——輸出為Ｒ、Ｌ、Ｃ；發(fā)電型——輸出為Ｉ、Ｕ；

按傳感器的輸入量分：位移、力、溫度、成分等；

按傳感器工作物理基礎(chǔ)分：機(jī)械式、電氣式、光學(xué)式、流體式等。按信號(hào)變換特征：物性型——依賴敏感元件材料本身的特性來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。如：水銀、壓電晶體。

結(jié)構(gòu)型——依賴敏感元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)特性來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。如：電容傳感器。上述分類法只強(qiáng)調(diào)了一個(gè)方面，所以許多情況下，將上述五類法綜合使用。例：應(yīng)變式測(cè)力計(jì)；壓電式加速度計(jì)。五、傳感器的分類和性能指標(biāo)按信號(hào)變換特征：物性型——依賴敏感7（二）傳感器的性能指標(biāo)由于傳感器處于整個(gè)電測(cè)系統(tǒng)的輸入端，其性能和可靠性將直接影響整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，為此要求傳感器具有以下特性：1）轉(zhuǎn)換效率高，在使用范圍內(nèi)輸入輸出成線性；2）靜、動(dòng)特性良好，噪聲、滯后、漂移誤差小，功耗?。?）不影響被測(cè)對(duì)象變化，不受其他因素干擾，易補(bǔ)償；4）復(fù)現(xiàn)性、互換性好，抗腐蝕性好，長(zhǎng)期使用（穩(wěn)定）；5）易維修及校驗(yàn)實(shí)際上傳感器不可能全部滿足上述性能指標(biāo)，應(yīng)根據(jù)測(cè)試目的和環(huán)境來定。（二）傳感器的性能指標(biāo)8第二節(jié)機(jī)械式傳感器

1．組成機(jī)械放大指示系統(tǒng)

輸入量輸出量彈性變形力、壓力溫度…...敏感元件（彈性體）輸出量2．典型應(yīng)用——圖3-3

①測(cè)力計(jì);②壓力計(jì)；③溫度計(jì)。第二節(jié)機(jī)械式傳感器1．組成機(jī)械放大輸入量輸出量彈性903-第三章傳感器--c3重點(diǎn)課件103．特點(diǎn)

①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便；價(jià)格低廉，讀數(shù)直觀。②機(jī)械式放大，指示系統(tǒng)使其慣性大，固有頻率低，故多用于靜態(tài)量或低頻變化量的測(cè)量。③彈性元件的蠕變，彈性后效現(xiàn)象會(huì)影響輸入，輸出的關(guān)系。3．特點(diǎn)114．其它機(jī)械式傳感器a.稱重傳感器4．其它機(jī)械式傳感器12b.壓力傳感器c.位移傳感器b.壓力傳感器c.位移傳感器13d.機(jī)械微動(dòng)開關(guān)1—工件(鋼制)2一電磁鐵3一導(dǎo)槽4—簧片開關(guān)5一電極6-惰性氣體7—簧片d.機(jī)械微動(dòng)開關(guān)1—工件(鋼制)14第三節(jié)電阻式傳感器基本原理：將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化。一．變阻器式傳感器1．工作原理變阻器式傳感器金屬電阻應(yīng)變式電阻應(yīng)變式傳感器半導(dǎo)體應(yīng)變式也稱：電位差計(jì)式傳感器即。當(dāng)電阻絲截面A與材質(zhì)ρ一定時(shí)，是單值函數(shù)。第三節(jié)電阻式傳感器基本原理：將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換成電阻15設(shè)電位計(jì)觸頭移動(dòng)Δx，其相應(yīng)電阻值變化ΔR，則：2．直線位移型變阻器式傳感器3．角位移型同理，可得：4．非線性電位計(jì)設(shè)電位計(jì)觸頭移動(dòng)Δx，其相應(yīng)電阻值變化ΔR，則：2．直線位移166．特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，使用方便。但分辨力低，噪聲大。5．后接電路：電阻分壓h=f(x)6．特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，使用方便。但分辨力低，噪聲17二．電阻應(yīng)變式傳感器

分為：金屬電阻應(yīng)變式和半導(dǎo)體應(yīng)變式。1．電阻應(yīng)變效應(yīng)

電阻絲在外力的作用下發(fā)生變形，其電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象。當(dāng)受到外力F作用，其R的變化：設(shè)一根電阻絲，未受力時(shí)的原始電阻值：二．電阻應(yīng)變式傳感器分為：金屬電阻應(yīng)變式和半導(dǎo)體應(yīng)變式。118

192．金屬電阻應(yīng)變片

①工作原理②結(jié)構(gòu)分為：絲式和箔式a．絲式：四個(gè)基本部分組成：敏感柵（電阻絲）基片覆蓋層引出線幾何形變應(yīng)變系數(shù)或靈敏度2．金屬電阻應(yīng)變片②結(jié)構(gòu)分為：絲式和箔式a．絲式：四個(gè)基20

b．箔式特點(diǎn)：用柵狀金屬箔片代替柵狀金屬絲。*光刻技術(shù)，應(yīng)變花；*橫向效應(yīng)小；*散熱條件好；*疲勞壽命長(zhǎng)；*生產(chǎn)率高。目前使用的多系金屬箔式應(yīng)變片

b．箔式*光刻技術(shù)，應(yīng)變花；*橫向效應(yīng)?。?散熱條件21③材料③材料22

3．半導(dǎo)體應(yīng)變片①工作原理：“壓阻效應(yīng)”。壓阻效應(yīng)-----半導(dǎo)體單晶硅材料在受到外力作用，產(chǎn)生肉眼根本察覺不到的極微小應(yīng)變時(shí)，其原子結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電子能級(jí)狀態(tài)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致其電阻率劇烈的變化，由其材料制成的電阻也就出現(xiàn)極大變化。

特點(diǎn)：（1）靈敏度高，硅應(yīng)變電阻的靈敏因子比金屬應(yīng)變片高50～100倍，故相應(yīng)的傳感器靈敏度很高，一般滿量程輸出為100mv左右

；（２）機(jī)械滯后小，橫向效應(yīng)??；（３）溫度穩(wěn)定性差；靈敏度離散度大；在較大應(yīng)力作用下，非線性誤差大等。壓阻系數(shù)彈性模量E3．半導(dǎo)體應(yīng)變片①工作原理：“壓阻效應(yīng)”。壓阻效應(yīng)----23

膠膜襯底半導(dǎo)體敏感柵內(nèi)引線焊接端外引線②結(jié)構(gòu)膠膜襯底半導(dǎo)體敏感柵內(nèi)引線焊接端外引線②結(jié)構(gòu)24③材料：P型硅單晶③材料：P型硅單晶254.應(yīng)用

a.直接用來測(cè)應(yīng)力、應(yīng)變、重量、位移、加速度、扭轉(zhuǎn)等物理量;b.將應(yīng)變片貼于彈性體上,作為測(cè)位移、加速度的傳感器。如圖起何作用?p644.應(yīng)用a.直接用來測(cè)應(yīng)力、應(yīng)變、重量、位移、加速度、扭26電子臺(tái)秤應(yīng)變式壓力傳感器電子臺(tái)秤應(yīng)變式壓力傳感器27應(yīng)變式稱重傳感器動(dòng)態(tài)電子軌道衡應(yīng)變式稱重傳感器動(dòng)態(tài)電子軌道衡28地上汽車衡地上汽車衡29

應(yīng)變式扭矩傳感器應(yīng)變式位移傳感器應(yīng)變式扭矩傳感器應(yīng)變式位移傳感器30在彈性元件上貼應(yīng)變花波紋管懸臂梁稱重傳感器在彈性元件上貼應(yīng)變花波紋管懸臂梁稱重傳感器31KISTLER壓阻式絕對(duì)壓力傳感器*KISTLER壓阻式絕對(duì)壓力傳感器*32陶瓷壓力傳感器(壓阻)*陶瓷壓力傳感器(壓阻)*33第三章常用傳感器重點(diǎn)掌握原理第三章常用傳感器重點(diǎn)掌握原理34第一節(jié)概述一、名詞解釋傳感技術(shù)------信息技術(shù)之一，主要包括信息識(shí)別檢測(cè)提取轉(zhuǎn)換，也包括某些信息處理，是人的感官功能的擴(kuò)展和延伸。傳感器------工程上通常把直接作用于被測(cè)量，能按一定規(guī)律將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出的器件。測(cè)量變換器------在工程上也把提供與輸入量有給定關(guān)系的輸出量的器件，稱為~。傳感器就是輸入量為被測(cè)量的測(cè)量變換器。第一節(jié)概述一、名詞解釋35二、傳感器及其作用直接作用于被測(cè)量，并把它轉(zhuǎn)換成與之相應(yīng)的、容易檢測(cè)、傳輸或處理的信號(hào)的裝置。①傳感器是人類感官的延伸

a．視覺與光傳感器；b．聽覺與聲壓傳感器;c．觸覺與溫度和壓力傳感器；d．嗅覺與氣敏傳感器；②是現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)三、發(fā)展①物性型傳感器的大量涌現(xiàn)（材料本身理化性質(zhì)變化）;②集成，智能化傳感器的開發(fā)；（“SmartSensor”，“IntelligentSensor”）③化學(xué)傳感器的開發(fā)。二、傳感器及其作用直接作用于被測(cè)量，并把它轉(zhuǎn)36四、傳感器的組成（一般模型）

從廣義講，傳感器是一個(gè)感知系統(tǒng)。是從外界感知信息而工作的系統(tǒng)。從信息的角度來說，一方面信息具體形式豐富多彩，為人類服務(wù)，勢(shì)必要多種多樣的感測(cè)手段。另一方面，事物之間的聯(lián)系，總是有用信息與噪聲混存在一起的。所以，傳感器應(yīng)具有敏感性，選擇性，即能從大量噪聲中提取有用信息。敏感元件傳感器變換元件其他輔助件四、傳感器的組成（一般模型）37敏感元件——由非電量變成容易轉(zhuǎn)換成電量的非電量元件。如:彈性元件。變換元件——非電量電量。如：壓電晶體。測(cè)量電路——將電量變成易記錄、處理的信號(hào)的電路。如：電橋。傳感器有簡(jiǎn)單模型，只包含變換和顯示，例如：溫度計(jì)，風(fēng)向標(biāo)可轉(zhuǎn)360度，既是變換器又是顯示器。有些敏感元件與變換元件可合二為一，例如：電阻絲。有些比較復(fù)雜，帶有智能的成分，有檢測(cè)、處理、識(shí)別和提取子系統(tǒng)，從噪聲中提取有用信號(hào)。例如：高級(jí)雷達(dá)系統(tǒng)敏感元件——由非電量變成容易轉(zhuǎn)換成電量的非電量元件。如:彈性38敏感元件轉(zhuǎn)換元件基本轉(zhuǎn)換電路被測(cè)量電量RLC輸入P大氣壓殼體膜盒電感線圈磁芯基本轉(zhuǎn)換電路敏感元件轉(zhuǎn)換元件例：壓力傳感器敏感元件轉(zhuǎn)換元件基本轉(zhuǎn)換電路被測(cè)量電量RLC輸入P大氣壓39五、傳感器的分類和性能指標(biāo)

（一）傳感器的分類按傳感器的輸出信號(hào)分：模擬式和數(shù)字式；

按傳感器的變換原理分：參量型——輸出為Ｒ、Ｌ、Ｃ；發(fā)電型——輸出為Ｉ、Ｕ；

按傳感器的輸入量分：位移、力、溫度、成分等；

按傳感器工作物理基礎(chǔ)分：機(jī)械式、電氣式、光學(xué)式、流體式等。按信號(hào)變換特征：物性型——依賴敏感元件材料本身的特性來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。如：水銀、壓電晶體。

結(jié)構(gòu)型——依賴敏感元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)特性來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。如：電容傳感器。上述分類法只強(qiáng)調(diào)了一個(gè)方面，所以許多情況下，將上述五類法綜合使用。例：應(yīng)變式測(cè)力計(jì)；壓電式加速度計(jì)。五、傳感器的分類和性能指標(biāo)按信號(hào)變換特征：物性型——依賴敏感40（二）傳感器的性能指標(biāo)由于傳感器處于整個(gè)電測(cè)系統(tǒng)的輸入端，其性能和可靠性將直接影響整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，為此要求傳感器具有以下特性：1）轉(zhuǎn)換效率高，在使用范圍內(nèi)輸入輸出成線性；2）靜、動(dòng)特性良好，噪聲、滯后、漂移誤差小，功耗小；3）不影響被測(cè)對(duì)象變化，不受其他因素干擾，易補(bǔ)償；4）復(fù)現(xiàn)性、互換性好，抗腐蝕性好，長(zhǎng)期使用（穩(wěn)定）；5）易維修及校驗(yàn)實(shí)際上傳感器不可能全部滿足上述性能指標(biāo)，應(yīng)根據(jù)測(cè)試目的和環(huán)境來定。（二）傳感器的性能指標(biāo)41第二節(jié)機(jī)械式傳感器

1．組成機(jī)械放大指示系統(tǒng)

輸入量輸出量彈性變形力、壓力溫度…...敏感元件（彈性體）輸出量2．典型應(yīng)用——圖3-3

①測(cè)力計(jì);②壓力計(jì)；③溫度計(jì)。第二節(jié)機(jī)械式傳感器1．組成機(jī)械放大輸入量輸出量彈性4203-第三章傳感器--c3重點(diǎn)課件433．特點(diǎn)

①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便；價(jià)格低廉，讀數(shù)直觀。②機(jī)械式放大，指示系統(tǒng)使其慣性大，固有頻率低，故多用于靜態(tài)量或低頻變化量的測(cè)量。③彈性元件的蠕變，彈性后效現(xiàn)象會(huì)影響輸入，輸出的關(guān)系。3．特點(diǎn)444．其它機(jī)械式傳感器a.稱重傳感器4．其它機(jī)械式傳感器45b.壓力傳感器c.位移傳感器b.壓力傳感器c.位移傳感器46d.機(jī)械微動(dòng)開關(guān)1—工件(鋼制)2一電磁鐵3一導(dǎo)槽4—簧片開關(guān)5一電極6-惰性氣體7—簧片d.機(jī)械微動(dòng)開關(guān)1—工件(鋼制)47第三節(jié)電阻式傳感器基本原理：將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化。一．變阻器式傳感器1．工作原理變阻器式傳感器金屬電阻應(yīng)變式電阻應(yīng)變式傳感器半導(dǎo)體應(yīng)變式也稱：電位差計(jì)式傳感器即。當(dāng)電阻絲截面A與材質(zhì)ρ一定時(shí)，是單值函數(shù)。第三節(jié)電阻式傳感器基本原理：將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換成電阻48設(shè)電位計(jì)觸頭移動(dòng)Δx，其相應(yīng)電阻值變化ΔR，則：2．直線位移型變阻器式傳感器3．角位移型同理，可得：4．非線性電位計(jì)設(shè)電位計(jì)觸頭移動(dòng)Δx，其相應(yīng)電阻值變化ΔR，則：2．直線位移496．特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，使用方便。但分辨力低，噪聲大。5．后接電路：電阻分壓h=f(x)6．特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，使用方便。但分辨力低，噪聲50二．電阻應(yīng)變式傳感器

分為：金屬電阻應(yīng)變式和半導(dǎo)體應(yīng)變式。1．電阻應(yīng)變效應(yīng)

電阻絲在外力的作用下發(fā)生變形，其電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象。當(dāng)受到外力F作用，其R的變化：設(shè)一根電阻絲，未受力時(shí)的原始電阻值：二．電阻應(yīng)變式傳感器分為：金屬電阻應(yīng)變式和半導(dǎo)體應(yīng)變式。151

522．金屬電阻應(yīng)變片

①工作原理②結(jié)構(gòu)分為：絲式和箔式a．絲式：四個(gè)基本部分組成：敏感柵（電阻絲）基片覆蓋層引出線幾何形變應(yīng)變系數(shù)或靈敏度2．金屬電阻應(yīng)變片②結(jié)構(gòu)分為：絲式和箔式a．絲式：四個(gè)基53

b．箔式特點(diǎn)：用柵狀金屬箔片代替柵狀金屬絲。*光刻技術(shù)，應(yīng)變花；*橫向效應(yīng)??；*散熱條件好；*疲勞壽命長(zhǎng)；*生產(chǎn)率高。目前使用的多系金屬箔式應(yīng)變片