傳感器技術(shù)概述課件

傳感器技術(shù)概述傳感器的定義與組成

傳感器的定義與組成傳感器的分類傳感器的分類敏感元件將被測(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)變式電阻變換器。結(jié)構(gòu)型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)，如熱敏電阻傳感器的分類能量轉(zhuǎn)換型（自源型）能量控制型（外源型）傳感器的分類(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； 電參數(shù)－電阻、電感、電容、互感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（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）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。傳感器的常用技術(shù)性能指標(biāo)2）高精度、高可靠性、無遲滯性、工作壽命長（耐用性）3）高響應(yīng)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、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)噪聲不敏感）、容易調(diào)節(jié)（校準(zhǔn)簡易）傳感器性能的基本要求彈性敏感元件彈性敏感元件

彈性模量、剛度的關(guān)系金屬在彈性范圍內(nèi)，外力和變形成比例地增長，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，剛度也愈大。彈性敏感元件的基本特性彈性敏感元件的基本特性k——彈性敏感元件的剛度

——其等效振動(dòng)質(zhì)量上式為固有頻率估算式，其中彈性敏感元件的基本特性A——諧振狀態(tài)下的振幅A0——靜態(tài)振幅彈性敏感元件的基本特性彈性敏感元件的基本特性彈性敏感元件的材料彈性敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性F——被測(cè)作用力，E——材料的彈性模量，A——橫截面積，μ——材料的泊松系數(shù)，ρ——材料的密度，l——柱式彈性元件的長度柱式彈性敏感元件主要用于電阻應(yīng)變式拉（壓）力等傳感器。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)相反。彈性敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性2）梁式彈性敏感元件(a)等截面梁彈性敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性2）梁式彈性敏感元件

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傳感器適于測(cè)量5,000N以下的載荷，最小可測(cè)約0.01N的力。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，靈敏度高，常用于小壓力測(cè)量中。(b)等強(qiáng)度梁結(jié)構(gòu)簡單，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，有效改善了梁的特性，多用于高精度測(cè)量，如工業(yè)電子稱等。彈性敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性3）環(huán)式彈性敏感元件

圓環(huán)受力后較容易變形，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，改善非線性，實(shí)際應(yīng)用中常采用變截面圓環(huán)。彈性敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性4）扭轉(zhuǎn)軸——測(cè)量扭矩5）膜片——壓力測(cè)量當(dāng)模片受到壓力時(shí)，將彎向壓力低的一面，從而將壓力變換為薄板的位移或應(yīng)變。扭轉(zhuǎn)軸專門用于扭距測(cè)量彈性敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性6）薄壁圓筒——壁厚和筒徑之比<1/20結(jié)構(gòu)簡單，剛度好，較大壓力測(cè)量多用。彈性敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性7）彈簧管和波紋管自由端的位移與管內(nèi)壓力成線性關(guān)系。將管內(nèi)壓力或軸向力轉(zhuǎn)換為波紋管的形變（拉伸或壓縮）。彈性敏感元件的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性彈性