傳感器與檢測技術最新版

1、07.07.2020,.,1,上節(jié)回顧: 1.檢測技術的基本概念及方法 2.傳感器的發(fā)展 3.傳感器的分類和基本特性,07.07.2020,.,2,1.4.2 誤差的表示方法,絕對誤差和修正值的量綱必須與示值量綱相同。 絕對誤差可表示測量值偏離實際值的程度，但不能表示測量的準確程度。,（1）絕對誤差,AxA0,修正值C,C=,當AxA0時，為正誤差；反之為負誤差。,A0 Ax+C,07.07.2020,.,3,（2）相對誤差,實際相對誤差,示值(標稱)相對誤差,滿度（引用）相對誤差,07.07.2020,.,4,1.4.3 準確度,傳感器和測量儀表的誤差是以準確度表示的。準確度常用最大引用誤差

2、來定義,它表示傳感器的最大相對誤差為S%。,儀表引起的最大測量相對誤差為,如壓力傳感器的準確度等級分別為0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、1.0、1.5、2.0等；我國電工儀表的準確度等級分別為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。,某0.1級壓力傳感器的量程為100MPa，測量50MPa壓力時，傳感器引起的最大相對誤差為,0.2%。,07.07.2020,.,5,本節(jié)主要內容:,07.07.2020,.,6,第一節(jié) 電阻應變式傳感器,07.07.2020,.,7,一、工作原理應變片的工作原理,金屬絲受拉時，l變長、r變小，導致R變大 。,07.07.2020,.,8

3、,二、應變片的工作原理,設有一長度為l 、截面積為A、半徑為r、電阻率為的金屬單絲，它的電阻值R可表示為 當沿金屬絲的長度方向作用均勻拉力（或壓力）時，上式中、r、l都將發(fā)生變化，從而導致電阻值R發(fā)生變化。例如金屬絲受拉時，l將變長、r變小，均導致R變大；又如，某些半導體受拉時，將變大，導致R變大。 實驗證明，電阻絲及應變片的電阻相對變化量R R與材料力學中的軸向應變x的關系在很大范圍內是線性的，即,K電阻應變片的靈敏度,07.07.2020,.,9,二、應變片的種類與結構,應變片可分為金屬應變片及半導體應變片兩大類。前者可分成金屬絲式、箔式、薄膜式三種。目前箔式應變片應用較多。金屬絲式應變片

4、使用最早，有紙基、膠基之分。由于金屬絲式應變片蠕變較大，金屬絲易脫膠，有逐漸被箔式所取代的趨勢。但其價格便宜，多用于應變、應力的大批量、一次性試驗。 箔式應變片中的箔柵是金屬箔通過光刻、腐蝕等工藝制成的。箔的材料多為電阻率高、熱穩(wěn)定性好的銅鎳合金。箔式應變片與片基的接觸面積大得多，散熱條件較好，在長時間測量時的蠕變較小，一致性較好，適合于大批量生產(chǎn)。還可以對金屬箔式應變片進行適當?shù)臒崽幚?，使其線脹系數(shù)、電阻溫度系數(shù)以及被粘貼的試件的線脹系數(shù)三者相互抵消，從而將溫度影響減小到最小的程度，目前廣泛用于各種應變式傳感器中。,07.07.2020,.,10,箔式應變片的外形,07.07.2020,.,

5、11,半導體應變片及金屬絲式應變片的結構,半導體應變片外形,金屬絲式應變片的內部結構,07.07.2020,.,12,應變片主要性能指標舉例,上表中，哪幾個型號是半導體應變片？依據(jù)是什么？,07.07.2020,.,13,應變片的粘貼： 1. 去污：采用手持砂輪工具除去構件表面的油污、漆、銹斑等，并用細紗布交叉打磨出細紋以增加粘貼力 ，用浸有酒精或丙酮的紗布片或脫脂棉球擦洗。,07.07.2020,.,14,2.貼片：在應變片的表面和處理過的粘貼表面上，各涂一層均勻的粘貼膠 ，用鑷子將應變片放上去，并調好位置，然后蓋上塑料薄膜，用手指揉和滾壓，排出下面的氣泡 。,07.07.2020,.,15

6、,3.測量 ：從分開的端子處，預先用萬用表測量應變片的電阻，發(fā)現(xiàn)端子折斷和壞的應變片。,07.07.2020,.,16,4.焊接： 將引線和端子用烙鐵焊接起來，注意不要把端子扯斷。,07.07.2020,.,17,5.固定： 焊接后用膠布將引線和被測對象固定在一起，防止損壞引線和應變片。,07.07.2020,.,18,三、測量轉換電路不平衡電橋,金屬應變片的電阻變化范圍很小，如果直接用歐姆表測量其電阻值的變化將十分困難，且誤差很大。 例如，有一金屬箔式應變片，標稱阻值R0為100，靈敏度K=2，粘貼在橫截面積為9.8mm2的鋼質圓柱體上，鋼的彈性模量E=21011N/m2，所受拉力F=0.2

7、t，受拉后應變片的阻值R 的變化量僅為0.2，所以必須使用不平衡電橋來測量這一微小的變化量。下面分析該橋式測量轉換電路是如何將R /R轉換為輸出電壓Uo的。,07.07.2020,.,19,三、測量轉換電路不平衡電橋,07.07.2020,.,20,電橋平衡的條件 ：R1/R2=R4/R3,調節(jié)RP，最終可以使R1/R2=R4/R3（ R1、R2是R1、R2并聯(lián)RP后的等效電阻），電橋趨于平衡，Uo被預調到零位，這一過程稱為調零。圖中的R5是用于減小調節(jié)范圍的限流電阻。,07.07.2020,.,21,單臂電橋,全橋四臂工作方式的靈敏度最高，雙臂半橋次之，單臂半橋靈敏度最低。,07.07.20

8、20,.,22,雙臂電橋,R1、 R2為應變片， R3、R4為固定電阻 。應變片R1 、R2 感受到的應變12以及產(chǎn)生的電阻增量正負號相間，可以使輸出電壓Uo成倍地增大。,07.07.2020,.,23,四臂全橋,全橋的四個橋臂都為應變片，如果設法使試件受力后，應變片R1 R4產(chǎn)生的電阻增量（或感受到的應變14）正負號相間，就可以使輸出電壓Uo成倍地增大。上述三種工作方式中，全橋四臂工作方式的靈敏度最高，雙臂半橋次之，單臂半橋靈敏度最低。采用全橋（或雙臂半橋）還能實現(xiàn)溫度自補償。,07.07.2020,.,24,全橋的溫度補償原理,當環(huán)境溫度升高時，橋臂上的應變片溫度同時升高，溫度引起的電阻值

9、漂移數(shù)值一致，可以相互抵消，所以全橋的溫漂較?。话霕蛞餐瑯幽芸朔仄?。,07.07.2020,.,25,07.07.2020,.,26,四、應變效應的應用,應變效應的應用十分廣泛。它可以測量應變應力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量。電阻應變片的應用可分為兩大類：第一類是將應變片粘貼于某些彈性體上，并將其接到測量轉換電路，這樣就構成測量各種物理量的專用應變式傳感器。應變式傳感器中，敏感元件一般為各種彈性體，傳感元件就是應變片，測量轉換電路一般為橋路；第二類是將應變片貼于被測試件上，然后將其接到應變儀上就可直接從應變儀上讀取被測試件的應變量。,07.07.2020,.,27,應變式力傳感器,應變

10、式力傳感器,F,F,F,F,07.07.2020,.,28,各種懸臂梁,F,F,固定點,固定點,電纜,應變式荷重傳感器的外形及應變片的粘貼位置,F,應變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）,F,F,荷重傳感器原理演示,荷重傳感器上的應變片在重力作用下產(chǎn)生變形。軸向變短，徑向變長。,汽車衡稱重系統(tǒng),電子天平,電子天平的精度可達十萬分之一,人體秤,應變式數(shù)顯扭矩扳手,可用于汽車、摩托車、飛機、內燃機、機械制造和家用電器等領域，準確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程2500N.m，耗電量10mA，有公制/英制單位轉換、峰值保持、自動斷電等功能。,07.07.2020,.,36,第二節(jié) 壓阻式固態(tài)壓力傳感器 利

11、用半導體材料的壓阻效應和集成電路擴散工藝制作的，四個半導體應變電阻處于同一硅片上，工藝一致性好，靈敏度相等，漂移抵消，遲滯、蠕變非常小，動態(tài)響應快。,07.07.2020,.,37,壓阻式固態(tài) 壓力傳感器 內部結構,信號處理電路,07.07.2020,.,38,小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器,高壓進氣口,低壓進氣口,絕對壓力傳感器,07.07.2020,.,39,投入式液位計,壓阻式固態(tài)壓力傳感器用于投入式液位計：p1的進氣孔用柔性不銹鋼隔離膜片隔離，并用硅油傳導壓力而與液體相通。,07.07.2020,.,40,投入式液位傳感器 投入式液位傳感器安裝方便，適應于深度為 幾米 至 幾十米，且混有 大

12、 量 污物、雜質的水或其他液體的液位測量。,07.07.2020,.,41,電阻應變儀,下圖所示的靜態(tài)應變儀測量范圍：19999； 分辨率： 1；電橋電壓：直流2.5V； 應變片：120或其他阻值； 測量點數(shù)：8/16點；,07.07.2020,.,42,與計算機接口的多路電阻應變測量模塊,07.07.2020,.,43,材料應變的測量,斜拉橋上的斜拉繩應變測試,07.07.2020,.,44,第三節(jié) 測溫熱電阻傳感器,一、金屬熱電阻,溫度升高，金屬內部原子晶格的振動加劇，從而使金屬內部的自由電子通過金屬導體時的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加，我們稱其為正溫度系數(shù)，即電阻值與溫度

13、的變化趨勢相同。,07.07.2020,.,45,取一只 100W/220V 燈泡，用萬用表測量其電阻值，可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而計算得到的額定熱態(tài)電阻值應為484 。,07.07.2020,.,46,易提純、復現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻,07.07.2020,.,47,表2-2 熱電阻的主要技術性能,07.07.2020,.,48,薄膜型及普通型鉑熱電阻,07.07.2020,.,49,小型鉑熱電阻,07.07.2020,.,50,防爆型鉑熱電阻,07.07.2020,.,51,汽車用水溫傳感器及水溫表,銅熱電阻,07.07.2020,.,52,學習查“鉑熱電阻分度表”,附

14、錄 鉑熱電阻分度表,07.07.2020,.,53,07.07.2020,.,54,鉑電阻溫度顯示、變送器,07.07.2020,.,55,可設定溫度的溫度控制箱,旋轉式機械 設定開關,撥碼式 設定開關,07.07.2020,.,56,07.07.2020,.,57,熱敏電阻,熱敏電阻有負溫度系數(shù)（NTC）和正溫度系數(shù)（PTC）之分。 NTC又可分為兩大類： 第一類用于測量溫度，它的電阻值與溫度之間呈嚴格的負指數(shù)關系； 第二類為突變型（CTR）。當溫度上升到某臨界點時，其電阻值突然下降 。,07.07.2020,.,58,熱敏電阻的外形、結構及符號,a）圓片型熱敏電阻 b）柱型熱敏電阻 c）珠型熱敏電阻 d）鎧裝型 e）厚膜型 f）圖形符號 1熱敏電阻 2玻璃外殼 3引出線 4紫銅外殼 5傳熱安裝孔,07.07.2020,.,59,下圖所示的五根曲線分別為哪一種熱敏電阻？,1 2 3 4 5,07.07.2020,.,60,熱敏電阻外形,MF12型 NTC熱敏電阻,聚脂塑料封裝熱敏電阻,07.07.2020,.,61,其他形式的熱敏電阻,玻璃封裝 NTC熱敏電阻,MF58 型熱敏電阻,07.07.2020,.,62,其他形式的熱敏電阻,帶安裝孔的熱敏電阻,大功率PTC熱敏電阻,07.07.2020,.,63,其他形式的熱敏電阻（續(xù)