【2017年整理】传感器与自动检测技术@余成波第三章重点.doc

一、电阻式传感器 1.应变式电阻传感器的概念及使用原理：是一种利用电阻应变效应，由电阻应变片和弹性敏感元件组合起来的传感器。将应变片粘贴在各种弹性敏感元件上，当弹性敏感元件感受到外力、位移、加速度等参数的作用，弹性敏感元件产生应变，再通过粘贴在上面的电阻应变片将其转换成电阻的变化。 2.应变式电阻传感器的的组成及各部分作用：通常，它主要是由敏感元件、基底、引线和覆盖层等组成。其核心元件是电阻应变片（敏感元件），它主要作用是敏感元件实现应变—电阻的变换。 3.根据敏感元件材料与结构的不同，应变片可分为，金属电阻应变片和半导体式应变片。 4.金属电阻应变片 （1）金属电阻应变片基本结构 由盖层、敏感栅、基底及引线四部分组成。 ①敏感栅可由金属丝、金属箔制成，它是转换元件，被粘贴在基底上。 ②用黏合剂粘贴在传感器弹性元件或试件上的应变片通过基底把应变 传递到敏感栅上。（1—敏感栅 2—基底 3—引线 4—盖层 5—黏合剂） ③同时基底起绝缘作用。 ④盖层起绝缘保护作用。焊接于敏感栅两端引线连接测量导线之用。 目前，常用的金属电阻应变片主要有：金属丝式应变片、箔式应变片、及金属薄膜应变片等结构形式。 （2）金属电阻应变片工作原理： 金属电阻应变片的工作原理是利用金属材料的电阻定律。当应变片的结构尺寸发生变化时，其电阻也发生相应的变化。 半导体应变片 （1）半导体应变片结构： 是用半导体材料，采用与丝式应变片相同方法制成的半导体应变片。图中1为基片，2为半导体敏感条，3为外引线，4为引线联接片，5为内引线。 （2）半导体应变片原理 工作原理是基于半导体材料的压阻效应。所谓压阻效应是指，当半导体材料的某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象。 半导体应变片受轴向力作用时，其电阻相对变化为， （3）半导体应变片的特点 半导体应变片最突出的优点是体积小，灵敏度高，频率响应范围很宽，输出幅值大，不需要放大器，可直接与记录仪连接使用，使测量系统简单；但它具有温度系数大，应变时非线性比较严重的缺点。 7.电阻式传感器的测量电路 当时，电桥的输出电压应为： 当电桥平衡时，=0，由上式可得到R1 R4＝R2 R3。平衡电桥 就是桥路中相邻两臂阻值之比应相等，桥路相邻两臂阻值之比相 等方可使流过负载电阻的电流为0。 8.电压灵敏度：电桥电压灵敏度定义为： 当 n = l时，为最大。这就是说，在供桥电压确定后，当R1＝R2，R3＝R4时，电桥的电压灵敏度最高。 ， ， 。 9.非线性误差及其补偿的方法：减小或消除非线性误差的方法有如下几种：（1）提高桥臂；（2）采用差动电桥：①半桥差动电路时： ， ②全桥差动电路时： 10.电阻式传感器的应用：（1）柱式力传感器；（2）电阻应变仪：静态电阻应变仪、静动态电阻应变仪、动态电阻应变仪、超动态电阻应变仪、遥测应变仪。 电容式传感器 1.电容式传感器是利用将非电量的变化转换为电容量的变化来实现对物理量的测量。 2.电容式传感器的特点：（1）受本身发热影响小；（2）静态引力小；（3）动态响应好；（4） 结构简单，适应性强；（5）可以进行非接触式测量。 3.电容传感器有如下不足之处：（1）输出阻抗较高、带负载能力差；（2）寄生电容影响大。 4.以平行板电容为例，如果不考虑其边缘效应，其电容量为 ，式中：为极板间介质的相对介电常数，空气介质为1；为真空介电常数8.85；A为二平行极板覆盖面积；为极板间距离。 变极距型电容式传感器（小范围）： 差动电容传感器： 变极板面积型电容传感器（大范围）：（1）平面线位移型传感器，电容量为： 灵敏度为： 常数；（2）圆柱型线位移传感器，电容量为： 灵敏度为： 常数；（3）角位移型传感器，电容量： 灵敏度为： 常数。 8.介质变化型电容传感器： 。 9.电容式传感器测量电路：常用的有桥式电路、调频振荡电路、运算放大器式电路和脉冲调宽型电路等几种。 脉冲调宽型电路中C1、C2是差动电容传感器的 两个变极距式电容传感器，电路结构可分为比 较器，RS触发器，RC充放电回路，低通滤波器。 比较器IC1、IC2中， 当U＋U-_时，输出 高电平；当U＋U-_时，输出低电平； （2）RS触发器。RS触发器的功能如表3-2； （3）R1、D1、C1构成一RC充放电回路； R2、D2、C2构成另一RC充放电回路。当Q为高电平