安全检测技术-3传感器基础（上）.ppt

安全检测技术 常用传感器的原理及结构 传感器的作用 传感器：将被测的物理量按一定规律变换成另一物理量的装置。 通常是非电量到电量 由力、压力、重量、力矩、应力、应变、位移、速度、加速度、流量、振动、噪声 到电流、电压、电阻、电感、电容、电荷、频率、阻抗等 也可由电量到非电量 逆压电效应 作用 检测的首要环节，计算机比作人的大脑，则传感器就是五官 传感技术是衡量国家科技现代化的重要标志 应用非常广泛 传感器分类 按输入量(被测对象)分类 物理量传感器：温度、压力、位移传感器等等 化学量传感器 生物量传感器 方便选择，容易根据被测对象选择所需要的传感器。 按转换原理分类：结构型、物性型 结构型传感器是利用机械构件(如金属膜片等)在动力场或电磁场的作用下产生变形或位移，将外界被测参数转换成相应的电阻、电感、电容等物理量，它是利用物理学运动定律或电磁定律实现转换的。 物性型传感器是利用材料的固态物理特性及其各种物理、化学效应(即物质定律，如虎克定律、欧姆定律等)实现非电量的转换。它是以半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。 传感器分类 按能量转换的方式分类 有源型：也称能量转换型或发电型，它把非电量直接变成电压量、电流量、电荷量等(如磁电式、压电式、光电池、热电偶等)； 无源型：也称能量控制型或参数型，它把非电量变成电阻、电容、电感等量。 输出信号的形式分类 按输出信号的形式，传感器可分为开关式、模拟式和数字式 按输入和输出的特性分类 线性 非线性 输出信号的形式分类 开关式 模拟式 数字式 结构性传感器-电阻式传感器 电阻式传感器原理 改变l可做成电位器式传感器； 改变l ，A可做成电阻应变片； 改变ρ可做成热敏电阻。 电位器式传感器 线绕电位器式传感器：由骨架、绕组、电刷、导电环及转轴构成。绕组用电阻丝的种类很多，电阻丝的材料是根据电位器的结构、容纳电阻丝的空间、电阻值和温度系数来选择。电阻丝越细，在给定空间内越获得较大的电阻值和分辨率。但电阻丝太细，影响传感器的寿命。 非线绕电位器式传感器 合成膜电位器 金属膜电位器 导电塑料电位器 导电玻璃釉电位器 线绕电位传感器阶梯特性 电刷在电位器的线圈上移动时，线圈一圈一圈的变化，电位器阻值随电刷移动不是连续地改变，导线与一匝接触过程中，虽有微小位移，但电阻值并无变化，因次输出电压也不改变，在输出特性曲线上对应地出现平直段；当电刷离开这一匝而与下一匝接触时，电阻突然增加一匝阻值，因次特性曲线相应出现阶跃段。 理想阶梯特性曲线 非线性电位器 变骨架式 非线性电位器 变节距式 非线绕电位器式传感器 为了克服线绕电位器存在的缺点，人们在电阻的材料及制造工艺上下了很多工夫，发展了各种非线绕电位器。 合成膜电位器 合成膜电位器的电阻体是用具有某一电阻值的悬浮液喷涂在绝缘骨架上形成电阻膜而成的，这种电位器的优点是分辨率较高、电阻范围很宽（100~4.7MΩ），耐磨性较好、工艺简单、成本低、输入—输出信号的线性度较好等，其主要缺点是接触电阻大、功率不够大、容易吸潮、噪声较大等。 非线绕电位器式传感器 金属膜电位器 金属膜电位器由合金、金属或金属氧化物等材料通过真空溅射或电镀方法，沉积在瓷基体上一层薄膜制成。 金属膜电位器具有无限的分辨率，接触电阻很小，耐热性好，它的满负荷温度可达70℃。与线绕电位器相比，它的分布电容和分布电感很小，所以特别适合在高频条件下使用。它的噪声信号仅高于线绕电位器。金属膜电位器的缺点是耐磨性较差，阻值范围窄，一般在10~100kΩ之间。由于这些缺点限制了它的使用。 非线绕电位器式传感器 导电塑料电位器 导电塑料电位器又称为有机实心电位器，这种电位器的电阻体是由塑料粉及导电材料的粉料经塑压而成。导电塑料电位器的耐磨性好，使用寿命长，允许电刷接触压力很大，因此它在振动、冲击等恶劣的环境下仍能可靠地工作。此外，它的分辨率教高，线性度较好，阻值范围大，能承受较大的功率。导电塑料电位器的 缺点是阻值易受温度和湿度的影响，故精度不易做得很高。 非线绕电位器式传感器 导电玻璃釉电位器 导电玻璃釉电位器又称为金属陶瓷电位器，它是以合金、金属化合物或难溶化合物等为导电材料，以玻璃釉为粘合剂，经混合烧结在玻璃基体上制成的。导电玻璃釉电位器的耐高温性好，耐磨性好，有较宽的阻值范围，电阻温度系数小且抗湿性强。 导电玻璃釉电位器的缺点是接触电阻变化大，噪声大，不易保证测量的高精度。 电阻应变片式传感器 结构 由弹性敏感元件和电阻应变片（金属或半导体材料）组成。 物理效应 金属电阻应变效应：当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化 半导体材料压阻效应：当半导体材料受到外力作用产生应力时，其电阻率将发生变化。 原理 弹性元件受力变形后，粘贴其上的电阻应变片因变形而