传感器与调理技术.ppt

2.1 虚拟仪器常用传感器 21世纪的社会是信息社会。现代信息技术包括三大组成部分： 传感器技术—信息采集 通信技术----信息传递 计算机技术—信息处理 传感器技术位于信息技术之首。  2.1.1 传感器概述 传感器（Sensor）：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置。 2.传感器的组成 传感器由敏感元件、转换元件、测量电路三部分组成。 3.传感器分类 4.传感器技术的作用和地位 传感器广泛用于工业、农业、商业、交通、环境监测、医疗诊断、军事科研、航空航天、现代办公设备、智能楼宇和家用电器等领域。是构建现代信息系统的重要组成部分。 机械手、机器人中的传感器 AGV自动送货车 产品质量测量 楼宇控制与安全防护 其他应用 5.传感器发展趋势 目前传感器总的发展趋势是 : （1）新材料的开发和应用； （2）新工艺、新技术的应用； （3）新的效应的应用； （4）传感器的集成化； （5）传感器的多维化； （6）传感器的多功能化； （7）传感器的智能化。 1. 工作原理 应变效应：当导体或半导体在外界力的作用下发生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为应变效应。 应变效应 当电阻丝受到拉力F作用时, 将伸长ΔL, 横截面积相应减小ΔS, 电阻率将因晶格发生变形等因素而改变Δρ, 故引起电阻值相对变化量。 应变效应 电阻丝的灵敏系数 电阻丝的灵敏系数：把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏度系数。 其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量， 其表达式为： 2. 应变片的基本结构与种类 金属应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成。 敏感栅是应变片的核心部分，它粘贴在绝缘的基片上，其上再粘贴起保护作用的覆盖层，两端焊接引出导线。 金属电阻应变片的敏感栅有： ①金属丝式应变片 ②金属箔式应变片 3. 电阻应变片的测量电路 由于机械应变一般都很小，要把微小应变引起的微小电阻变化测量出来，同时要把电阻相对变化ΔR/R转换为电压或电流的变化。需要有专用测量电路用于测量应变变化而引起电阻变化的测量电路。 直流电桥 交流电桥 直流电桥 ① 直流电桥的平衡条件 负载RL→∞（开路） ② 电压灵敏度 设R1为应变片，应变时R1变化量为ΔR1，这时电桥失衡，不平衡输出电压为： 差动电桥电压灵敏度 4. 应变式传感器的应用 电阻应变式传感器按用途不同可分为： 应变式测力（称重）传感器 应变式压力传感器 应变式位移传感器 应变式加速度传感器 等几类 应变式传感器的应用主要体现在两个方面 ①将应变片粘贴于被测构件上，直接用来测定构件的应变和应力。 （1）应变式传感器测力 （2）应变式压力传感器 （3）应变式加速度传感器 1—质量块 2—等强度梁 3—壳体 4—电阻应变片 （4）应变式传感器测桥梁固有频率测量 2.1.3 电容式传感器 电容式传感器是把被测量的变化转换成电容量变化的一种传感器。 传统电容式传感器主要用于位移、振动、角度、加速度等机械量精密测量。现逐渐应用于压力、压差、液面、成份含量等方面的测量。 各种电容式传感器 1. 电容式传感器工作原理和类型 由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为： 电容传感器的结构类型 变面积式电容传感器 变介质型传感器 (1)变极距型电容传感器 变极距型电容传感器 变极距型差动结构 （2）变面积型电容传感器 （3）变介电常数型电容式传感器 变介电常数的两种类型 2. 电容式传感器测量电路 将电容量转换成电量 (电压或电流)的电路称作电容式传感器的测量电路。 （1）运算放大器式电路 （2）二极管双T型电路 双T型电路工作原理 （3）脉冲宽度调制电路 脉冲宽度调制电路工作原理 （2）电容测厚仪 （3）电容式料位计 （4）电容式接近开关 2.1.4 压电式传感器 压电式传感器是一种典型的发电型传感器，以电介质的压电效应为基础，外力作用下在电介质表面产生电荷，从而实现非电量测量。 压电式传感器可以对各种动态力、机械冲击和振动进行测量，在声学、医学、力学、导航方面都得到广泛的应用。 压电式传感器应用概述 1. 压电式传感器的工作原理 压电效应 某些物质在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生改变时，其表面上会产生电荷，若将外