非电量的测量（传感器）简介课件.ppt

３．光敏二極體、光敏三極管光敏二極體的結構與一般二極體相似。在電路中一般處於反向工作狀態，如圖13-19所示。在不受光照射時，它處於截止狀態，受光照射時，處於導通狀態，起著變阻作用。μAEΦ圖13-19光敏二極體PNVDVDIΦ+–13.1感測器概述13.1.1感測器感測器是一種能感受規定的被測量，並以一定的精度按照一定規律將被測量轉換為易於處理和測量的某種輸出信號（一般為電信號）的器件或裝置。有人把電腦比喻為人的大腦的延續，稱之為“電腦”；而把感測器比喻為人的五官的延續，稱之為“電五官”。感測器是自動控制系統的感受器官，是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。13.1.2感測器的組成感測器一般由敏感元件、傳感元件和測量轉換電路組成，如圖13-1所示。被測量(非電量)電量圖13-1感測器組成框圖敏感元件傳感元件基本轉換電路13.1.3感測器的分類感測器的分類方法很多，一般按被測物理量和感測器工作原理分類。按被測物理量分類時，能明確地表示感測器的用途。如位移感測器、力感測器、溫度感測器等。按感測器工作原理分類時，是根據檢測變換原理的不同進行分類。可分為電阻感測器、電感感測器、電容感測器、熱電傳感器、光電感測器等。13.2測力感測器及其應用13.2.1彈性敏感元件彈性敏感元件是許多感測器的基本元件。彈性敏感元件根據感受的物理量不同，可分為力敏感型、壓力型和溫度敏感型。其中力敏感型彈性元件是能夠感受力的變化，並將其轉換成位移(或應變)的彈性敏感元件。常見的結構形式有柱式和梁式。柱式彈性元件可以是實心柱體或空心柱體，如圖13-2所示。其主要特點是加工方便、結構簡單，適用於拉力測量和稱重系統，能承受較大載荷。圖13-2等截面軸彈性元件FF(a)(b)梁式彈性是一端固定另一端自由的彈性元件，又稱懸臂梁。按其截面形狀又可分為等截面懸臂梁和變截面懸臂梁。如圖13-3所示。其主要特點是結構簡單，靈敏度高，適用於小載荷(1?103N）測量。(b)FF圖13-3懸臂梁式彈性敏感元件(a)13.2.2電阻應變式感測器1.電阻應變效應金屬導體的電阻隨著它受外力作用發生機械變形的大小而變化的現象稱為金屬的電阻應變效應。如金屬電阻絲受拉力作用而變細，其電阻值將增大。?2.金屬電阻應變片結構金屬電阻應變片的基本結構如圖13-4所示。它由絕緣基片3，敏感柵4，柵兩端的引線1，以及覆蓋層2組成。應變片的敏感柵形式較多，這裏僅介紹絲式。金屬電阻應變片式感測器基本結構有彈性元件、應變片、測量橋路三部分。使用應變片式傳感器進行力的測量時，首先要選擇合適的應變片粘貼在被測試件上。當試件受力產生應變和應力時，粘貼在其上的應變片也會受力產生應變，其結果是應變片的電阻值也發生變化。這樣就把力這個非電量轉換為電阻量，而電阻的測量通常借助於電橋電路。1234b圖13-4電阻絲應變片結構示意圖l1-引線2-覆蓋層3-絕緣基片4-敏感柵圖13-5所示為電橋的基本線路。圖中，R1、R2、R3、R4為電橋的四個橋臂電阻，電橋的供電電源可以是直流電源也可以是交流電源。為了調整方便，通常採用四個橋臂電阻值相等的等臂電橋或用兩相鄰橋臂電阻值相等的對稱電橋。當橋臂電阻無變化時，電橋處於平衡狀態，輸出電壓為零；當橋臂電阻有變化時輸出一個與電阻變化成正比的電壓值。Uo++––R1R2R3R4Ui圖13-5橋式轉換電路如果把應變片式感測器中的電阻應變片作為電橋的橋臂電阻接線上路上，那麼應變片受力產生的電阻的改變，可以轉換為電橋電壓值的變化。被測試件受力值的測量過程可以簡單示意如下：力的變化(ΔF)─→應變(ε)─→應變片電阻變化(ΔR)─→橋路電壓的變化(ΔU)若電橋四個橋臂電阻都用應變片，則稱為全橋式；若只有兩相鄰橋臂用應變片則稱半橋式；若只有一個橋臂為應變片電阻的稱為單臂電橋。由於溫度的變化是客觀存在的，就給測量結果帶來誤差。為消除這個誤差，常進行溫度補償。把因溫度的變化引起的電阻變化抵消掉。補償方法很多，一般全橋式和半橋式橋路都具有溫度補償作用，這裏不一一介紹了。3.測力感測器的應用測力感測器常用彈性敏感元件將被測力的變化轉換為應變量的變化。下麵介紹一種縫紉機上使用的測力感測器——面線張力感測器。為了提高縫紉機生產能力，必須對縫紉機的各種參