15第3章_电气式传感(1)

第三章传感器(sensor)原理及应用基础第三章传感器原理及应用基础电气式传感1电阻式传感器(resistancesensor)2电感式传感器(inductancesensor)3电容式传感器(capacitancesensor)4压电式传感器(piezoelectricsensor)5磁电式传感器(magneticsensor)1电阻式传感器(resistancesensor)电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器。按工作的原理可分为1.1变阻器式1.2应变式热电阻(thermalresistance)式：温度电阻光敏(photosensitive)式：内光电效应(internalphotoeffect)磁敏(magneticsensitive)式：磁阻效应(magnetoresistance)（高斯效应）气敏(gassensing)式：气温度电阻AlR1.1变阻器(rheostat)式传感器1.1变阻器式传感器1.1变阻器式传感器工作原理-变阻器总长-电刷移动量-总电阻-电刷电阻-单位长度电阻值0eye00xxllppypydRRkxskdxxRexRexexe灵敏度pxxCBApxxpRxRlk1.1变阻器式传感器ye0epxx00pylyxexkee1.1变阻器式传感器后接分压电路0/0.11ypLppLpeeRRxRxxRxV0eyepxRRxRLR1.1变阻器式传感器案例：煤气包储量检测原理：钢丝-收线圈数-电位器(potentiometer)-电阻煤气包钢丝1.2电阻应变式传感器电阻应变片(resistancestraingauge)工作原理基于金属导体的应变效应(straineffect)，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化象。1.2电阻应变式传感器工作原理金属应变片的电阻R为任何一个参数变化均会引起电阻变化,求导数代入AlR/dAldAAldlAdR2AlR/dRdldAdRlA1.2电阻应变式传感器金属丝金属丝体积不变有有金属丝应变片，导电率不变2rAdrdrldlRdR2drdlrl2dRdR(12)dRR1.2电阻应变式传感器1.2电阻应变式传感器半导体应变计压阻效应(piezoresistiveeffect)：单晶半导体材料在沿某一轴向受力时，电阻率发生变化的现象。简化为优点：灵敏度大;体积小;缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片(metalstraingauge)。dRdER212dRdldrddRlrλ--纵向压阻系数E--材料的弹性模量(modulusofelasticity)1.2电阻应变式传感器电阻应变式传感器的应用：测力1.2电阻应变式传感器案例：桥梁固有频率测量1.2电阻应变式传感器案例：冲床生产记数和生产过程监测1.2电阻应变式传感器案例：振动式地音入侵探测器适合于金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打洞、爆破等破坏行为均可及时发现。2电感式传感器(inductancesensor)电感式传感器是基于电磁感应原理(Principlesofelectromagneticinduction)，它是把被测量转化为电感量(inductance)的一种装置。分类:2.1自感型(self-inductance)可变磁阻型涡流式2.2互感型(mutualinductance)（差动变压器(differentialtransformer)）2.1自感型(self-inductance)(可变磁阻式)原理:电磁感应线圈铁心衔铁00000022;mmimmimmLWiLWiiWRWRlRAAAlA由电磁学原理可知：　　　其中：电感；线圈匝数；电流；电流产生的磁通根据磁路欧姆定律:其中：磁动势；磁阻；则总磁阻为其中：铁心导磁长度；铁心磁导率；气隙长度空气磁导率；空气隙2002WAL导磁截面积则:2.1自感型(可变磁阻式)灵敏度(sensitivity)设间隙变化范围20022WAdLSdL000,22200000022200012222WAWAWAS2.1自感型(可变磁阻式)常用可变磁阻式传感器可变导磁面积型差动型单螺管线圈型双螺管线圈差动型差动型可改善非线性特性扩大线性范围提高灵敏度可变导磁面积型差动型2.1自感型(可变磁阻式)电感式接近开关（金属）在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能力的元件——位移传感器。利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开关。2.1自感型(涡流式)工作原理金属导体在交流磁场中的涡流效应(Eddycurrenteffect)。2.1自感型(涡流式)原线圈的等效阻抗(equivalentimpedance)Z的变化因此改变可作为位移、振动测量--高频反射式(High-frequencyreflection)改变可以作为材质鉴别或探伤--低频透射式(low-frequencytransmission)(,,,):ZZ其中线圈与金属板的距离；金属板的电阻率；磁导率；线圈激磁园频率；，2.1自感型(涡流式)高频反射式低频透射式2.1自感型(涡流式)电涡流传感器(eddycurrentsensor)的应用2.1自感型(涡流式)产品2.1自感型(涡流式)转子实验台2.1自感型(涡流式)原理图2.1自感型(涡流式)案例：连续油管的椭圆度测量CoiledTubeEddySensorReferenceCircle2.1自感型(涡流式)案例：无损探伤(non-destructiveinspection)原理:裂纹检测(crackdetection)，缺陷造成涡流变化。油管检测2.2互感型(差动变压器)(differentialtransformer)工作原理互感现象(phenomenonofmutualinductance)。将被测位移、转角转换为线圈的互感的变化。变压器。M-互感，与两线圈相对位置及周围介质的导磁能力有关。12dieMdt2.2互感型(差动变压器)螺管型差动变压器WW1W2Esx-xee1e2e0=e1-e22.2互感型(差动变压器)差动变压器测量电路R用来调零，消除二个次级线圈铜损电阻差值。相敏检波电路(Phase-sensitivedetectioncircuit)可判别输入电压正负极性。2.2互感型(差动变压器)产品2.2互感型(差动变压器)案例：张力测量(Tonometry)