现代检测技术传感器技术概述.

现代检测技术传感器技术概述精勤求学敦笃励志果毅力行忠恕任事Xi’anJiaotongUniversity传感器的定义与组成Xi’anJiaotongUniversity传感器的定义与组成Xi’anJiaotongUniversity传感器的分类Xi’anJiaotongUniversity传感器的分类敏感元件将被测信号转换为中间变量，如膜片、环的变形等；变换器（在辅助电源作用下）将中间变量转换为电量变化，如应变式电阻变换器。结构型敏感元件或弹性元件＋变换器物性型无中间转换机构，如热敏电阻Xi’anJiaotongUniversity传感器的分类能量转换型（自源型）能量控制型（外源型）Xi’anJiaotongUniversity传感器的分类(5)按传感器输出量分为电量型、电参数型：电量－电压、电流、电荷；电参数－电阻、电感、电容、互感Xi’anJiaotongUniversity1）容量——输入信号工作范围或量程；2）驱动——输出的负载能力（包括数字输出接口）、电气、机械特性3）静态特性指标——线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性、稳定性等；4）动态特性指标——固有频率、阻尼比、时间常数等；5）可靠性——工作寿命、故障率、绝缘、耐压、耐温等；6）对环境要求的指标——工作温度范围、抗潮湿、抗电磁干扰、抗冲振要求等；7）使用配电要求——供电方式、安装方式、输入输出阻抗等。传感器的常用技术性能指标Xi’anJiaotongUniversity2）高精度、高可靠性、无迟滞性、工作寿命长（耐用性）3）高响应速率、可重复性、抗老化、抗环境影响（热、振动、酸、碱、空气、水、尘埃）的能力4）选择性、安全性（传感器应是无污染的）、互换性、低成本5）宽测量范围、小尺寸、重量轻和高强度、宽工作温度范围1）高灵敏度、线性、抗干扰的稳定性（对噪声不敏感）、容易调节（校准简易）传感器性能的基本要求Xi’anJiaotongUniversity弹性敏感元件Xi’anJiaotongUniversity弹性敏感元件弹性模量、刚度的关系金属在弹性范围内，外力和变形成比例地增长，即应力与应变成正比例关系时（符合虎克定理），这个比例系数就称为弹性模量，根据应力，应变的性质通常又分为：弹性模量和切变模量，弹性模量的大小，相当于引起物体单位变形时所需应力之大小，是衡量材料刚度的指标，弹性模量愈大，刚度也愈大。Xi’anJiaotongUniversity弹性敏感元件的基本特性Xi’anJiaotongUniversity弹性敏感元件的基本特性Xi’anJiaotongUniversityemk——弹性敏感元件的刚度——其等效振动质量上式为固有频率估算式，其中弹性敏感元件的基本特性Xi’anJiaotongUniversityA——谐振状态下的振幅A0——静态振幅弹性敏感元件的基本特性21()21nAXi’anJiaotongUniversity弹性敏感元件的基本特性Xi’anJiaotongUniversity弹性敏感元件的材料Xi’anJiaotongUniversity弹性敏感元件的结构与力学特性F——被测作用力，E——材料的弹性模量，A——横截面积，μ——材料的泊松系数，ρ——材料的密度，l——柱式弹性元件的长度柱式弹性敏感元件主要用于电阻应变式拉（压）力等传感器。Xi’anJiaotongUniversity在梁的根部（x=0），应变最大，在x=l处应变为零；梁的上下表面应变性质相反。弹性敏感元件的结构与力学特性2）梁式弹性敏感元件(a)等截面梁Xi’anJiaotongUniversity弹性敏感元件的结构与力学特性2）梁式弹性敏感元件梁的截面成等腰三角形，集中力F作用在三角形顶点。梁内各横截面产生的应力是相等的，表面上任意位置的应变也相等。用梁式弹性元件制作的力传感器适于测量5,000N以下的载荷，最小可测约0.01N的力。这种传感器结构简单，加工容易，灵敏度高，常用于小压力测量中。(b)等强度梁Xi’anJiaotongUniversity结构简单，灵敏度高，多用于较小力的测量。以应变或自由端的位移作为输出量。实际应用中常采用特殊形状的梁式弹性元件，如双孔梁、S形元件等，克服了力的作用点移动或受侧向力作用的影响，有效改善了梁的特性，多用于高精度测量，如工业电子称等。弹性敏感元件的结构与力学特性Xi’anJiaotongUniversity3）环式弹性敏感元件圆环受力后较容易变形，因此多用于测量较小的力。为了提高圆环的刚度和抗过载能力，改善非线性，实际应用中常采用变截面圆环。弹性敏感元件的结构与力学特性Xi’anJiaotongUniversity4）扭转轴——测量扭矩5）膜片——压力测量当模片受到压力时，将弯向压力低的一面，从而将压力变换为薄板的位移或应变。扭转轴专门用于扭距测量弹性敏感元件的结构与力学特性Xi’anJiaotongUniversity6）薄壁圆筒——壁厚和筒径之比1/20结构简单，刚度好，较大压力测量多用。弹性敏感元件的结构与力学特性Xi’anJiaotongUniversity7）弹簧管和波纹管自由端的位移与管内压力成线性关系。将管内压力或轴向力转换为波纹管的形变（拉伸或压缩）。弹性敏感元件的结构与力学特性Xi’anJiaotongUniversity弹性敏感元件的结构与力学特性