傳感器與檢測(cè)技術(shù)04章

1、第第4章章 傳感器技術(shù)概論傳感器技術(shù)概論 4.1 傳感器的基本概念 4.2 彈性敏感元件 4.3 傳感器的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì) 4.1 4.1 傳感器的基本概念傳感器的基本概念 1.傳感器的定義傳感器的定義：根據(jù)GB 7665規(guī)定能感受 （或響應(yīng)）規(guī)定的被測(cè) 量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換 成可用信號(hào)輸出的器件 或裝置。 定義的內(nèi)涵： 1、從傳感器的輸入端：只能感受規(guī)定的 被測(cè)量，有最大的靈敏度和最好的選擇 性； 2、從傳感器的輸出端：輸出信號(hào)為“可 有信號(hào)”-便于處理和傳輸（或更實(shí) 用的形式，如：語(yǔ)音等）； 3、從輸入與輸出之間的關(guān)系：應(yīng)具有一 定的規(guī)律（可以用確定的數(shù)學(xué)模型來(lái)描 述，也就是具有確定規(guī)律的靜

2、態(tài)和動(dòng)態(tài) 特性）。 2.傳感器的組成 敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路 被測(cè)量電量 3.敏感元件的定義的定義：根據(jù)GB 7665規(guī)定是指 傳感器中能直接感受 或響應(yīng)被測(cè)量的部分。 從其結(jié)構(gòu)和功能角度看，傳感器是包含 敏感元件及其輔助電路在內(nèi)的功能器件。敏 感元件是內(nèi)藏于傳感器中的元件。 當(dāng)傳感器的輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，則稱(chēng)作變送器。 傳感器的命名 命名：由主題詞加四級(jí)修飾語(yǔ)構(gòu)成 主題詞傳感器 第一級(jí)修飾語(yǔ)被測(cè)量，包括修飾 被測(cè)量的定語(yǔ) 第二級(jí)修飾語(yǔ)轉(zhuǎn)換原理，一般可 后續(xù)以“式”字 補(bǔ)充知識(shí) 第三級(jí)修飾語(yǔ)特征描述，指必須強(qiáng)調(diào)的傳 感器結(jié)構(gòu)、性能、材料特 征、敏感元件及其它必要的 性能特征，一般可后續(xù)以 “型

3、”字 第四級(jí)修飾語(yǔ)主要技術(shù)指標(biāo)（量程、精確 度、靈敏度等） 補(bǔ)充知識(shí) 例： 題目中的用法：在有關(guān)傳感器的統(tǒng)計(jì)表格、 圖書(shū)索引、檢索以及計(jì)算機(jī)漢字處理等特殊 場(chǎng)合，應(yīng)采用上述之順序： 如：傳感器，位移，應(yīng)變計(jì)式，100mm 補(bǔ)充知識(shí) 正文中的用法：在技術(shù)文件、產(chǎn)品樣本、學(xué) 術(shù)論文、教材及書(shū)刊的陳述句子中，作為產(chǎn) 品名稱(chēng)應(yīng)采用與上述相反的順序 如：10mm 應(yīng)變式 位移 傳感器 補(bǔ)充知識(shí) 傳感器的代號(hào) 代號(hào)：依次為主稱(chēng)（傳感器） 被測(cè) 量轉(zhuǎn)換原理序號(hào) 主稱(chēng)傳感器 代號(hào)C 被測(cè)量用一個(gè)或兩個(gè)漢語(yǔ)拼音的第 一個(gè)大寫(xiě)字母標(biāo)記 補(bǔ)充知識(shí) 轉(zhuǎn)換原理用一個(gè)或兩個(gè)漢語(yǔ)拼音的第 一個(gè)大寫(xiě)字母標(biāo)記 序號(hào)用一個(gè)阿拉伯

4、數(shù)字標(biāo)記，廠家自 定，用來(lái)表征產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性、性能參數(shù)、產(chǎn) 品系列等 補(bǔ)充知識(shí) 若產(chǎn)品性能參數(shù)不變，僅在局部有改動(dòng)或變 動(dòng)時(shí)，其序號(hào)可在原序號(hào)后面順序地加注大 寫(xiě)字母A、B、C等，（其中I、Q不用） 補(bǔ)充知識(shí) 例： 應(yīng)變式位移傳感器： C WY-YB-20 光纖壓力傳感器：C Y-GQ-2 補(bǔ)充知識(shí) 傳感器的圖用圖形符號(hào) 傳感器圖用圖形符號(hào)是電氣圖用圖形符 號(hào)的一個(gè)組成部分。 GBT 1447993規(guī)定，傳感器圖用圖 形符號(hào)由符號(hào)要素正方形和等邊三角形 組成。 補(bǔ)充知識(shí) 補(bǔ)充知識(shí) 圖中：正方形表示轉(zhuǎn)換元件，三角 形表示敏感元件 在使用這種圖形符號(hào)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題： （1）表示轉(zhuǎn)換原理的限定符

5、號(hào)應(yīng)寫(xiě)進(jìn)正方形內(nèi)， 表示被測(cè)量的限定符號(hào)應(yīng)寫(xiě)進(jìn)三角形內(nèi)。 （2）當(dāng)無(wú)需強(qiáng)調(diào)具體的轉(zhuǎn)換原理時(shí)，傳感器圖 用圖形符號(hào)亦可簡(jiǎn)化。 （3）對(duì)于傳感器的電氣引線，應(yīng)根據(jù)接線圖設(shè) 計(jì)需要，從正方形的三個(gè)邊線垂直引出。 補(bǔ)充知識(shí) 補(bǔ)充知識(shí) 補(bǔ)充知識(shí) 國(guó)標(biāo)GBT 1447993給出了43種常用傳感器的圖用圖形符號(hào)示例 4.傳感器的分類(lèi) 常用的分類(lèi)法有兩種： 一種是按照傳感器的用途區(qū)分 另一種是按傳感器的工作原理區(qū)分 按照傳感器的用途區(qū)分，如位移傳感器、力 傳感器、荷重傳感器、速度傳感器、振動(dòng)傳 感器、壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感 器和密度傳感器等。 按傳感器的工作原理區(qū)分，如電阻式傳感器、 電感式傳感器、

6、電容式傳感器、電渦流式傳感 器、磁電式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳 感器、磁彈性式傳感器、振頻式傳感器和電化 學(xué)式傳感器等。 有時(shí)也常把原理和用途結(jié)合起來(lái)命名，如電 感式位移傳感器和電容式壓力傳感器等。 # 按信號(hào)變換特征分類(lèi)：結(jié)構(gòu)型（結(jié)構(gòu)發(fā)生 變化）；物理型（物理性能） 例如：電阻發(fā)生變化（半導(dǎo)體、電阻絲）；電 容式、水銀溫度計(jì)等 #按能量關(guān)系分類(lèi)：能量轉(zhuǎn)換型、能量控制型 #按輸出形式：模擬、數(shù)字 #按接觸與否： 5、常見(jiàn)技術(shù)性能指標(biāo)： 輸入 、量程、過(guò)載能力、動(dòng)態(tài)、靜態(tài)、可靠 性、靈敏度、溫漂等 在彈性范圍內(nèi)大多數(shù)材料服從虎克定律， 即變形與受力成正比?？v向應(yīng)力與縱向應(yīng)變的 比例常數(shù)就是

7、材料的彈性模量E（modulus of elasticity），也叫楊氏模量。 補(bǔ)充知識(shí) 什么是材料的彈性和塑性什么是材料的彈性和塑性? ? 物體在外力的作用下，會(huì)產(chǎn)生形變，當(dāng)外 力消失后，恢復(fù)原形的形變稱(chēng)為彈性形變，在 沒(méi)有破碎的情況下，不能恢復(fù)原形的稱(chēng)為塑性 形變 一般在外力超過(guò)了材料彈性變形能力后就 會(huì)產(chǎn)生塑性形變，材料抵抗外力的這種性質(zhì)就 是他的彈性和塑性 材料能恢復(fù)原狀所能接受的最大外力就是 它的彈性極限 補(bǔ)充知識(shí) 應(yīng)變 strain 應(yīng)變又稱(chēng)“相對(duì)變形”。物體由于外因 (載荷、溫度變化等）使它的幾何形狀和尺寸 發(fā)生相對(duì)改變的物理量。物體某線段單位長(zhǎng) 度內(nèi)的形變（伸長(zhǎng)或縮短），即線段

8、長(zhǎng)度的 改變與線段原長(zhǎng)之比，稱(chēng)為“正應(yīng)變”或 “線應(yīng)變”，用符號(hào)表示； 補(bǔ)充知識(shí) 兩相交線段所夾角度的改變，稱(chēng)為“切 應(yīng)變”或“角應(yīng)變”，用符號(hào)表示。在變 形前為六面體形狀的單元體，其形變可分解 為六個(gè)獨(dú)立的分量，故應(yīng)變也有六個(gè)獨(dú)立的 分量即三個(gè)線應(yīng)變分量（x、y、z） 和三個(gè)角應(yīng)變分量(x、y、z）。變形 后單元體積元素的改變值與原單元體積的比 值稱(chēng)為“體積應(yīng)變”。 補(bǔ)充知識(shí) 4.2 4.2 彈性敏感元件彈性敏感元件 1.彈性敏感材料的基本特性 （1）剛度； （2）靈敏度； （3）彈性滯后； （4）彈性后效； （5）溫度特性； （6）固有頻率； （7）機(jī)械品質(zhì)因素。 （1）剛度 是彈性敏感元

9、件在外力作用時(shí)抵抗變形 的能力，一般用k表示 0 lim x FdF k xdx （2）靈敏度 通常用剛度的倒數(shù)來(lái)表示彈性元件的特性，稱(chēng) 為彈性元件的靈敏度，一般用S表示，其表達(dá)式為： 靈敏度就是單位力作用下彈性元件產(chǎn)生變形的 大小，靈敏度大，表明彈性元件軟，變形大。與剛 度相似，如果彈性特性是線性的，則靈敏度為一常 數(shù)，若彈性特性是非線性的，則靈敏度為一變數(shù)， 即表示此彈性元件在彈性變形范圍內(nèi)，各處由單位 力產(chǎn)生的變形大小是不同的。 1dx S kdF 常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和特性常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和特性 常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和特性常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和特性 通常使用的彈性元件的材料為合金鋼（40C

10、r， 35CrMnSiA等）、鈹青銅（Qbe2，QBr2.5等）、不銹 鋼（1Cr18Ni9Ti等）。 傳感器中彈性元件的輸入量是力或壓力，輸出 量是應(yīng)變或位移。在力的變換中，彈性敏感元件通 常有實(shí)心或空心圓柱體、等截面圓環(huán)、等截面或等 強(qiáng)度懸臂梁等；變換壓力的彈性敏感元件有彈簧管、 膜片、膜盒、薄臂圓桶等。 （3）彈性滯后 （4）彈性后效 （5）溫度特性 線膨脹系數(shù) 溫度對(duì)彈性模量的影響 00 1 t lltt 00 1 t EEtt （6）固有頻率 1 2 e k f m （7）機(jī)械品質(zhì)因素 每個(gè)振動(dòng)周期存儲(chǔ)的能量與由阻尼等消 耗的能量之比 S C E Q E 2.彈性敏感元件的材料 金屬

11、材料 非金屬材料 3.彈性敏感元件的結(jié)構(gòu)型式 （1）柱式彈性敏感元件 （2）梁式彈性敏感元件 （3）環(huán)式彈性敏感元件 （4）扭轉(zhuǎn)軸 （5）膜片和膜盒 （6）彈簧管 （7）波紋管 （8）薄壁圓筒 什么是數(shù)值的進(jìn)舍規(guī)則什么是數(shù)值的進(jìn)舍規(guī)則? ? 答：數(shù)值的進(jìn)舍規(guī)則是：答：數(shù)值的進(jìn)舍規(guī)則是： 1)擬定舍棄數(shù)字最左一位數(shù)字小于5時(shí)，則舍去， 保留的各位數(shù)字不變。例：將12.1498修約到一 位小數(shù)，得12.1，因45。 2)擬舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字大于5；或者是5， 而其后接并非全部為O的數(shù)字時(shí)，則進(jìn)l，即保 留的末位數(shù)字加l。 例l：將1268修約到“百”位，得13 x 102。 例2：將1268修約到“十”位，得127 x 10。 例3：將lO.502修約到個(gè)位，得ll。 補(bǔ)充知識(shí) 3)擬舍棄數(shù)字最左一位數(shù)字為5，而后面無(wú)數(shù)字或 皆為O時(shí)，若所保留的末位數(shù)字為奇數(shù)則進(jìn)l，為 偶數(shù)則舍棄。 例：將1.050