第三章 常用傳感器及敏感元件

1、測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 第三章第三章 常用傳感器常用傳感器3.1 概概 述述 3.2 電阻傳感器電阻傳感器 3.3 電容傳感器電容傳感器 3.4 電感傳感器電感傳感器 3.5 磁電傳感器磁電傳感器 3.6 壓電傳感器壓電傳感器 3.7 磁敏傳感器磁敏傳感器 3.8 傳感器選用原則傳感器選用原則測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 3.1 概概 述述1. 傳感器傳感器(Sensor)定義定義傳感器是能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換傳感器是能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。通常由成可用輸出信號的器件

2、或裝置。通常由敏感元件敏感元件和和轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件組組成成(GB766-87)。 狹義上，狹義上，非電信號非電信號 電信號電信號。在非電量電測系統(tǒng)中的作用在非電量電測系統(tǒng)中的作用:敏感作用敏感作用:感受并拾取被測對象的信號感受并拾取被測對象的信號變換作用變換作用:被測信號轉(zhuǎn)換成易于檢測和處理的電信號被測信號轉(zhuǎn)換成易于檢測和處理的電信號測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 2. 傳感器的分類傳感器的分類(1)(1)按被測物理量分類按被測物理量分類位移傳感器位移傳感器, ,力傳感器力傳感器, ,溫度傳感器等溫度傳感器等. .(2)(2)按傳感器的工作原理分類按傳感器的工作原理

3、分類機械式機械式, ,電氣式電氣式, ,光學式光學式, ,流體式等流體式等. .(3)(3)按敏感元件與被測對象之間的能量關系按敏感元件與被測對象之間的能量關系 能量轉(zhuǎn)換型能量轉(zhuǎn)換型: :直接由被測對象輸入能量使其工作直接由被測對象輸入能量使其工作. . 例如例如: :熱電偶溫度計熱電偶溫度計, ,壓電式加速度計壓電式加速度計. . 能量控制型能量控制型: :從外部供給能量并由被測量控制外部供給能量的變化從外部供給能量并由被測量控制外部供給能量的變化. . 例如例如: :電阻應變片電阻應變片. .測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 工作范圍或量程應足夠大，具有一定的過載

4、能力工作范圍或量程應足夠大，具有一定的過載能力 與檢測系統(tǒng)匹配性好，轉(zhuǎn)換靈敏度高與檢測系統(tǒng)匹配性好，轉(zhuǎn)換靈敏度高 精度適當，穩(wěn)定性高精度適當，穩(wěn)定性高 反應速度快，工作可靠性高反應速度快，工作可靠性高 適應性和適用性強適應性和適用性強(4)(4)按信號變換特征分類按信號變換特征分類物性型物性型: :依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信號變換依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信號變換. . 如如: :水銀溫度計水銀溫度計. .結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型: :依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變. . 例如例如: :電容式和電感式傳感器電容式和電感式傳感器. .3

5、. 傳感器的性能要求傳感器的性能要求測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 4. 常見的被測物理量常見的被測物理量機械量機械量: 長度，厚度，位移，速度，加速度，旋轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)數(shù)長度，厚度，位移，速度，加速度，旋轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)數(shù), 質(zhì)量，重量，力，壓力，真空度，力矩，流速，流量；質(zhì)量，重量，力，壓力，真空度，力矩，流速，流量；聲聲: 聲壓，噪聲；聲壓，噪聲；磁磁: 磁通，磁場；磁通，磁場；溫度溫度: 溫度，熱量，比熱；溫度，熱量，比熱；光：光： 亮度，色彩亮度，色彩 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 電阻式傳感器電阻式傳感器 是把被測量轉(zhuǎn)換為是把被測量轉(zhuǎn)換為

6、電阻變化電阻變化的一種傳的一種傳感器。感器。按工作的原理可分為按工作的原理可分為: : 變阻器式變阻器式 電阻應變式電阻應變式 熱敏式熱敏式 光敏式光敏式 濕敏式濕敏式 AlR 3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 1EERRxLx R總電阻總電阻; Rx 電刷電阻電刷電阻;AlR 1. 變阻器式傳感器變阻器式傳感器測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 2.應變式電阻傳感器應變式電阻傳感器絲式應變片絲式應變片 箔式應變片箔式應變片 AlR 半導體應變片半導體應變片金屬應變片金屬應變片 絲式、箔式絲式、箔式半導體應變片半

7、導體應變片測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 比例關系比例關系 AlR 應變片受力應變片受力 應變應變 比例關系比例關系 應變片電阻的變化應變片電阻的變化 (1)應變效應應變效應 導體或半導體在外力作用下產(chǎn)生導體或半導體在外力作用下產(chǎn)生機械變形機械變形而引起導體或半而引起導體或半導體的導體的電阻值發(fā)生變化電阻值發(fā)生變化的物理現(xiàn)象稱為的物理現(xiàn)象稱為應變效應應變效應。傳感元件：電阻應變片，它是一種把被測試件的傳感元件：電阻應變片，它是一種把被測試件的應變量應變量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成成電阻變化量電阻變化量的傳感元件。的傳感元件。測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器

8、 AlR (2)工作原理工作原理式中，式中， 導線的電阻率，又稱為電阻系數(shù)導線的電阻率，又稱為電阻系數(shù)金屬導線的金屬導線的應變電阻效應應變電阻效應： 當金屬絲由于受到軸向力當金屬絲由于受到軸向力P而伸長時，長度增長，截而伸長時，長度增長，截面積減小，其電阻值就增大；反之，如細絲因受壓力而面積減小，其電阻值就增大；反之，如細絲因受壓力而縮短，即長度變短，截面積變粗時，則電阻就減小?？s短，即長度變短，截面積變粗時，則電阻就減小。測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 應變片受力后，電阻的變化應變片受力后，電阻的變化dR AARRllRRdddd AlR 則則AAlAllARdd

9、dd2 兩邊同除以兩邊同除以R，同時同時R= l/A，則則AAllRRdddd dl/l = e e 金屬導線長度的相對變化，稱金屬導線長度的相對變化，稱縱向應變縱向應變。 d / 導線電阻率的相對變化。導線電阻率的相對變化。 dA/A 導線截面積的相對變化，稱為導線截面積的相對變化，稱為稱橫向應變稱橫向應變。 (2).(2).工作原理工作原理測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 對于圓形截面積的導線，若半徑為對于圓形截面積的導線，若半徑為r，則，則 rrrddAd2)(2 )d(2d22rrrrrAdA 橫向應變橫向應變dr/r和縱向應變和縱向應變dl/l之比稱為泊桑比

10、，即之比稱為泊桑比，即 llrrdd故故 llAAd2d 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 AAllRRdddd e e E dE為導線材料的彈性模量，為導線材料的彈性模量， 為壓阻系數(shù)，與材料有關。為壓阻系數(shù)，與材料有關。則則 llAAd2d 已知已知當導體材料確定后，當導體材料確定后， 、 、E均為常數(shù)，則均為常數(shù)，則(1+2 + E)為為常數(shù)。常數(shù)。 e e )21(d2dddEllllRR 靈敏度為：靈敏度為： ES 21應變片電阻的相對變化率應變片電阻的相對變化率dR/R與應變與應變e e之間是線形關系之間是線形關系測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器

11、第三章常用傳感器 e ee e SERdR)21(推導推導 AlR : 泊松系數(shù)，泊松系數(shù)，E: 彈性模量，彈性模量，e e : 縱向應變，縱向應變， : 壓阻系數(shù)壓阻系數(shù)S由兩部分組成：由兩部分組成：前一部分前一部分 (1+2 ) 是由金屬導線的是由金屬導線的幾何變形幾何變形引起的；引起的； 后一部分后一部分 E 除與金屬導線幾何尺寸有關外，還與除與金屬導線幾何尺寸有關外，還與金屬本身的特性有關。金屬本身的特性有關。測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 金屬應變片（金屬應變片（ 不變）不變）金屬應變計金屬應變計 半導體應變片（半導體應變片（ 變化）變化）半導體應變計半導

12、體應變計6 . 37 . 1)21( gSRdRe e 7060 gSERdRe e e ee e SERdR)21(測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 (3)應變片的主要參數(shù)應變片的主要參數(shù)1) 幾何參數(shù)：表距幾何參數(shù)：表距L和絲柵寬度和絲柵寬度b，制造廠常用，制造廠常用bL 表示。表示。 2) 電阻值：應變計的原始電阻值。電阻值：應變計的原始電阻值。 3) 靈敏系數(shù)：表示應變計變換性能的重要參數(shù)。靈敏系數(shù)：表示應變計變換性能的重要參數(shù)。 4) 其它表示應變計性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、其它表示應變計性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。

13、蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 (4)金屬應變計金屬應變計 金屬應變計有金屬應變計有: 1、絲式絲式 2、箔式箔式 優(yōu)點優(yōu)點:穩(wěn)定性和溫度特穩(wěn)定性和溫度特性好性好. 缺點缺點:靈敏度系數(shù)小靈敏度系數(shù)小.測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 體型體型薄膜型薄膜型擴散型擴散型(5)半導體應變計半導體應變計 優(yōu)點：優(yōu)點：應變靈敏度大應變靈敏度大; ;體積小體積小; ;能制成具有一定應變電阻的元能制成具有一定應變電阻的元件件. . 缺點：缺點：溫度穩(wěn)定性和可重復性溫度穩(wěn)定性和可重復性不如金屬應變片不如金屬應變片。

14、測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 立柱應力立柱應力 橋梁應力橋梁應力 德國德國HBMHBM電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器 (6).應變式電阻傳感器的應用應變式電阻傳感器的應用測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 壓力傳感器壓力傳感器 質(zhì)量傳感器質(zhì)量傳感器 位移傳感器位移傳感器 加速度計加速度計 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 壓力傳感器壓力傳感器 扭矩傳感器扭矩傳感器 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 溫度溫度(熱量熱量)的變化的變化電阻的變化電阻的變化 溫度檢測溫度檢測 :-200+500

15、 3.其他電阻傳感器其他電阻傳感器(1).熱電阻傳感器熱電阻傳感器 利用導電物體電阻率隨本身溫度變化而變化的利用導電物體電阻率隨本身溫度變化而變化的溫度電阻效應制成的傳感器。溫度電阻效應制成的傳感器。測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 圓形熱敏電阻圓形熱敏電阻 柱形熱敏電阻柱形熱敏電阻 珠形熱敏電阻珠形熱敏電阻 熱敏電阻在電路中的符號熱敏電阻在電路中的符號 (2).熱敏電阻傳感器熱敏電阻傳感器非線性元件非線性元件: :它的溫度它的溫度- -電阻關系是指數(shù)關系電阻關系是指數(shù)關系 溫度為溫度為-50-50350350測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器

16、 (3)光敏電阻傳感器光敏電阻傳感器 (4)濕敏電阻傳感器濕敏電阻傳感器 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 變換原理變換原理將被測物理量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化。將被測物理量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化。兩平行極板組成的電容器兩平行極板組成的電容器, ,它的電容量為它的電容量為: :當被測量當被測量d d、A或或 e e 發(fā)生變化時，都會引起電容的變化。發(fā)生變化時，都會引起電容的變化。如果保持其中的兩個參數(shù)不變，而僅改變另一個參數(shù)，如果保持其中的兩個參數(shù)不變，而僅改變另一個參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化變換為單一電容量的變化。就可把該參數(shù)的變化變換為單一電容量的變化。+ + + d

17、 A e d de ee eAC0 3.3 電容式傳感器電容式傳感器測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 2. 分類分類 c) 介質(zhì)變化型介質(zhì)變化型a) 極距變化型極距變化型+ b)面積變化型面積變化型:平面線位移型平面線位移型,角位移型角位移型, 柱面線位移型柱面線位移型d de ee eAC0 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 3. 靈敏度靈敏度 a) 極距變化型極距變化型d de ee eAC0 d dd de ee edd20AC 傳感器的靈敏度近似為：傳感器的靈敏度近似為：d dd de ee ed dCACS 20dd變極距電容傳感器

18、變極距電容傳感器 平板電容器平板電容器 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 傳感器靈敏度傳感器靈敏度b)面積變化型面積變化型a)a)直線位移型直線位移型 d de ee ebxC0 常常數(shù)數(shù) d de ee ebxCS0dd直線位移型直線位移型b)b)角位移型角位移型 d d e ee e220rC 傳感器靈敏度傳感器靈敏度 常常數(shù)數(shù) d de ee e 2dd20rCS角位移型角位移型測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 介質(zhì)常數(shù)變化型電容式傳感器介質(zhì)常數(shù)變化型電容式傳感器c)介質(zhì)變化型介質(zhì)變化型 大多用于測量電介質(zhì)的厚大多用于測量電介質(zhì)的厚度度

19、(圖圖a)、位移、位移(圖圖b)、液位、液位(圖圖c) 根據(jù)極板介質(zhì)的介電常數(shù)根據(jù)極板介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度、濕度、容量改變隨溫度、濕度、容量改變而改變來測量溫度、濕度、而改變來測量溫度、濕度、容量容量(圖圖d)等。等。測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 振動測量振動測量 旋轉(zhuǎn)軸的偏心量的測量旋轉(zhuǎn)軸的偏心量的測量 4.電容式傳感器的應用電容式傳感器的應用測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 電容式氫液高度傳感器電容式氫液高度傳感器 紗條均勻度測試儀紗條均勻度測試儀 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 電感式傳感器電感式傳感器自

20、感型自感型 可變磁阻型可變磁阻型 渦流式渦流式互感型互感型3.4 電感式傳感器電感式傳感器電感式傳感器是基于電感式傳感器是基于電磁感應電磁感應原理，它是把原理，它是把被測量被測量轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為電感量電感量的一種裝置。的一種裝置。分類分類: :測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 1. 可變磁阻式可變磁阻式(自感型自感型)002AAlRm d d 原理原理: :電磁感應電磁感應W：線圈匝數(shù)；線圈匝數(shù)； l：軟鐵長度；軟鐵長度； ：軟鐵磁導率；：軟鐵磁導率； 0：空氣磁導率：空氣磁導率 A：鐵芯導磁截面：鐵芯導磁截面 A0：空氣導磁截面：空氣導磁截面可變磁阻式傳感器基本原理可變

21、磁阻式傳感器基本原理1.線圈線圈 2.鐵芯鐵芯 3.銜鐵銜鐵mRWL2 d d 2002AWL 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 d d 2002AWL (1).間隙變化型間隙變化型20022WAdLLSd d dd dd d 間隙變化型可變磁阻式傳感器結(jié)構(gòu)間隙變化型可變磁阻式傳感器結(jié)構(gòu) 當當 0 、A0固定不變，改變固定不變，改變d d 時，時，L與與d d 呈非線形（雙曲線）關系呈非線形（雙曲線）關系. L L與與d d 的雙曲線關系的雙曲線關系 傳感器靈敏度：傳感器靈敏度： d dL 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 d d 2002A

22、WL (2).面積變化型面積變化型面積變化型可變磁阻式傳感器結(jié)構(gòu)面積變化型可變磁阻式傳感器結(jié)構(gòu) 當當 0 、d d 固定不變，改變固定不變，改變A0時，時，L與與A0呈線形關系呈線形關系. 傳感器靈敏度傳感器靈敏度 2002WdLSdA d dL與與A0的線形關系的線形關系= =常數(shù)常數(shù)測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 (3).螺線管型螺線管型 當其它參數(shù)不變，僅改變當其它參數(shù)不變，僅改變l，使使Rm變化，從而產(chǎn)變化，從而產(chǎn)生電感的變化。生電感的變化。 002AAlRm d d mRWL2 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 (4).差動型差動

23、型變間隙型差動變壓器變間隙型差動變壓器 輸出特性輸出特性傳感器靈敏度傳感器靈敏度 d dd dLddLS2 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 當金屬板置于變化磁場中或者在磁場中運動時，在金屬板中當金屬板置于變化磁場中或者在磁場中運動時，在金屬板中產(chǎn)生感應電流，這種電流在金屬體內(nèi)是閉合的，稱為產(chǎn)生感應電流，這種電流在金屬體內(nèi)是閉合的，稱為渦流渦流。 渦流的大小與金屬板的渦流的大小與金屬板的電阻率電阻率 、磁導率磁導率 、厚度厚度t，以及金，以及金屬板與線圈屬板與線圈距離距離、激勵電流、角頻率等參數(shù)有關。、激勵電流、角頻率等參數(shù)有關。 渦流式電感傳感器可分為渦流式電感傳感

24、器可分為 1）高頻反射式高頻反射式 2）低頻投射式低頻投射式2. 渦流式電感傳感器渦流式電感傳感器測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 原線圈的等效阻抗原線圈的等效阻抗Z變化：變化：),( d dZZ (1).高頻反射式（集膚效應）高頻反射式（集膚效應） 高頻反射式渦流傳感器高頻反射式渦流傳感器 )(d dfZ 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 (2).低頻透射式（互感原理）低頻透射式（互感原理）低頻透射式渦流傳感器低頻透射式渦流傳感器 e2隨材料厚度增加變化的規(guī)律隨材料厚度增加變化的規(guī)律 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感

25、器 3.渦流式傳感器的應用渦流式傳感器的應用案例：位移、振幅、軸心軌跡的測量案例：位移、振幅、軸心軌跡的測量徑向振動的測量徑向振動的測量 構(gòu)件振幅的測量構(gòu)件振幅的測量 構(gòu)件振型的測量構(gòu)件振型的測量 軸心軌跡的測量軸心軌跡的測量 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 60fnz其中，其中，n為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速；為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速；f為脈沖頻率；為脈沖頻率；z為轉(zhuǎn)軸上的槽數(shù)或齒數(shù)。為轉(zhuǎn)軸上的槽數(shù)或齒數(shù)。案例案例: :轉(zhuǎn)速的測量轉(zhuǎn)速的測量測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 案例：案例： 測厚測厚案例：案例： 零件計數(shù)零件計數(shù)測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器

26、第三章常用傳感器 案例：無損探傷案例：無損探傷原理裂紋檢測，缺陷造成渦流變化。 火車輪檢測火車輪檢測油管檢測油管檢測測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 3. 變壓器式變壓器式-差動變壓器差動變壓器工作原理：工作原理：互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象.測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 應用應用: : 厚度厚度, ,角度角度, ,表面粗糙度表面粗糙度; ;拉伸拉伸, ,壓縮壓縮, ,垂直度垂直度; ; 壓力壓力, ,流量流量, ,液位液位; ;張力張力, ,重力重力, ,負荷量負荷量; ;扭矩扭矩, , 應力應力, ,動力動力; ;氣壓氣壓, ,溫度溫度; ;振動

27、振動, ,速度速度, ,加速度加速度; ;等等. .案例：案例：張力測量張力測量 案例：案例：板的厚度測量板的厚度測量 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 3.5 磁電傳感器磁電傳感器 1. 變換原理變換原理 磁電式傳感器是把被測量的磁電式傳感器是把被測量的物理量物理量轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為感應電動感應電動勢勢的一種轉(zhuǎn)換器。的一種轉(zhuǎn)換器。),(,cos,mdtdRBdtdSBNU感應線圈的感應電動勢感應線圈的感應電動勢e e為為 磁通變化率與磁場強度、磁阻、線圈運動速度有關，磁通變化率與磁場強度、磁阻、線圈運動速度有關，改變其中一個因素，都會改變線圈的感應電動勢。改變其中一個因素

28、，都會改變線圈的感應電動勢。 ddeWt 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 2. 分類分類 磁電式 動圈式 磁阻式 線速度型角速度型 N ),(,cosmRBdtdSBddeWt 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 3. 動圈式傳感器動圈式傳感器 kNBAeNBlvesinl:每匝線圈的平均長度；每匝線圈的平均長度；B:線圈所在磁場的磁感應強度；線圈所在磁場的磁感應強度； A:每匝線圈的截面積；每匝線圈的截面積； :線圈運動方向與磁場方向的夾角；線圈運動方向與磁場方向的夾角； k:傳感器的結(jié)構(gòu)系數(shù)；傳感器的結(jié)構(gòu)系數(shù)； :角速度。角速度。 測試技

29、術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 4. 磁阻式傳感器磁阻式傳感器 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 5. 磁電傳感器的應用磁電傳感器的應用 測速電機測速電機 磁電式測速傳感器磁電式測速傳感器 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 測頻數(shù)測頻數(shù) 測轉(zhuǎn)速測轉(zhuǎn)速 偏心測量偏心測量 振動測量振動測量 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 3.6 壓電傳感器壓電傳感器 1. 變換原理變換原理 某些物質(zhì)，如石英，當某些物質(zhì)，如石英，當受到外力作用時，不僅幾何受到外力作用時，不僅幾何尺寸會發(fā)生變化，而且內(nèi)部尺寸會發(fā)生變

30、化，而且內(nèi)部被極化，表面會產(chǎn)生電荷；被極化，表面會產(chǎn)生電荷；當外力去掉時，又重新回到當外力去掉時，又重新回到原來的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為原來的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應壓電效應。測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 壓電效應壓電效應式中，式中，q為電荷為電荷量量；D為為壓電常數(shù)，與材質(zhì)及切片壓電常數(shù)，與材質(zhì)及切片方向有關；方向有關；F為作用力。為作用力。 q=DF測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 aaqeCea：開路電壓；開路電壓； q:壓電晶片表面上的電荷；壓電晶片表面上的電荷； Ca 為壓電晶片的電容。為壓電晶片的電容。 2. 測量電路測量電路

31、等效電荷源等效電荷源 Cc:分布電容；分布電容； Ri:輸入電阻；輸入電阻； Ra:漏電阻；漏電阻； Ci:輸入電容輸入電容測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 壓電式傳感器輸出電荷壓電式傳感器輸出電荷q很少，內(nèi)阻很少，內(nèi)阻Ra很大，輸出信號很很大，輸出信號很弱小，因此要進行處理：弱小，因此要進行處理： (1) 放大放大微弱的壓電信號微弱的壓電信號 (2) 進行進行阻抗匹配阻抗匹配 電壓放大器電壓放大器 電荷放大器電荷放大器 (1).(1).主要作用主要作用測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 放大器的輸入電壓：放大器的輸入電壓： icaiCCCqe

32、系統(tǒng)的輸出電壓為：系統(tǒng)的輸出電壓為： 系統(tǒng)的靈敏度為：系統(tǒng)的靈敏度為： icaCCCASicaiyCCCqAeAe當電纜長度變化當電纜長度變化時，時，Cc變化，變化， ei變化，系統(tǒng)的靈變化，系統(tǒng)的靈敏度發(fā)生變化，敏度發(fā)生變化，此時測試比較困此時測試比較困難難 (2).(2).電壓放大器電壓放大器測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 qqt+qf= ei(Ca+Cc+Ci)+(ei-ey)Cf= eiC+ (ei-ey)Cf ffyKCCCKqe)(fyffCqethenCCKCIf )( ei=(q+eyCf)/(C+Cf)推導推導 fCS1(3).(3).電荷放大器電

33、荷放大器測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 3. 壓電傳感器的應用壓電傳感器的應用壓力變送器壓力變送器加速度計，力傳感器加速度計，力傳感器 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 壓電式壓力傳感壓電式壓力傳感 壓電式壓力傳感器特性壓電式壓力傳感器特性 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 阻抗頭的結(jié)構(gòu)原理圖阻抗頭的結(jié)構(gòu)原理圖 阻抗頭的安裝結(jié)構(gòu)阻抗頭的安裝結(jié)構(gòu) 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 3.7 磁敏傳感器磁敏傳感器 1.半導體霍爾元件半導體霍爾元件霍爾效應霍爾效應 當半導體中流過一個電流時，若在與

34、該電流垂直的方當半導體中流過一個電流時，若在與該電流垂直的方向上外加一個磁場，則在與電流及磁場分別成直角的方向向上外加一個磁場，則在與電流及磁場分別成直角的方向上會產(chǎn)生一個電壓。這種現(xiàn)象也稱為霍爾效應上會產(chǎn)生一個電壓。這種現(xiàn)象也稱為霍爾效應 。 霍爾效應原理圖霍爾效應原理圖 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 半導體霍爾元件的結(jié)構(gòu)半導體霍爾元件的結(jié)構(gòu) 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 半導體磁敏電阻半導體磁敏電阻 半導體磁敏電阻的結(jié)構(gòu)半導體磁敏電阻的結(jié)構(gòu)( (蛇形元件蛇形元件) ) 利用磁場造成的電利用磁場造成的電流偏轉(zhuǎn)使元件阻抗增加流偏轉(zhuǎn)使元

35、件阻抗增加這種特點制成的雙端磁這種特點制成的雙端磁敏傳感器。敏傳感器。 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 磁性體磁敏電阻磁性體磁敏電阻 利用強磁材料利用強磁材料的磁場異向性制成的磁場異向性制成的磁敏元件。的磁敏元件。 磁性體磁敏電阻的結(jié)構(gòu)磁性體磁敏電阻的結(jié)構(gòu) 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 電磁感應型磁敏傳感器電磁感應型磁敏傳感器 原理：原理：范圍：范圍：法拉第電磁感應定律法拉第電磁感應定律 只能檢測交流磁只能檢測交流磁場，不能檢測直流場，不能檢測直流磁場磁場 電磁感應型磁敏傳感器電磁感應型磁敏傳感器 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳

36、感器第三章常用傳感器 2. 磁敏傳感器的應用磁敏傳感器的應用 電流計 磁感應開關 磁敏電位器 霍爾電動機 紙幣及預付卡識別設 卡形電流計的結(jié)構(gòu)卡形電流計的結(jié)構(gòu) 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 霍爾電動機的結(jié)構(gòu)示意圖霍爾電動機的結(jié)構(gòu)示意圖 霍爾電動機等效電路霍爾電動機等效電路 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 3.8 傳感器選用原則傳感器選用原則 選擇傳感器主要考慮靈敏度、線性范圍、響應特性、選擇傳感器主要考慮靈敏度、線性范圍、響應特性、穩(wěn)定性、精確度、測量方式等六個方面的問題。穩(wěn)定性、精確度、測量方式等六個方面的問題。 1. 靈敏度靈敏度 一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但在確定靈敏一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但在確定靈敏度時，要考慮以下幾個問題。度時，要考慮以下幾個問題。 a)a)靈敏度過高引起的干擾問題；靈敏度過高引起的干擾問題； b)b)量程范圍。量程范圍。 測試技術基礎測試技術基礎 第三章常用傳感器第三章常用傳感器 3 3 響應特性響應特性 傳感器的響應特性是指在所測頻率范圍內(nèi)，保持傳感器的響應特性是指在所測頻率范圍內(nèi)，保持不不失真失真的測量條件。的測量條件。 實際上傳感器的響應