第5章機械常用傳感器

1、第五章第五章 常用機械量測量的傳感器常用機械量測量的傳感器n 了解了解傳感器的選用原則；傳感器的選用原則；n 掌握掌握機械工程測試中常用各種傳感器的基本原理、機械工程測試中常用各種傳感器的基本原理、 結構及性能參數(shù)及其適用范圍。結構及性能參數(shù)及其適用范圍。傳感器的基本組成u 敏感元件：直接感受被測量，輸出與被測量成確定關系敏感元件：直接感受被測量，輸出與被測量成確定關系 的某一物理量。的某一物理量。u 轉換元件：敏感元件的輸出作為轉換元件的輸入，它把轉換元件：敏感元件的輸出作為轉換元件的輸入，它把 輸入轉換成電路參量。輸入轉換成電路參量。u 轉換電路：把轉換元件輸出的電路參量轉換為便于處理、轉

2、換電路：把轉換元件輸出的電路參量轉換為便于處理、 顯示、記錄或控制的有用的電信號。顯示、記錄或控制的有用的電信號。一、一、 常用傳感器分類常用傳感器分類1、按被測物理量分類、按被測物理量分類機械量機械量: :長度長度, ,厚度厚度, ,位移位移, ,速度速度, ,加速度加速度, ,旋轉角，旋轉角， 轉數(shù)轉數(shù), ,質(zhì)量質(zhì)量, ,重量重量, ,力力, ,壓力壓力, ,真空度真空度, ,力矩力矩, , 風速風速, ,流速流速, ,流量；流量；聲聲: : 聲壓聲壓, ,噪聲；噪聲；磁磁: : 磁通磁通, ,磁場；磁場；溫度溫度: : 溫度溫度, ,熱量熱量, ,比熱；比熱；光：光： 亮度，色彩。亮度，

3、色彩。常見的被測物理量常見的被測物理量2、按傳感器工作原理分類、按傳感器工作原理分類機械式機械式, ,電氣式電氣式, ,光學式光學式, ,流體式等。流體式等。3、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換型能量轉換型( (無源傳感器）無源傳感器）: : 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, ,磁電式加速度計。磁電式加速度計。能量控制型（有源傳感器）能量控制型（有源傳感器）: : 從外部供給能量并由被測量控制外部供給能量的從外部供給能量并由被測量控制外部供給能量的 變化。例如變化。例如: :

4、電阻應變片。電阻應變片。V4、按信號變換特征、按信號變換特征物性型傳感器物性型傳感器: : 依靠敏感元件材料本身依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化物理性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信號變換。來實現(xiàn)信號變換。 例如例如: :水銀溫度計。水銀溫度計。結構型傳感器結構型傳感器: : 依靠傳感器依靠傳感器結構參數(shù)的變化結構參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉變。實現(xiàn)信號轉變。 例如例如: :電容式和電感式傳感器。電容式和電感式傳感器。二、機械式傳感器及儀器二、機械式傳感器及儀器測力計測力計u 機械式傳感器以機械式傳感器以彈性體作為敏感元件彈性體作為敏感元件，輸入量可以是力、，輸入量可以是力、 壓力、溫度等物理量，輸出量為彈性元件本

5、身的彈性變形。壓力、溫度等物理量，輸出量為彈性元件本身的彈性變形。u 彈性變形經(jīng)放大后可轉化為儀表指針的偏轉，借助刻度指彈性變形經(jīng)放大后可轉化為儀表指針的偏轉，借助刻度指 示被測量的大小。示被測量的大小。u 應用實例：測力計、壓力計和溫度計。應用實例：測力計、壓力計和溫度計。壓力計壓力計溫度計溫度計彈性膜片彈性膜片波紋管波紋管波登管波登管特 點u 機械式指示儀表結構簡單、可靠、使用方便、價格低、讀機械式指示儀表結構簡單、可靠、使用方便、價格低、讀 數(shù)直觀；數(shù)直觀；u 彈性變形不宜大，以減小線性誤差；彈性變形不宜大，以減小線性誤差；u 慣性大、固有頻率低，只宜測緩變或靜態(tài)被測量。慣性大、固有頻率

6、低，只宜測緩變或靜態(tài)被測量。u 彈性元件具有彈性元件具有、等現(xiàn)象，影響輸出與輸入的等現(xiàn)象，影響輸出與輸入的 線性關系。線性關系。解解 釋釋u 蠕變：固體材料在保持應力不變的情況下，應變隨時間緩蠕變：固體材料在保持應力不變的情況下，應變隨時間緩 慢增長的現(xiàn)象。慢增長的現(xiàn)象。u 彈性后效：指載荷在停止變化之后，彈性元件在一段時間彈性后效：指載荷在停止變化之后，彈性元件在一段時間 之內(nèi)還會繼續(xù)產(chǎn)生類似蠕動的位移。之內(nèi)還會繼續(xù)產(chǎn)生類似蠕動的位移。三、渦流式傳感器三、渦流式傳感器利用金屬導體在交變磁場中的渦電流效應。利用金屬導體在交變磁場中的渦電流效應。高頻反射式渦流傳感器工作原理高頻反射式渦流傳感器工

7、作原理n 渦流產(chǎn)生：當線圈中通以一交變高頻電流渦流產(chǎn)生：當線圈中通以一交變高頻電流i i時，會引起一時，會引起一交變磁通交變磁通。在靠近線圈的金屬表面內(nèi)部產(chǎn)生一感應電流。在靠近線圈的金屬表面內(nèi)部產(chǎn)生一感應電流i i1 1，該電流該電流i i1 1即為渦流。即為渦流。n 抵抗作用：根據(jù)楞次定抵抗作用：根據(jù)楞次定律，由該渦電流產(chǎn)生的交律，由該渦電流產(chǎn)生的交變磁通變磁通1 1將與線圈產(chǎn)生的將與線圈產(chǎn)生的磁場方向相反，亦即磁場方向相反，亦即1 1將將抵抗抵抗的變化。的變化。變換原理原線圈的原線圈的等效阻抗等效阻抗Z（equivalent impedance）的變化的變化,ZZ 金屬板電阻率金屬板電阻率

8、磁導率磁導率線圈激磁圓頻率線圈激磁圓頻率u 改變改變可作為位移、振動測量；可作為位移、振動測量；u 改變改變, ,可作為材質(zhì)鑒別或探傷?？勺鳛椴馁|(zhì)鑒別或探傷。徑向振動測量徑向振動測量 軸心軌跡測量軸心軌跡測量 工程應用實例 渦流式傳感器可用于渦流式傳感器可用于動態(tài)非接觸測量動態(tài)非接觸測量。近年來渦流式。近年來渦流式位移和振動測量儀、測厚儀和無損檢測探傷儀等在機械、位移和振動測量儀、測厚儀和無損檢測探傷儀等在機械、冶金等部門中日益得到廣泛應用。冶金等部門中日益得到廣泛應用。轉速測量轉速測量 零件計數(shù)器零件計數(shù)器 表面裂紋測量表面裂紋測量 穿透式測厚穿透式測厚 安檢門的內(nèi)部設置有發(fā)射線圈和接收線圈

9、。當有金屬物安檢門的內(nèi)部設置有發(fā)射線圈和接收線圈。當有金屬物體通過時，交變磁場就會在該金屬導體表面產(chǎn)生電渦流，會體通過時，交變磁場就會在該金屬導體表面產(chǎn)生電渦流，會在接收線圈中感應出電壓，計算機根據(jù)感應電壓的大小、相在接收線圈中感應出電壓，計算機根據(jù)感應電壓的大小、相位來判定金屬物體的大小。在安檢門的側面還安裝一臺位來判定金屬物體的大小。在安檢門的側面還安裝一臺“軟軟x x光光”掃描儀，它對人體、膠卷無害，用軟件處理的方法可掃描儀，它對人體、膠卷無害，用軟件處理的方法可合成完整的光學圖像。合成完整的光學圖像。 n 電渦流式通道安全檢查門電渦流式通道安全檢查門 手持式裂紋手持式裂紋測量儀測量儀n

10、 電渦流表面探傷電渦流表面探傷油管探傷油管探傷原理原理裂紋檢測，缺陷造成渦流變化。裂紋檢測，缺陷造成渦流變化。+ A 四、電容式傳感器四、電容式傳感器工作原理 采用電容器作為敏感元件，將不同物理量的變化轉換采用電容器作為敏感元件，將不同物理量的變化轉換為電容量的變化。為電容量的變化。 平板電容器的電容量平板電容器的電容量 極板間介質(zhì)的相對介電系數(shù)，極板間介質(zhì)的相對介電系數(shù)， 空氣中空氣中真空中介電常數(shù)，真空中介電常數(shù)，極板間距離極板間距離A A 極板面積極板面積11208.85 10/F m0AC 0（1 1）極距變化型）極距變化型 極距有一微小變化量極距有一微小變化量d d時，引起電容變化量

11、時，引起電容變化量n 靈敏度靈敏度20AddCS分 類021dCAd n 由于靈敏度隨極距變化，由于靈敏度隨極距變化，引起引起非線性誤差非線性誤差，規(guī)定在較，規(guī)定在較小的間隙范圍內(nèi)工作，一般小的間隙范圍內(nèi)工作，一般取取0/0.1 指紋識別指紋識別指紋識別指紋識別n 優(yōu)點：體積小、成本低，優(yōu)點：體積小、成本低，成像精度高，而且耗電量成像精度高，而且耗電量很小，因此非常適合在消很小，因此非常適合在消費類電子產(chǎn)品中使用。費類電子產(chǎn)品中使用。 指紋識別目前常用的是電容式傳感器，也被稱為第二指紋識別目前常用的是電容式傳感器，也被稱為第二代指紋識別系統(tǒng)。代指紋識別系統(tǒng)。右圖為指紋經(jīng)過處理后右圖為指紋經(jīng)過處

12、理后的成像圖的成像圖（2）面積變化型）面積變化型00Ab xC 0bdCSdx 常數(shù)特 點 輸出與輸入成線性關系，靈敏度低，適于輸出與輸入成線性關系，靈敏度低，適于較大直線位移及角位移測量。較大直線位移及角位移測量。油量表可用于飛機油箱油量表可用于飛機油箱（3）介質(zhì)變化型）介質(zhì)變化型 用于測量電介質(zhì)的厚度、位移、液位，還可根據(jù)極板間用于測量電介質(zhì)的厚度、位移、液位，還可根據(jù)極板間介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度、濕度、容量改變而改變來測量溫度、介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度、濕度、容量改變而改變來測量溫度、濕度、容量等。濕度、容量等。測量電路 電容式傳感器將被測量轉換為電容量的變化后再由后續(xù)電容式傳感器將被測量轉換

13、為電容量的變化后再由后續(xù)電路轉換成電壓、電流或頻率等輸出量。電路轉換成電壓、電流或頻率等輸出量。（1）電橋型電路）電橋型電路 電容傳感器作為電橋的一部分，電容變化轉換為電橋電容傳感器作為電橋的一部分，電容變化轉換為電橋電壓輸出。圖示為電感、電容組成的交流電橋。電橋的電壓輸出。圖示為電感、電容組成的交流電橋。電橋的輸出為一調(diào)幅波，經(jīng)放大、相敏解調(diào)、濾波后輸出。輸出為一調(diào)幅波，經(jīng)放大、相敏解調(diào)、濾波后輸出。LCf21（2）調(diào)頻電路）調(diào)頻電路 電容傳感器作為振蕩器諧振回路一部分，調(diào)頻振蕩電容傳感器作為振蕩器諧振回路一部分，調(diào)頻振蕩器的諧振頻率器的諧振頻率振蕩回路電感振蕩回路電感 當被測量使電容值發(fā)生

14、變化時，則當被測量使電容值發(fā)生變化時，則振蕩器頻率也發(fā)生振蕩器頻率也發(fā)生變化變化，頻率的變化經(jīng)鑒頻器變?yōu)殡妷鹤兓?，再放大后由記，頻率的變化經(jīng)鑒頻器變?yōu)殡妷鹤兓俜糯蠛笥捎涗浧骰蝻@示儀表指示。錄器或顯示儀表指示。（1）電容式測厚儀電容式測厚儀: 測量金屬帶材在軋制過程中厚度測量金屬帶材在軋制過程中厚度 C C1 1、C C2 2工作極板與帶材工作極板與帶材之間形成兩個電容之間形成兩個電容， 當金當金屬帶材在軋制中厚度發(fā)生變屬帶材在軋制中厚度發(fā)生變化時，將引起電容量的變化?；瘯r，將引起電容量的變化。通過檢測電路可以反映此變通過檢測電路可以反映此變化，并轉換和顯示出帶材的化，并轉換和顯示出帶材的厚

15、度。厚度。 應用實例 電容式傳感器廣泛應用在位移、壓力、流量、液位等電容式傳感器廣泛應用在位移、壓力、流量、液位等的測試中。精度和穩(wěn)定性日益提高，高精度達的測試中。精度和穩(wěn)定性日益提高，高精度達0.01%，精，精度可達度可達5m。 當齒輪轉動時，電容量發(fā)生周期性變化，通過當齒輪轉動時，電容量發(fā)生周期性變化，通過測量電路轉換為脈沖信號，則頻率計顯示的頻率代測量電路轉換為脈沖信號，則頻率計顯示的頻率代表轉速大小。表轉速大小。min)/ r (zf60n （2）電容式轉速傳感器）電容式轉速傳感器 設齒數(shù)為設齒數(shù)為z，頻率為，頻率為f，則轉速則轉速 一個電容測微儀其傳感器的圓形極板半徑一個電容測微儀其

16、傳感器的圓形極板半徑r=4mm，工作初始間隙工作初始間隙=0.3mm，問：，問：1）工作時，如果傳感器與工件的）工作時，如果傳感器與工件的間隙變化量間隙變化量= =1m時，電容變化量是多少？時，電容變化量是多少？2）如果測量）如果測量電路的靈敏度電路的靈敏度S1=100mV/pF，讀數(shù)儀表的靈敏度，讀數(shù)儀表的靈敏度S2=5格格/mV，在在= =1 1m m時，讀數(shù)儀表的指示值變化多少格？時，讀數(shù)儀表的指示值變化多少格？202rCd 例例122615231 8.85 100.0041 104.94100.3 10CF 解：解：極距變化型電容傳感器電容的變化量極距變化型電容傳感器電容的變化量123

17、110,4.94 10FpFCpF 20AddCS34.94 1010052.47mVpFpFmV格格儀表的指示值變化為儀表的指示值變化為 靈敏度？靈敏度？S ddtdNe五、磁電式傳感器五、磁電式傳感器 一種將被測物理量轉換為感應電動勢的裝置，又稱電一種將被測物理量轉換為感應電動勢的裝置，又稱電磁感應式或電動式傳感器。磁感應式或電動式傳感器。 由電磁感應定律可知，當穿過線圈的磁通由電磁感應定律可知，當穿過線圈的磁通發(fā)生變化時，發(fā)生變化時，線圈中所感應產(chǎn)生的電動勢線圈中所感應產(chǎn)生的電動勢n 磁通變化率與磁通變化率與磁場強度、磁路磁場強度、磁路磁阻、線圈的運動速度磁阻、線圈的運動速度有關，改有關

18、，改變其中一個因素，都可改變線圈變其中一個因素，都可改變線圈的感應電動勢。的感應電動勢。sinNBlve 分 類1、動圈式、動圈式n 線速度型線速度型 在永久磁鐵產(chǎn)生的直流磁場內(nèi)，在永久磁鐵產(chǎn)生的直流磁場內(nèi)，線圈在磁場中作直線運動，切割磁力線圈在磁場中作直線運動，切割磁力線，因此所產(chǎn)生的感應電動勢線，因此所產(chǎn)生的感應電動勢說 明n 當傳感器的結構參數(shù)（當傳感器的結構參數(shù)（B，l，N）選定，則感應電動勢）選定，則感應電動勢e e的大小使正比于線圈的運動速度的大小使正比于線圈的運動速度v。n 將測得的速度經(jīng)微分和積分運算又可得加速度和位移，將測得的速度經(jīng)微分和積分運算又可得加速度和位移，因此速度傳

19、感器又可用來測量運動物體的位移和加速度。因此速度傳感器又可用來測量運動物體的位移和加速度。kNBAe n 可測量物體轉速。可測量物體轉速。n 角速度型角速度型 線圈在磁場中轉動時，產(chǎn)生的感應電動勢線圈在磁場中轉動時，產(chǎn)生的感應電動勢說 明n 當傳感器的結構參數(shù)（當傳感器的結構參數(shù)（N，B， A）選定時，感應電動勢）選定時，感應電動勢e與線與線 圈相對于磁場的轉動角速度成圈相對于磁場的轉動角速度成 正比。正比。動圈磁電式傳感器等效電路導線電阻導線電阻負載電阻負載電阻線圈阻抗線圈阻抗n 等效電路輸出電壓等效電路輸出電壓00,0011CLCRZLCLueeZj C ZR導線分布電容導線分布電容六、壓

20、電式傳感器六、壓電式傳感器壓電式傳感器是一種壓電式傳感器是一種可逆型可逆型換能器。換能器。n 機械能機械能電能：用來測量力、壓力、加速度等；電能：用來測量力、壓力、加速度等；n 電能電能機械能：用于高頻振動臺、超聲發(fā)射器、揚聲器。機械能：用于高頻振動臺、超聲發(fā)射器、揚聲器。優(yōu) 點n 體積??；體積?。籲 重量??；重量?。籲 固有頻率高（加速度傳感器，可測頻率范圍固有頻率高（加速度傳感器，可測頻率范圍0.120kHz) ；n 靈敏度高（加速度傳感器可測靈敏度高（加速度傳感器可測10-2105ms-2、力傳感器分、力傳感器分 辨力達辨力達10-3N）。）。形 式電軸電軸機械軸機械軸光軸光軸n 縱向壓

21、電效應：沿電軸縱向壓電效應：沿電軸X-X方向的作用力產(chǎn)生的壓電效應。方向的作用力產(chǎn)生的壓電效應。n 橫向壓電效應：將沿機械軸橫向壓電效應：將沿機械軸Y-Y方向的作用力產(chǎn)生的壓電方向的作用力產(chǎn)生的壓電效應。效應。n 切向效應：沿相對兩平面加切向效應：沿相對兩平面加力。力。n 當沿光軸當沿光軸Z-Z方方向作用有力時不向作用有力時不產(chǎn)生壓電效應。產(chǎn)生壓電效應。實驗證明：實驗證明：壓電效應呈線性。壓電效應呈線性。 晶體表面出現(xiàn)的電荷的多少和形變的大小成正比，形變晶體表面出現(xiàn)的電荷的多少和形變的大小成正比，形變改變符號時，電荷也改變符號。改變符號時，電荷也改變符號。說 明n 石英晶體切片受石英晶體切片受

22、x向壓力，產(chǎn)生的電荷量與作用力成正比，向壓力，產(chǎn)生的電荷量與作用力成正比，與切片的幾何尺寸無關；與切片的幾何尺寸無關；n 石英晶體切片受石英晶體切片受y向壓力，產(chǎn)生的電荷量與切片的幾何尺寸有向壓力，產(chǎn)生的電荷量與切片的幾何尺寸有關，且電荷的極性與沿關，且電荷的極性與沿x軸施加壓力時產(chǎn)生的電荷極性相反。軸施加壓力時產(chǎn)生的電荷極性相反。天然形成的石英晶體外形天然形成的石英晶體外形2、壓電材料、壓電材料主要有壓電單晶、壓電陶瓷主要有壓電單晶、壓電陶瓷和有機壓電薄膜三類。和有機壓電薄膜三類。石英晶體薄片石英晶體薄片雙面鍍銀并封裝雙面鍍銀并封裝石英晶體切片及封裝石英晶體切片及封裝壓電陶瓷壓電陶瓷未極化未

23、極化正極化正極化極化后極化后n 極化過程極化過程常用的有鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等。常用的有鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等。利用強電場使陶瓷電疇規(guī)則排列，利用強電場使陶瓷電疇規(guī)則排列，呈現(xiàn)壓電性。極化電場去除后，電呈現(xiàn)壓電性。極化電場去除后，電疇取向保持不變，常溫下呈壓電性。疇取向保持不變，常溫下呈壓電性。高分子壓電薄膜高分子壓電薄膜測量電路KyfaicffKqqUCCCCCKC 前置放大器電路作用前置放大器電路作用n 將傳感器的高阻抗輸出將傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出；變換為低阻抗輸出；n 放大傳感器輸出的微弱放大傳感器輸出的微弱電信號。電信號。 前置放大器電路的兩種形式前置放大器電路的兩種形式n 用電阻

24、反饋的電壓放大器，輸出受連接電纜對地電容的影響。用電阻反饋的電壓放大器，輸出受連接電纜對地電容的影響。n 帶帶電容反饋的電荷放大器電容反饋的電荷放大器。粘貼粘貼位置位置工程應用實例n 玻璃打碎報警裝置玻璃打碎報警裝置 將高分子壓電將高分子壓電測振薄膜粘貼在玻測振薄膜粘貼在玻璃上，可以感受到璃上，可以感受到玻璃破碎時會發(fā)出玻璃破碎時會發(fā)出的振動，并將電壓的振動，并將電壓信號傳送給集中報信號傳送給集中報警系統(tǒng)。警系統(tǒng)。七、電阻應變式傳感器七、電阻應變式傳感器可測參數(shù)：應變、力、位移、加速度、扭矩等。可測參數(shù)：應變、力、位移、加速度、扭矩等?？煞譃榻饘匐娮钁兤胶桶雽w應變片式兩類?？煞譃榻饘匐娮?/p>

25、應變片式和半導體應變片式兩類。（1）金屬電阻應變片）金屬電阻應變片工作原理 常用的金屬電阻應變片有絲式、箔式常用的金屬電阻應變片有絲式、箔式兩種。當應變片發(fā)生機械變形時，其電兩種。當應變片發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化。阻值發(fā)生變化。位移、力、力矩、位移、力、力矩、加速度、壓力加速度、壓力彈性敏感彈性敏感元件元件 應變應變 金屬絲電阻應變片 金屬絲式應變片是用金屬絲式應變片是用0.010.05mm的金屬絲繞成敏的金屬絲繞成敏感柵感柵 ，粘貼在絕緣的基片和覆蓋層之間，由引出導線接，粘貼在絕緣的基片和覆蓋層之間，由引出導線接于電路上。于電路上。金屬箔式應變片n 優(yōu)點：可制成多種復雜形狀、尺寸準確

26、的敏感柵；散熱條優(yōu)點：可制成多種復雜形狀、尺寸準確的敏感柵；散熱條件好；生產(chǎn)效率高，便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。件好；生產(chǎn)效率高，便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。 金屬箔式應變片是利用照相制版或光刻技術，將厚約為金屬箔式應變片是利用照相制版或光刻技術，將厚約為0.0030.01mm的金屬箔片制成敏感柵。的金屬箔片制成敏感柵。實際中的金屬應變片 優(yōu)點：優(yōu)點： 穩(wěn)定性和溫度特性好穩(wěn)定性和溫度特性好 缺點：缺點： 靈敏度系數(shù)小靈敏度系數(shù)小應變片的使用 將應變片粘貼于彈性元件或被測構件預定部將應變片粘貼于彈性元件或被測構件預定部位的表面。外力作用下，金屬絲隨物體一同變形，位的表面。外力作用下，金屬絲隨物體一同變形，將被測

27、量的變化轉換為電阻值的變化。將被測量的變化轉換為電阻值的變化。電阻應變片的選擇、粘貼技術電阻應變片的選擇、粘貼技術u 目測電阻應變片有無缺陷；目測電阻應變片有無缺陷；u 用數(shù)字萬用表測量應變片電阻值大??；用數(shù)字萬用表測量應變片電阻值大??；u 試件表面處理；試件表面處理；u 應變片粘貼；應變片粘貼；u 焊線；焊線；u 用兆歐表檢查應變片的引線與試件之間的絕緣用兆歐表檢查應變片的引線與試件之間的絕緣 阻值，應大于阻值，應大于50M50M歐；歐；u 應變片保護。應變片保護。2llRArn 金屬電阻應變片電阻值金屬電阻應變片電阻值(2)RRRdRdldrdlrdldrdRlr 22(12)dRdldr

28、dRlrEE n 電阻增量電阻增量n 電阻的相對變化電阻的相對變化縱向應變縱向應變橫向應變橫向應變幾何尺寸變形幾何尺寸變形電阻率變化電阻率變化/12/dR RdR RSdl l n 金屬電阻應變片電阻值金屬電阻應變片電阻值由電阻絲由電阻絲幾何尺寸改變幾何尺寸改變引起電阻的變化。引起電阻的變化。說 明n SgSg為應變片系數(shù)或靈敏度，金屬電阻絲的靈為應變片系數(shù)或靈敏度，金屬電阻絲的靈敏度常在敏度常在1.7-3.61.7-3.6，常用的金屬材料有銀、鉻鎳，常用的金屬材料有銀、鉻鎳合金、或鐵鎳合金等。合金、或鐵鎳合金等。n 電阻絲應變片的標準阻值有電阻絲應變片的標準阻值有6060、120120、35

29、0350、600600和和10001000。其中。其中120120最為常用。最為常用。2(12 )dRR 靈敏度靈敏度dRS R（2）半導體應變片）半導體應變片工作原理 單晶半導體材料在沿某一軸向受到應力作用時，其單晶半導體材料在沿某一軸向受到應力作用時，其電阻電阻率會發(fā)生變化率會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應壓阻效應。/dR RSEddRER 靈敏度靈敏度特點n 靈敏度高，分辨率高，機械滯后小，橫向效應小、體積?。混`敏度高，分辨率高，機械滯后小，橫向效應小、體積小；n 溫度誤差大，故需溫度補償或恒溫條件下使用。溫度誤差大，故需溫度補償或恒溫條件下使用。應用實例n 將應變片粘貼于

30、被測構件上，直接用來測定構件的應力將應變片粘貼于被測構件上，直接用來測定構件的應力或應變?；驊儭｝X輪彎矩齒輪彎矩機身應力機身應力立柱應力立柱應力橋梁應力橋梁應力n 應變片粘貼于彈性元件上，與彈性元件一起構成應變式傳應變片粘貼于彈性元件上，與彈性元件一起構成應變式傳感器。感器。 彈性元件將得到與被測量成正比的應變，再通過應變片彈性元件將得到與被測量成正比的應變，再通過應變片轉換成電阻的變化后輸出。轉換成電阻的變化后輸出。4、典型動態(tài)電阻應變儀、典型動態(tài)電阻應變儀動態(tài)電阻應變儀電路原理框圖動態(tài)電阻應變儀電路原理框圖 有一電阻應變片靈敏度有一電阻應變片靈敏度Sg=2，R=120，設工作時，設工作時

31、電壓電壓1.5V，其應變?yōu)?，其應變?yōu)?000，問，問R=？試求：？試求：1）無應變時電流）無應變時電流表示值；表示值；2）有應變時電流表示值。）有應變時電流表示值。 例例解：解：（1）無應變時）無應變時dRSR6120 2 1000 100.24dRR S 1.50.012481200.24UiARR1.50.0125120UiAR（2）有應變時）有應變時八、熱電式傳感器八、熱電式傳感器n 溫度：反映了物體冷熱的程度，與自然界中的各種物理和溫度：反映了物體冷熱的程度，與自然界中的各種物理和化學過程相聯(lián)系?；瘜W過程相聯(lián)系。n 溫度測量：以熱平衡為基礎。溫度測量：以熱平衡為基礎。n 溫度最本質(zhì)特性

32、：當兩個冷熱程度不同的物體接觸后就溫度最本質(zhì)特性：當兩個冷熱程度不同的物體接觸后就會產(chǎn)生導熱、換熱，換熱結束后兩物體處于熱平衡狀態(tài)，會產(chǎn)生導熱、換熱，換熱結束后兩物體處于熱平衡狀態(tài)，則它們具有相同的溫度。則它們具有相同的溫度。n 測量方式：接觸式和非接觸式。測量方式：接觸式和非接觸式。模擬圖：模擬圖：在一個密閉的空間里，在一個密閉的空間里，氣體分子在高溫時的運動速度比氣體分子在高溫時的運動速度比低溫時快！低溫時快！CPUCPU散熱風扇散熱風扇低溫時顯示藍色低溫時顯示藍色溫度升高后變?yōu)榧t色溫度升高后變?yōu)榧t色溫度測量方法n 變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用氣體的

33、體積與熱力學溫度成正比氣體的體積與熱力學溫度成正比n 體積熱膨脹式體積熱膨脹式 不需要電源，耐用；但感溫不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大。部件體積較大。熱電式傳感器定義 把被測量（溫度）轉換為電量變化的一種裝置，其變換把被測量（溫度）轉換為電量變化的一種裝置，其變換是基于金屬的熱電效應。是基于金屬的熱電效應。分 類n 熱電偶傳感器熱電偶傳感器n 熱電阻傳感器熱電阻傳感器1、熱電偶傳感器、熱電偶傳感器n 屬于自發(fā)電型傳感器：測量時可以不需外加電源，可直屬于自發(fā)電型傳感器：測量時可以不需外加電源，可直接驅(qū)動動圈式儀表；接驅(qū)動動圈式儀表；n 測溫范圍廣：測溫范圍廣：下限可達下限可達-270 C ，上限可達，上限可達1800 C以上以上；n 各溫區(qū)中的熱電勢均符合國際計量委員會的標準。各溫區(qū)中的熱電勢均符合國際計量委員會的標準。（1）優(yōu)）優(yōu) 點點鎧裝型熱電偶可鎧裝型熱電偶可長達上百米長達上百米普通裝配型熱普通裝配型熱電偶的外形電偶的外形柔性安裝型柔性安裝型鎧裝結構鎧裝結構2、熱電阻傳感器、熱電阻傳感器 利用電阻隨溫度變化的特點