現(xiàn)代檢測技術(shù)完整版課件全套ppt教學教程電子講義電子教案

1、現(xiàn)代檢測技術(shù)第 2 版第 1 章 緒 論1.11.21.31.4檢測技術(shù)概述傳感器概述現(xiàn)代檢測系統(tǒng)檢測技術(shù)發(fā)展趨勢1.1 檢測技術(shù)概論被測參數(shù)（物理量、化學量、生物量）參數(shù)檢測：檢查、測量、測試的總稱檢測裝置：實現(xiàn)參數(shù)檢測的變換器。三個環(huán)節(jié)：輸入單元、處理單元、輸出單元。*檢測技術(shù)：以研究信息的提取、轉(zhuǎn)換、處理為理論和技術(shù)的一門應用技術(shù)學科。1、檢測技術(shù)基本概念2、檢測裝置（系統(tǒng)）的發(fā)展歷程第一代檢測裝置：以物理學原理為基礎(chǔ)交流電壓表天平壓力表第二代檢測裝置：電子管、晶體管為基礎(chǔ)，處理模擬電信號。例如：示波器、信號發(fā)生器等第三代檢測裝置：數(shù)字集成電路與模擬放大器等組合，具有信號處理功能儀器儀表

2、。顯示儀表、萬用表、信號發(fā)生器、示波器等。信號發(fā)生器示波器第四代檢測裝置：以微處理器為核心的智能化儀表。波形存儲示波器。波形存儲示波器數(shù)字萬用表虛擬儀器檢測技術(shù)、計算機技術(shù)與網(wǎng)絡技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。多參量多點檢測。虛擬示波器虛擬信號發(fā)生器PC機+數(shù)據(jù)采集卡+驅(qū)動程序+系統(tǒng)軟件虛擬儀器現(xiàn)場總線儀表水電煤氣和供熱計量遠程抄表系統(tǒng)3、對檢測裝置的基本要求與舉例（1）能實現(xiàn)多參數(shù)、多點檢測。（2）動態(tài)參數(shù)測量，系統(tǒng)的頻帶寬。（3）實時性要求高的系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速信號處理。（4）能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通信。例1 感溫、 感煙火災報警系統(tǒng)集控器1中央監(jiān)控圖1-1 監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖探頭11探頭12探頭1N串行總線現(xiàn)場總線

3、房間內(nèi)智能感溫、感煙探頭：負責檢測溫度、濃度信號、超限報警。輸出溫度、濃度信號通過串行通訊線送入集控器。樓道集控器：負責信號匯總，匯總各房間的溫度和濃度信號，并監(jiān)控各房間溫度、煙濃度是否異常，如異常，聲光報警并打開噴淋設(shè)備滅火，一層一臺。中央監(jiān)控計算機：各層集控器通過CAN總線、M-BUS總線等現(xiàn)場總線將溫度、濃度等信號送入。值班人員在電腦屏幕上直觀監(jiān)視各房間情況（溫度、煙霧濃度）。電視攝像頭：房間、樓道裝配，通過電視屏幕查看房間、樓道情況。感溫、感煙傳感器，就像人的感官。圖1-2 （a）裝有溫濕度探頭的糧倉示意圖通風口探頭通風口通風口例2 糧倉溫濕度檢測系統(tǒng)圖1- 2（b）溫濕度監(jiān)控組成框圖

4、巡檢儀中央監(jiān)控探頭1探頭2探頭N串行總線現(xiàn)場總線糧倉分層風機定性人通過感官感覺外界對象的刺激，通過大腦對感受的信息進行判斷、處理，肢體作出相應的反映。定量傳感器相當于人的感官，稱“電五官”，外界信息由它提取，并轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)易于處理的電信號，微機對電信號進行處理，發(fā)出控制信號給執(zhí)行器，執(zhí)行器對外界對象進行控制。例3 人與機器的功能對應關(guān)系 圖1-3 人與機器的機能對應關(guān)系圖外界對象感官傳感器人腦微機肢體執(zhí)行器1.2 傳感器概述傳感器XYY=F（X）物理量化學量生物量電量 1、*傳感器的定義 （Sensor） 能夠感受規(guī)定的被測量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。（GB766587） *能

5、夠?qū)⒈粶y非電量轉(zhuǎn)換為電量的裝置。（狹義）光電池、光敏電阻2、*傳感器的組成圖1-4 差動電感壓力傳感器組成框圖*思考：敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路的作用。敏感元件轉(zhuǎn)換元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路圖1-6 傳感器組成框圖被測量中間量電量電信號膜盒差動電感電橋電路圖1-5 氣體壓力傳感器組成框圖PSLU0差動電感壓力傳感器組成框圖mVTT0BA（a）熱電偶IhfG(b)光電池f+Q(c)壓電傳感器RRTR0RU0Ui(d)熱敏電阻傳感器圖1-7 傳感器組成電路課堂練習：畫出上述傳感器組成框圖3、傳感器分類（1）按能量轉(zhuǎn)換情況能量控制型傳感器:需外供電源，只起信號轉(zhuǎn)換，不起能量轉(zhuǎn)換。 RRTR0RU

6、0Ui能量轉(zhuǎn)換型傳感器：不需外加電源，本身起能量轉(zhuǎn)換。f+Q（2）按物理工作原理分類（教科書）按傳感器的結(jié)構(gòu)、原理、測量電路及應用講授。條理較清晰。 U0Ui（3）根據(jù)輸入物理量（用途）分類物理量：溫度、壓力、流量、料位、位移、加速度等?；瘜W量：物質(zhì)成分、濃度、酸堿度等。生物量：血壓、心電圖、腦電波等。（4）按輸出信號的性質(zhì)分類模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。模擬式傳感器:輸出電壓、電流等模擬量。數(shù)字式傳感器：輸出數(shù)字量、脈沖量。光柵、數(shù)字編碼器、CCD傳感器等。4、傳感器的發(fā)展趨勢（1） 不斷提高傳感器的性能 ,擴大應用范圍（測量精度、穩(wěn)定性、可靠性、分辨率、測量范圍、抗干擾能力等）（2）開發(fā)新

7、型傳感器發(fā)現(xiàn)新效應材料。用單晶硅、多晶硅、非晶硅制作光電池。光伏發(fā)電。采用新工藝、新技術(shù)。如納米技術(shù)、MEMS技術(shù)開發(fā)微型傳感器，用于工業(yè)、醫(yī)療與軍事等領(lǐng)域。（3）研制集成化、多功能和智能化傳感器傳感器TPQY多功能化智能化 ：微機加傳感器。數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷、串行通信等。（4）系統(tǒng)網(wǎng)絡化、傳感器微型化 無線傳感器網(wǎng)絡。圖 1-8 溫度傳感器 圖1-9 壓力傳感器傳感器實例 圖1-10 液位傳感器1.3 現(xiàn)代檢測系統(tǒng)1、*結(jié)構(gòu)組成傳感器處理單元輸出單元圖1-11 檢測系統(tǒng)組成框圖被測量電信號有效電信號傳感器的轉(zhuǎn)換精度直接決定檢測系統(tǒng)的精度。處理單元的種類隨傳感器種類的不同而不同。輸出

8、單元不同，檢測系統(tǒng)的叫法不同。傳感器處理單元顯示器記錄儀自動檢測系統(tǒng)傳感器處理單元計數(shù)器累加器自動計量系統(tǒng)傳感器處理單元報警器自動保護系統(tǒng)傳感器處理單元圖像輸出自動診斷自動識別系統(tǒng)圖1-12 檢測系統(tǒng)的類型傳感器處理單元顯示器記錄儀自動檢測系統(tǒng)電子體溫計電子血壓計傳感器處理單元計數(shù)器累加器自動計量系統(tǒng)電子水表煤氣表傳感器處理單元報警器自動保護系統(tǒng)感煙報警器感溫報警器傳感器處理單元圖像輸出自動診斷自動識別系統(tǒng)拍照及指紋識別考勤機（1）基本檢測型2、應用類型A/D微機對象傳感器輸出信號調(diào)理圖1-13 （a）基本檢測型組成框圖實時檢測鍋爐溫度，溫度超過95報警，測量溫度范圍0110。熱電偶溫度傳感器

9、將溫度轉(zhuǎn)換為mV電壓， 0110轉(zhuǎn)換為0 10 mV。經(jīng)過放大器放大到0 2V。送10位A/D轉(zhuǎn)換器離散為數(shù)字量。微機根據(jù)測得的數(shù)字量計算得到溫度值。送顯示器顯示，同時判斷溫度是否超過95，超過報警。A/D轉(zhuǎn)換器微機傳感器1顯示多路轉(zhuǎn)換器傳感器2傳感器n打印報警通信可編程增益放大器ABCX1X2Xn圖1-13 （b）基本檢測型組成框圖（2）標準接口型PC機為控制器，配置總線接口卡板，（CAN總線、RS485總線、USB、虛擬儀器采集卡）應用相應通信協(xié)議，數(shù)據(jù)采集處理，通信。PC機（帶相應總線接口卡）帶GPIB儀器帶VXI儀器虛擬儀器網(wǎng)絡帶RS485儀器帶現(xiàn)場總線儀器帶USB接口儀器（3）控制型

10、給定值A(chǔ)/D微機對象傳感器D/A信號調(diào)理給定單元控制器電動調(diào)節(jié)閥上水箱液位變送器XRX iX e擾動圖1-14 控制型組成框圖L執(zhí)行器LTLT液位控制器液位變送器電動調(diào)節(jié)閥泵儲水箱上水箱下水箱圖1-15水箱液位控制（過程控制）例1置于現(xiàn)場,將過程量轉(zhuǎn)換為標準信號的裝置。位于過程控制的反饋通道,相當于生產(chǎn)過程的感官。圖1-16變送單元圖1-17 冷軋帶鋼板板厚控制（運動控制）檢測板厚控制器液壓執(zhí)行機構(gòu)軋輥帶鋼例2給定厚度A/D微機軋機板厚傳感器D/A信號調(diào)理H1.4 檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢微(小)型化、智能化、網(wǎng)絡化、硬件平臺通用化、軟件多功能化。微(小)型化：節(jié)材、節(jié)能、減小體積，減輕重量。智能化

11、：硬件功能軟件化，提高性能價格比。網(wǎng)絡化：實現(xiàn)信息共享，滿足現(xiàn)代檢測需要。硬件平臺通用化、軟件多功能化：硬件模塊化，根據(jù)具體的檢測控制任務，編寫應用程序。思考題與習題1、檢測、檢測裝置、檢測技術(shù)。2、傳感器概念、組成及各組成部分功能。3、基本檢測系統(tǒng)與控制型檢測系統(tǒng)組成框圖。各環(huán)節(jié)的作用。4、由圖1熱電偶、光電池、壓電傳感器、熱敏電阻原理圖畫出它們的組成框圖。5、由圖2上水箱液位控制系統(tǒng)工藝流圖畫出其單回路控制系統(tǒng)組成框圖。mVTT0BA（a）熱電偶IhfG(b)光電池f+Q(c)壓電傳感器RRTR0RU0Ui(d)熱敏電阻傳感器圖1 幾種傳感器工作原理圖LTLT液位調(diào)節(jié)器液位變送器電動調(diào)節(jié)閥

12、泵儲水箱上水箱下水箱圖2上水箱液位控制系統(tǒng)工藝流圖MEMS是英文Micro Electro Mechanical systems的縮寫，即微電子機械系統(tǒng)。微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)是建立在微米/納米技術(shù)（micro/nanotechnology）基礎(chǔ)上的前沿技術(shù)，是指對微米/納米材料進行設(shè)計、加工、制造、測量和控制的技術(shù)。它可將機械構(gòu)件、光學系統(tǒng)、驅(qū)動部件、電控系統(tǒng)集成為一個整體單元的微型系統(tǒng)。這種微電子機械系統(tǒng)不僅能夠采集、處理與發(fā)送信息或指令，還能夠按照所獲取的信息自主地或根據(jù)外部的指令采取行動。它用微電子技術(shù)和微加工技術(shù)(包括硅體微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片鍵合等技術(shù))相結(jié)合

13、的制造工藝，制造出各種性能優(yōu)異、價格低廉、微型化的傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動器和微系統(tǒng)。參考內(nèi)容微電子機械系統(tǒng)（MEMS）是近年來發(fā)展起來的一種新型多學科交叉的技術(shù)。它涉及機械、電子、化學、物理、光學、生物、材料等多學科。對 微電子機械系統(tǒng)(MEMS)的研究主要包括理論基礎(chǔ)研究、制造工藝研究及應用研究三類。理論研究主要是研究微尺寸效應、微磨擦、微構(gòu)件的機械效應以及微機械、微傳感器、微執(zhí)行器等的設(shè)計原理和控制研究等；制造工藝研究包括微材料性能、微加工工藝技術(shù)、微器件的集成和裝配以及微測量技術(shù)等；應用研究主要是將所研究的成果，如微型電機、微型閥、微型傳感器以及各種專用微型機械投入實用。如醫(yī)療血管病變探測

14、器、微型心臟起波器，工業(yè)用途機器人、軍事微型偵察機等。 虛擬儀器第 2 章 檢測裝置基本特性2.12.22.32.4 *線性檢測裝置概述 * 檢測裝置的動態(tài)特性 不失真測量條件和裝置組建 *檢測裝置的靜態(tài)特性2.5 檢測裝置的基本特性測試檢測裝置的特性分析與應用參數(shù)檢測：已知裝置的特性和輸出信號,求出輸入信號。多環(huán)節(jié)檢測裝置組建：已知裝置的各個環(huán)節(jié)的特性和輸入信號,求出輸出信號。裝置的特性分析：由裝置的輸入輸出信號，推斷裝置的特性。（系統(tǒng)辯識）2.1 線性檢測裝置概述線性時不變檢測裝置服從疊加性、齊次性、微分、積分和頻率保持特性。(2-1)(2-2)(2-3)(2-4)2.2 檢測裝置的靜態(tài)特

15、性1、靜態(tài)特性的定義被測量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時，傳感器的輸出與輸入的關(guān)系。2、靜態(tài)特性描述：數(shù)學公式或數(shù)學模型。水銀溫度計：滑動電位器：(2-5)(2-6) 檢測裝置的輸出與輸入關(guān)系通用表達式： 3、檢測裝置的靜態(tài)特性參數(shù)（1）零點（2）靈敏度(2-7)(2-8)思考：線性與非線性檢測裝置K的特點？（3）分辨力反映檢測裝置能夠有效辨別最小輸入變化量的能力。溫度檢測裝置顯示器顯示溫度變化最小值為0.01水表最小顯示水量為0.001m3。（4）量程反映檢測裝置能夠有效測量最大輸入變化量的能力。4、靜態(tài)特性的質(zhì)量指標yxLmaxyFSxm0滯差重復性線性度靈敏度（1）滯差檢測裝置在正（輸入量增大）反（

16、輸入量減小）行程期間其輸出與輸入特性曲線不重合的現(xiàn)象。滯差計算式(2-9)圖2-1 遲滯特性曲線傳感器機械結(jié)構(gòu)和制造工藝上的缺陷，（如軸承摩擦，間隙，螺釘松動等）一般結(jié)構(gòu)型傳感器在裝載和卸載過程中存在滯差。（2） 重復性重復性誤差的計算輸入量按同一方向（增大或減小）作全量程連續(xù)多次變化時， 所得特性曲線不一致的程度。(2-10)圖2-2 重復性特性曲線例1:壓力傳感器，測量壓力范圍為0 100 k Pa,輸出電壓范圍為0 1000mV,若正反行程各10次測量，單行程傳感器最大誤差為5 mV。正反形成間最大誤差為6 mV，求重復性誤差及滯差。（3）線性度檢測裝置的輸出與輸入之間數(shù)量關(guān)系的線性程度

17、。 檢測裝置非線性大小的確定線性度的計算公式(2-11)校準曲線（實測曲線）yxLmaxyFSxm0擬合直線（理想直線）2-3端點連線擬合溫度儀恒溫油槽標準水銀溫度計傳感器探頭可控硅溫度控制儀標準器具T例：溫度校準曲線測定X水Y儀yFS0 xMxyLmaxyFS0 xMxyL2L1yxLmaxyFSxm0yxyFSxm02-3(c)端點連線擬合2-3(b)過零旋轉(zhuǎn)擬合2-3(a)理論擬合2-3(d)最小二乘擬合 擬合直線的選取方法目的:1、用擬合直線代替校準曲線，方便計算。 2、檢驗傳感器或儀表是否合格。用最小二乘法建立擬合直線（曲線） （1）實測n對測量數(shù)據(jù)（x i, y i）,建立擬合直線

18、方程 Y=b+k X（2-12）（2）應用最小二乘法原理使各測量數(shù)據(jù)點y i與直線輸出Y（計算）偏差的平方和為最小。 (2-13)(2-14)(2-15)(2-16)(2-17)（3）求取參數(shù)建立擬合直線例2:壓力傳感器，測量壓力范圍為0 100 k Pa,輸出電壓范圍為0 1000mV, 實測壓力值，傳感器輸出電壓為518mV，標準傳感器 輸出電壓為515 mV。假設(shè)此點測量誤差最大。（1）非線性誤差。（2）設(shè)傳感器為線性傳感器，求靈敏度。（5）穩(wěn)定性和可靠性穩(wěn)定性：在規(guī)定的工作條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)，裝置性能保持不變的能力。裝置的穩(wěn)定性取決于其內(nèi)部元器件的穩(wěn)定性?？煽啃裕涸诒３质褂铆h(huán)境和運

19、行指標不超過極限的情況下，裝置性能保持不變的能力。裝置的穩(wěn)定性和可靠性取決于其內(nèi)部元器件的可靠性和抗干擾措施的優(yōu)劣。衡量裝置可靠性的指標：平均無故障時間（MTBF：Mean Time Between failures）標準工作條件下，若干臺儀器連續(xù)工作無故障工作間隔時間。故障率：單位時間若干臺儀器出現(xiàn)故障的臺數(shù)。（6）輸入輸出電阻串聯(lián)環(huán)節(jié)組成檢測裝置，要求各個環(huán)節(jié)輸入電阻越大，輸出電阻越小越好。保持信號不衰減。5、檢測裝置的標定在標準條件下，由標準器具給出一系列已知輸入量，對待測裝置輸入輸出關(guān)系進行測量處理過程。標準裝置待測裝置XY2Y1標準器具校準將檢測裝置在使用一定時間后進行性能復測。標定

20、特點：輸入確定，測試并對比輸出，計算質(zhì)量參數(shù)，確定是否合格。（1）將檢測裝置全量程分成若干個等間距點。（2）對檢測裝置進行正、反行程全量程多點多次測試，得到輸出輸入測試數(shù)據(jù)用表格列出或畫成曲線。（3）對測試數(shù)據(jù)進行處理，根據(jù)處理結(jié)果確定檢測裝置的線性度、靈敏度、滯后和重復性等靜態(tài)特性指標。（4）根據(jù)國家對同類檢測裝置的性能指標要求，確定檢測裝置是否合格。 靜態(tài)特性標定的步驟恒溫油槽標準水銀溫度計可控硅溫度控制儀標準鉑電阻T待標定鉑電阻2-5 鉑電阻標定系統(tǒng) 鉑電阻標定系統(tǒng)標準溫度值標準電阻值待測電阻值 0.00 1000.00 1000.01 10.001039.03 1039.05 20.0

21、01077.94 1077.97 30.001116.73 1116.76 40.001155.41 1155.44 50.001193.97 1193.99 60.001232.42 1232.46 70.001270.751270.78 80.001308.97 1308.99 90.001347.07 1347.10 100.001385.06 1385.09 2.3 檢測裝置的動態(tài)特性 1、定義傳感器輸出對隨時間變化的輸入量的響應特性。 2、研究方法時域瞬態(tài)響應法，標準的輸入信號階躍輸入。頻域頻率響應法，標準的輸入信號正弦輸入。動態(tài)特性的三種表示方法微分方程、傳遞函數(shù)、頻率響應特性微分

22、方程（時域）傳遞函數(shù)（復域）(2-18)(2-19)頻率響應特性（頻率域）3、輸出信號不失真條件(2-20)(2-21)4、常見裝置的數(shù)學模型（1）一階裝置的傳遞函數(shù)CKX（t）y（t）A 圖2-6（a）彈簧-阻尼器一階環(huán)節(jié)(2-22)v（t）RCu（t）圖2-6（b）電容-電阻RC電路一階環(huán)節(jié)的時間常數(shù)和放大倍數(shù)取決于裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)。(2-23)對比（2）二階裝置的傳遞函數(shù)y（t）CKf（t）m圖2-7（a）質(zhì)量-彈簧-阻尼器二階環(huán)節(jié)質(zhì)量-彈簧-阻尼器二階環(huán)節(jié)運動方程(2-24)v（t）RCu（t）L圖2-7（b）電感-電容-電阻RLC電路電感-電容-電阻RLC電路回路方程 （KVL）(2-

23、25)等效為二階系統(tǒng)微分方程(2-26)例：壓電加速度傳感器動態(tài)特性用微分方程描述Q：輸出電荷（PC） a：輸入加速度(m/s2)。 求靜態(tài)靈敏系數(shù)固有振蕩頻率阻尼系數(shù)對比5、瞬態(tài)響應特性（1）一階環(huán)節(jié)的階躍響應圖2-8 一階環(huán)節(jié)的階躍響應(2-27)1t0 x1t00.632y從階躍信號作用開始，到輸出增加到穩(wěn)態(tài)輸出的0.632倍時所花時間。動態(tài)誤差的計算？減小動態(tài)誤差的方法？(2-28)(2-29)（2）二階環(huán)節(jié)的階躍響應(2-30)圖2-10 二階環(huán)節(jié)的階躍響應合理選擇傳感器參數(shù)，響應即快速，超調(diào)量小。思考題與習題 1、靜態(tài)特性概念及其性能指標（非線性、重復性、遲滯、靈敏度） 性能指標的

24、概念、公式、計算。壓力傳感器，測量壓力范圍為0 100 k Pa,輸出電壓范圍為0 1000mV, 實測壓力值，傳感器輸出電壓為512mV，標準傳感器 輸出電壓為510 mV。假設(shè)此點測量誤差最大。（1）非線性誤差。（2）若重復10次測量，最大誤差為3 mV。重復性誤差。（3）若正反行程各10次測量，正反形成間最大誤差為4 mV，求遲滯。（4）設(shè)傳感器為線性傳感器，求靈敏度。2、3、何為檢測裝置的標定，標定的目的及方法。4、傳感器動態(tài)特性及其描述方法。5、總結(jié)一階、二階檢測裝置動態(tài)特性的研究方法。說明為何一階檢測裝置只能用于測量慢變或低頻信號？6、對檢測裝置輸入阻抗和輸出阻抗的大小有何要求？3

25、.13.23.3 電阻式傳感器 電容式傳感器 電感式傳感器 第 3 章 電參量檢測裝置3.1 電阻式傳感器敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路被測量中間量電阻電信號 電阻式傳感器組成 電阻式傳感器分類磁敏電阻式電阻應變式、壓阻式熱阻式光敏電阻式濕敏電阻式一、電阻應變式傳感器彈性體（F）F應變片R電橋電路RU0 彈性體 應變片 電橋電路 x（力、加速度、荷重等） 應變 電阻變化 電壓 應變片：利用金屬絲的電阻應變效應或半導體的壓阻效應制成的一種轉(zhuǎn)換元件。分類：電阻絲應變片和半導體應變片。電阻應變式傳感器定義 彈性敏感元件 電阻應變片測量電路（電橋）1、電阻應變片的結(jié)構(gòu) 圖 3-1 電阻絲應變片結(jié)構(gòu)圖3-2

26、半導體應變片的結(jié)構(gòu)敏感柵感受應變，并將應變轉(zhuǎn)換為電阻的變化?；捉^緣及傳遞應變。由紙薄、膠質(zhì)膜等制成。粘結(jié)劑敏感柵與基底、基底與試件、基底與覆蓋層之間的粘結(jié)。覆蓋層保護作用。防濕、蝕、塵。引線（低阻易焊）連接電阻絲與測量電路，輸出電參量。（310）mm2 ，120應變片規(guī)格金屬絲受拉時，l變長、r變小，導致R變大 。2 、電阻應變片的應變效應圖3-3電阻絲的應變效應應變片沿軸向受到拉伸或壓縮，其阻值增大或減小，此現(xiàn)象為電阻應變效應。 (3-1)截面為圓形的單根金屬電阻絲 (3-2)當電阻絲受到拉力F作用時, 相對變化量表示(3-3)對于半徑為r的圓導體 （3-4）在彈性范圍內(nèi)，軸向應變與徑向應

27、變關(guān)系為 （3-5）（3-6）（3-7）*電阻絲應變片應變效應表達式 （3-8）（3-9）*半導體應變片應變效應表達式 3、電阻應變片的特性（1）應變片的靈敏系數(shù)K=0.285鋼件確定方法：實驗測定確定過程：應變片F(xiàn)F應力儀測出X電位差計測R/R 圖 3-4 應變片K確定方法（2）*橫向效應圖 3-5 應變片的軸向受力與 橫向效應定性分析（a）應變片示意圖（b）圓弧段局部放大圖定量分析應變片置于二維應力場，即有 ，又有 。（3-9）圓弧段橫向收縮引起阻值減小量對軸向伸長引起阻值增加量起著抵消作用。此現(xiàn)象為橫向效應。橫向效應同樣應變阻值變化減小，K值減小。橫向效應的結(jié)果加長敏感柵縱柵，加寬縮短橫

28、柵，消除圓弧。箔式和薄膜式應變片橫向效應可忽略。減小橫向效應的措施4、*應變片的溫度誤差及補償 （1）溫度誤差 由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差, 稱為應變片的溫度誤差。 產(chǎn)因之一:電阻絲溫度系數(shù)的影響（3-10）產(chǎn)因之二:試件材料與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響（3-11）（3-12）（3-13）F溫度變化T,試件伸長量應變片伸長量應變片附加伸長量（3-15）（3-14）（3-16）（3-17）（2）溫度補償 方法一:應變片的自補償法 特種應變片 T0T=0熱處理等方法使電阻絲材料與被測材料配合恰當。選擇式應變片的自補償法 （3-18）雙金屬敏感柵自補償應變片兩段敏感柵的電阻大

29、小選擇（3-19）圖3-6 雙金屬敏感柵自補償R1R2方法二:橋路補償法 *補償原理：橋路相臨兩臂增加相同電阻，對電橋輸出無影響。 圖3-7 橋路補償方法FR3RBR4R1UU0R1RBF工作片補償片 電橋輸出U 0=A（R1 R4 RB R3）（3-20）溫度補償條件是什么？無應變時的電橋輸出Uo=A（R1+R1t）R4 (RB+RBt)R3=0 電橋輸出電壓為 Uo = AR1R4K Uo 與成單值函數(shù)關(guān)系。與溫度變化無關(guān)。結(jié)論：單臂橋加補償片可實現(xiàn)溫度補償。應變輸出R1=R1K （3-21）有應變時 3、電阻應變片的測量電路C R1R2R4R3UAABDU0圖3-8 不平衡直流電橋U0=

30、？等臂電橋四個橋臂均為應變片，感受應變。U0=？（3-22）四個臂為應變片工作時，其電阻變化R （1）不平衡電橋電路的輸出（3-23）輸出電壓推導方法一（公式法）（3-24）輸出電壓推導方法二（全微分方程法）單臂電橋CR1FU0R1R1R4R3UR2圖3-10 單臂電橋圖3-9 懸臂梁應變DBA（3-25）兩種方法推導出（3-26）差動電橋 R1R2F圖3-11 差動直流電橋U0R1R1R4R3UR2R2CDBA全橋差動電路R2R2R4R4U0R1R1UR3R3圖3-12 全橋差動電路（3-27）R1R4R3R2FCDAB結(jié)論：半橋與全等臂橋輸入輸出成線性關(guān)系。半橋靈敏度是單臂橋的兩倍，全等臂

31、橋靈敏度是單臂橋的四倍。半橋與全等臂電橋具有溫度補償作用。CSY10傳感器綜合實驗儀驗證。討論： 什么情況下電橋的輸出電壓與應變成線性關(guān)系?半橋和全橋電路為了產(chǎn)生最大輸出電壓,應變片應如何連接到電橋上? 如何提高轉(zhuǎn)換電路的靈敏度?結(jié)論： 單臂橋Ri R時，電橋的輸出電壓與應變成線性關(guān)系。半橋與全臂橋無此限制。為了產(chǎn)生最大輸出電壓,應使一個對角線應變片受拉,另一對對角線應變片受壓。電橋供電電壓U越高，輸出電壓U0和靈敏度越大。（應使工作電流小于允許電流） 增大電阻應變片的靈敏系數(shù)K，可提高電橋的靈敏度。（2）非線性誤差及其補償單臂電橋，即R1橋臂變化R，理想的線性關(guān)系 實際輸出電壓 非線誤差誤差

32、 （3-28）（3-29）（3-30）輸出電壓受環(huán)境溫度的影響。消除了環(huán)境溫度的變化對輸出的影響。（3）測量電路與溫度補償 恒壓源 恒流源 （3-31）（3-32）圖3-13 恒壓（流）源供電電橋RR RTRR RTRR RTRR RTABCD應用:測量力、位移、加速度、扭矩等。4、電阻應變式傳感器的應用電子秤汽車衡 機械手夾緊汽車衡稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式：柱式、懸臂梁式、環(huán)式和輪輻式等。(c)薄壁環(huán)式(d)輪輻式（a）柱式(b)懸臂梁式圖3-14 各種彈性體結(jié)構(gòu)圖電阻應變傳感器的制作 彈性元件的制作加工。 應變片的正確粘貼。 應變片的連線接橋。（1）柱（筒）式力傳感器（a）實心圓柱；（b）空心圓筒

33、； 圖3-15柱式力彈性體結(jié)構(gòu)圖R5R8R7R6R1R2R3R4圖3-16 柱式貼片及電橋電路連接圖R5R8R7R6R1R2R3R4UoUi縱向?qū)ΨQ應變片兩兩串接的目的？（偏心載荷時對測量結(jié)果有無影響？）橫向貼片的作用？縱向?qū)ΨQ兩兩串接為了減小偏心載荷及彎矩的影響。 橫向貼片作溫度補償用。討論橫向應變片的應變?yōu)椋?-33）（3-34）接成差動全等臂電橋，總的應變?yōu)殡姌蜉敵鰹椋?-35）（3-36）縱向應變片的應變?yōu)檩敵鲭妷罕磉_式圖3-17 等截面梁應變傳感器結(jié)構(gòu)圖R1R2lFWhR3R4 （2）懸臂梁式力傳感器 結(jié)構(gòu)輸出電壓為（2-38）（2-39） 輸出電壓表達式（2-37）傳感器為懸臂梁式

34、傳感器。懸臂梁端部受質(zhì)量塊慣性力作用，距端部L處的應變?yōu)?接成全橋總應變?yōu)楣残?將應變片貼于應變值最大的點上，接于全橋電路，產(chǎn)生較大輸出（具有較高的靈敏度）注意對角線上的應力狀態(tài)一致不同點:結(jié)構(gòu)不同,敏感元件的應變與被測力關(guān)系不同。各性能參數(shù)有所不同,應用范圍有所不同。 （查手冊）總結(jié)各種結(jié)構(gòu)電阻應變傳感器的共性是什么？不同之處是什么？圖3-18 壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡圖 結(jié)構(gòu)低壓腔高壓腔硅杯引線硅膜片（3） 壓阻式壓力傳感器 膜片上徑向應力r和切向應力t的分布（3-40）（3-41）沿徑沿 兩側(cè)采用擴散工藝制作四個電阻。 應變片的制作及電橋輸出電壓C R1R2R4R3UAVDDBDV0V01

35、R5R5RgR6R6R7R7V02V1V2疊加定理（4）實用測量電路金屬熱電阻和半導體熱敏電阻。熱電阻傳感器是利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化的特性對與溫度相關(guān)的參量進行檢測的裝置。1、定義測溫、測溫范圍主要在中低溫區(qū)（200650）2、應用3、分類二、熱電阻傳感器4、金屬熱電阻鉑熱電阻（1）熱電阻的結(jié)構(gòu)圖3-19熱電阻結(jié)構(gòu)圖鉑電阻R tR01+At+Bt2+Ct3(t100)（3）熱電特性 （RTT） T在2000時T在0650時對純度一定的鉑熱電阻， A、B、C為一常數(shù)。R t R0(1+At+Bt2)（3-42）（3-43）R t R0(1+At)精度要求不高時（3-44）查分度表法：

36、根據(jù)R t與t 的關(guān)系，每隔0.1制成即R t與t 的關(guān)系表， 測得熱電阻的阻值Rt ，從分度表上查出對應的溫度值。離線查表法與在線查表法。 （3）測量溫度的方法公式計算法：由測得的熱電阻阻值，由熱電特性公式計算出相應的溫度值。求RT的反函數(shù)T 。R0=100和R0=1000及R0=500三種, 分度號分別為 Pt100、Pt1000和Pt500。 （4）鉑熱電阻的種類RT（5）鉑熱電阻的溫度系數(shù)（3-45）TRTR0溫度系數(shù)是常數(shù)還是漸變的利用半導體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)而制成的溫度敏感元件。 （1）定義2、熱敏電阻（2）工作機理價帶導帶圖3-20熱電阻工作機理圖圓片形二極管形珠

37、形玻璃管形（3）熱電特性 （RTT）RT=R0e B(1/T1/T0)（3-46）T=373.15K(100)，T0=293.15K (20 )測量R20、R100 ，計算B材料常數(shù)B的確定（3-47）溫度靈敏度的確定（3-48）（4）熱敏電阻的伏安特性 圖3-21 熱敏電阻的伏安特性 避免電流過大，電阻體產(chǎn)生自熱。工業(yè)用鉑電阻采用三線制測量電路和四線制測量電路。3、熱電阻傳感器的應用（1）金屬熱電阻傳感器溫度測量，測量電路采用電橋電路。圖3-22 三線制測量電路 UCCR tR0U0rrrRR三線制補償原理電橋的相臨兩個橋臂增加了相同導線電阻，差動輸出后，可消除導線電阻的影響。輸出電壓（3-

38、49）R fR fRRR1R1R t+U0I圖3-23 四線制測量電路四線制補償原理（3-50）（3-51）典型測溫電路圖 3-24 恒流源測量電路 恒流驅(qū)動放大低通濾波A/D滿量程輸入電壓為2 V。放大倍數(shù)為5.18倍。 100時，PT1000的阻值為PT1000上電壓為1.386V，輸出電壓為，0時輸出電壓為0。 恒壓驅(qū)動圖 3-25 恒壓源測量電路 R fR fR1R0R2R2R t+U0-R1VCC=5VR 3R 4R 550K50K1K1M1M1M1M0.5K5K100PT1000A/D滿量程輸入電壓為2 V。溫度上限100，電橋輸出電壓為36.82mV 。放大倍數(shù)為54.3倍。放大

39、器可采用儀表放大器AD623、AD627等。在量程上限時，調(diào)節(jié)量程電阻使輸出達到2V。RGR1R0R tR1VCC=5V50K50K1KPT1000AD627V0儀表放大器溫度上限100，電橋輸出電壓為36.82mV輸出電壓為2 V（2）熱敏電阻傳感器 溫度控制實現(xiàn)某一小溫度范圍t1t2的溫度控制。tt2 RG VT1截止（VT2截止）J失電停止加熱J1J1圖3- 26 溫度控制器溫度補償 補償原理T0，R10，R20，合理選擇電路參數(shù)，使錳銅絲電阻R2R1被補償元件RT圖3- 27溫度補償電路三、光敏電阻、 光敏電阻的結(jié)構(gòu)與工作原理(1)光敏電阻的結(jié)構(gòu) 圖3-28光敏電阻的電極圖案導帶價帶u

40、A 圖3-29 光敏電阻工作原理圖（2）工作原理光照載流子 RG I 、 光敏電阻的基本特性 （1）伏安特性 一定光照，R一定，I正比于U。 圖3-30 光敏電阻的伏安特性（2）光照特性（IE） 光敏電阻的光照特性為非線性，用于自動控制元件。 圖3-31 光敏電阻的光照特性無光照V0=VL 。有光照V0=VH。輸出接單片機的I/O口，每2分鐘對此口查詢1次，為高電平，計數(shù)一次，為低電平，不計數(shù)。1天查詢720次。 圖3-32 光敏電阻的應用例1：光照度計（3-52）例2：光控門光敏電阻干簧管電機例3：光控開關(guān)KLN 圖3-33 光敏電阻的光譜特性（3）光譜特性（Kr%）應使光的波長與光敏元件的

41、峰值波長接近，使光電元件得到較高得相對靈敏度。（3-41）（4）頻率特性光敏電阻受到（調(diào)制）交變光作用，光電流與頻率的關(guān)系。反映光敏電阻的響應速度。3- 34 調(diào)制原理圖MuA調(diào)制盤電機3- 35光敏電阻的頻率特性電感傳感器的基本工作原理演示氣隙變小，電感變大，阻抗變大，電流變小3.2 電感式傳感器電感式傳感器工作原理分類自感式傳感器 ：力、位移測量互感式傳感器：力、位移測量電渦流式傳感器：板厚測量、金屬探傷a)變間隙式氣隙型 b)變面積式截 c)螺管式螺管型3-36自感式傳感器原理圖一、自感式傳感器1、原理原理式的推導（3-53）（3-54）螺管式3-37變間隙式電感傳感器L-特性（3-55

42、）2 、變氣隙式自感傳感器靈敏度 （1）簡單變氣隙式自感傳感器靈敏度 當/ 0時, u2與uS （u1）同頻同相,u00。 當位移x 0時, u2與uS （u1）同頻反相, u0 0時, u2與u S為同頻同相當u2與uS均為正半周時, 等效電路 當u2與us均為負半周時, 等效電路思考當u2與uS均為正半周時, 畫等效電路 u22在RL上產(chǎn)生的電壓為(3-71)當u2與uS均為負半周時, 畫等效電路 輸出電壓亦為結(jié)論：位移X0, 不論u2與uS是正半周還是負半周，負載RL兩端得到的電壓u0始終為正。(3-72)當x0時,u2與uS為同頻反相。不論u2與uS是正半周還是負半周, 負載電阻RL兩

43、端得到的輸出電壓u0表達式總是為相敏檢波器輸出電壓的變化規(guī)律不僅反映了位移變化的大小，而且反映了位移的方向。結(jié)論：位移X0, 不論u2與uS是正半周還是負半周，負載RL兩端得到的電壓u0始終為負。4、 差動變壓器應用1-接頭；2-膜盒；3-底座；4-線路板；5-差動變壓器線圈；6-銜鐵；7-罩殼；8-插頭；9-通孔圖3-49 微壓力傳感器 圖3-50 微壓力傳感器測量電路電渦流效應：塊狀金屬導體置于變化的磁場中，導體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應電流, 此電流叫電渦流, 以上現(xiàn)象稱為電渦流效應。 三、電渦流傳感器圖 3-51 渦流的產(chǎn)生 對位移、厚度、材料損傷等進行非接觸式連續(xù)測量。 應用高頻反射式和

44、低頻透射式 分類高頻反射式低頻透射式1、高頻反射式電渦流傳感器圖 3-52 渦流傳感器工作原理圖（1）工作原理Z=F（, , r, f, x）Z=F（x）線圈等效阻抗Z（2）等效電路分析線圈和導體的回路方程線圈阻抗反射電阻反射電感線圈的等效品質(zhì)因數(shù)Q值為X（x，）L、 Z， Q U ，f 。（3） 傳感器的結(jié)構(gòu)線圈3-54 高頻渦流傳感器的結(jié)構(gòu)插頭電纜支架框架襯套框架 并聯(lián)LC諧振（4） 被測材料對諧振曲線的影響圖3-55 傳感器的諧振曲線非磁材料諧振曲線右移軟磁材料諧振曲線左移定頻時圖3-56 定頻調(diào)幅式測距原理電路（5）測量方法 定頻調(diào)幅法輸出電壓為高頻載波的等幅電壓或調(diào)幅電壓。 波形？高

45、頻放大器：電平抬高。檢波電路：取出等幅電壓。濾波電路：濾出高頻雜散信號，取出與距離（振動）對應的直流電壓U0。3-57 輸出特性曲線X在（1/5 1/3）D（線框直徑） 電橋法放大器檢波器Z1Z2RR振蕩器探頭2探頭1鋼管焊縫檢查焊縫有無缺欠，如有，Z1Z2 ，電橋輸出電壓報警。 圖3-58 電橋法測量電路2、低頻透射式渦流傳感器 3-59(a)透射式渦流傳感器原理 (b) 線圈感應電勢與厚度關(guān)系曲線測厚的依據(jù): E的大小間接反映了M的厚度t（1）工作原理發(fā)射線圈接收線圈（2）影響E的因素t 板厚 q s- 渦流滲透深度q s 渦流密度等于j0 的 1/e 深度。影響滲透深度的因素頻率、材料一

46、定，板越厚，接收線圈E越小。板厚、材料一定，頻率越高，滲透深度越淺，E越小。材料一定，不同頻率下的E與t的關(guān)系 3-60 不同頻率滲透深度對E=f(t)曲線的影響厚板，較低頻率薄板，較高頻率更換被測材料時,采取變頻的方法,使?jié)B透深度基本不變,靈敏度不變。測試頻率與材料關(guān)系為了得到較高的靈敏度，根據(jù)板厚選擇激勵頻率。 3、 渦流式傳感器的應用（1）厚度測量調(diào)理電路調(diào)理電路微機或單片機顯示鍵盤設(shè)定Dx1x2d探頭A/D轉(zhuǎn)換器d=D(x1+ x2)圖3-61 高頻反射式渦流測厚儀測試系統(tǒng)圖（2） 轉(zhuǎn)速測量圖3-62 轉(zhuǎn)速測量Z:齒數(shù)； N：每分鐘轉(zhuǎn)過齒數(shù)。（3）渦流探傷 帶鋼圓管波接管打壓制管脹波渦

47、流探傷鋸切焊頭圖3-63 波接管成型工藝流程框圖無損探傷原理裂紋檢測，缺陷造成渦流變化?；疖囕啓z測油管檢測比較器整形電路整形電路濾波器頻率計單片機檢波器高頻放大器高頻振蕩器轉(zhuǎn)軸風杯外殼轉(zhuǎn)盤LCRV0u0圖3-64三杯式風速傳感器及檢測系統(tǒng)VR（4）三杯式風速傳感器 當金屬片靠近探頭時，LC諧振回路失諧，阻抗下 降，輸出電壓減小。V0VR。比較器輸出高電平。圓盤轉(zhuǎn)動圈數(shù)N1=渦流產(chǎn)生的次數(shù)N2=比較器輸出脈沖數(shù)N3。工作原理風速為v=f/K(m/s) K-風速頻率轉(zhuǎn)換系數(shù)原理式思考：如何測得N值？如何能夠提高裝置的分辨能力？可在圓盤上等距放多個金屬片，轉(zhuǎn)一圈輸出多個脈沖。 XC （X：位移、加速

48、度、液位、料位、振動、濕度） 一、工作原理和類型 原理式類型變間隙式、變面積式和變介電常數(shù)式。S圖3-65 電容傳感器原理圖 3.3、電容式傳感器圖3-66 電容傳感器結(jié)構(gòu)圖變極距(）型變面積型(S)型變介電常數(shù)( )型1、變極距型電容傳感器（1）簡單變極距型電容傳感器 。靈敏度推導思考：若以容抗為輸出，輸入輸出關(guān)系？（2）差動變間隙式電容傳感器 圖3-67差動變間隙式電容傳感器結(jié)構(gòu)圖動極板上移 。（3）簡單與差動變間隙式電容傳感器非線性誤差簡單變間隙式電容傳感器差動變間隙式電容傳感器差動電容傳感器非線性誤差非線性誤差減小一個數(shù)量級。 2、變面積型電容傳感器圖3-68變面積型電容傳感器原理圖

49、（1）線位移（2）電容式角位移傳感器 當=0時 當0時圖3-69電容角位移傳感器原理圖 3、 變介電常數(shù)型電容式傳感器圖3-70電容式液位傳感器 （1）根據(jù)各種介質(zhì)的介電常數(shù)不同，檢測液面高度。同心圓柱狀極板，插入液體深度h，兩極板間構(gòu)成電容式傳感器（并聯(lián)）電容與液位的關(guān)系為： （2）位移測量 圖3-71 變介質(zhì)介電常數(shù)型電容傳感器當x=0時，傳感器的初始電容為當被測電介質(zhì)進入極板間X深度后，引起電容相對變化量為二、電容式傳感器的測量電路1、變壓器電橋電路圖3-72 變壓器電橋u0z21/C2z1 1/C1u/2u/2uiAB差動電容傳感器動極板下移差動電容傳感器動極板上移2、運算放大器電路u

50、-ACxu0C3-73 運算放大器電路測量極板間的距離，輸入與輸出之間成線性關(guān)系。3、二極管雙T型電橋電路 實現(xiàn)圖3-74雙T型電橋電路U0iC1iC2UERRC1C2RLVD1VD2電源為正半周，戴維寧定理 C2二端口網(wǎng)絡電路等效成一階電路圖3-75 雙T型電橋電路正半周等效電路UEL+RRRULEiC2C2RLRR的平均值負半周時電容C1的平均電流UEL+RRRULEiC1C1RRLR圖3-76雙T型電橋電路負半周等效電路1、當e為正半周時, 二極管VD1導通、VD2截止。 方法二 由三要素法2、電源負半周輸出電流的平均值圖3-77 雙T型電橋電路 4、 脈沖寬度調(diào)制電路（1）工作原理正半

51、周 上電后RS觸發(fā)器Rd=Sd=0。 Q=1 Q=0 實現(xiàn) Q點輸出電壓U1通過R1對C1充電。 UF漸增。當UFUr時，比較器IC1翻轉(zhuǎn)， Rd=1，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器復位。圖3-78 差動脈沖調(diào)寬式測量電路雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器濾波器AR1BD2D1R2U1C1GFC2IC1UrIC2SdRduAB負半周 Rd=1 Sd=0 ， Q=0 Q=1 C1通過VD1快速放電，Q輸出電壓U1通過R2對C2充電。UG漸增。當UGUr時，比較器IC2翻轉(zhuǎn)， Sd=1 ， Rd=0，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器置位。Q=1 Q=0 。 在A、B兩點輸出方波電壓uAB。經(jīng)低通濾波器得到其平均值U0。 （2）各點（A、B、F、G）電壓的波

52、形情況1 C1=C2情況2 C1C2 C1充電速度慢于C2充電速度，UA持續(xù)時間長于 UB的持續(xù)時間。比較器的輸出控制雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的狀態(tài)。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出提供差動電容器的電壓。電容端的電壓控制比較器的翻轉(zhuǎn)。圖3-79（a）脈寬調(diào)制電路電壓波形圖3-79（b）脈寬調(diào)制電路電壓波形（3）輸出電壓的推導由電壓波形圖可知C1充電時，零狀態(tài)響應線性特性調(diào)寬頻率的變化對輸出沒有影響電容式差壓變送器 高壓側(cè)進氣口低壓側(cè)進氣口電子線路位置內(nèi)部不銹鋼膜片的位置四、 電容式傳感器的應用四、 電容式傳感器的應用1、電容式差壓傳感器P2玻璃盤鍍金層金屬膜片C2電極引線p1C1圖3-80 電容式差壓傳感器差動變壓器電

53、橋壓力差使膜片變形產(chǎn)生位移位移使兩個電容器電容量發(fā)生變化 2、 差動式電容測厚傳感器（1）結(jié)構(gòu)圖3-81 差動電容測厚傳感器傳感器上下兩個極板與金屬板上下表面間構(gòu)成電容傳感器。調(diào)頻振蕩器調(diào)頻振蕩器計數(shù)器8253單片機89C51鍵盤顯示圖3-82 調(diào)頻式差動電容式測厚傳感器原理圖f1,f2送計數(shù)器8253的計數(shù)口，單片機定時1秒取8253計數(shù)器中的計數(shù)值。即為f1,f2。由公式計算得dx1， dx2。 電容式接近開關(guān)在物位測量控制中的使用演示CXC00 報警電容式加速度傳感器圖3-83 差動式電容加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖adCU0 a 超過閾值，啟動保護裝有傳感器的假人氣囊 加速度傳感器安裝在轎車上，

54、可以作為碰撞傳感器。當測得的負加速度值超過設(shè)定值時， 微處理器據(jù)此判斷發(fā)生了碰 撞，于是就啟動轎車前部的折疊式安全氣囊迅速充氣而膨脹，托住駕駛員及前排乘員的胸部和頭部。 使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞時，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣 。 汽車氣囊的保護作用主要內(nèi)容3.13.23.3 電阻式傳感器 電容式傳感器 電感式傳感器敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路被測量中間量電阻電信號3.1 電阻式傳感器 電阻式傳感器組成 電阻式傳感器分類電阻應變式、壓阻式、熱阻式、光敏電阻式、磁敏電阻等。一、應變式傳感器彈性體應變片F(xiàn)電橋電路 彈性體 應變片 電橋電路 x（力、加速度、荷重等） 應變 電阻變化 電壓 電阻應變

55、式傳感器定義 它是利用彈性敏感元件將被測量轉(zhuǎn)變?yōu)槠鋺?再通過粘貼在其上的電阻應變片將應變轉(zhuǎn)換為電阻變化，最后通過測量電路（電橋）轉(zhuǎn)換為輸出電壓的裝置。應變片：利用金屬絲的電阻應變效應或半導體的壓阻效應制成的一種轉(zhuǎn)換傳感元件。分類：電阻絲應變片和半導體應變片。1 、電阻絲的應變效應金屬絲受拉時，l 變長、r 變小，導致R變大 。金屬絲沿軸向受到拉伸或壓縮，其阻值增大或減小，此現(xiàn)象為電阻應變效應。 電阻變化（應變）與伸長量的關(guān)系？ 圖3-1電阻絲的應變效應1.電阻絲的應變效應 設(shè)有一長度為、截面積為S、半徑為r、電阻率為的金屬單絲，它的電阻值R可表示為 當沿金屬絲的長度方向作用均勻拉力（或壓力）

56、時，上式中、r、l都將發(fā)生變化，從而導致電阻值R發(fā)生變化。例如金屬絲受拉時，l將變長、r變小，均導致R變大；又如，某些半導體受拉時，將變大，導致R變大。 實驗證明，電阻絲及應變片的電阻相對變化量R R與材料力學中的軸向應變的關(guān)系在很大范圍內(nèi)是線性的，即 對于不同的金屬材料，K 略微不同，一般為2左右。而對半導體材料而言，由于其感受到應變時，電阻率 會產(chǎn)生很大的變化，所以靈敏度比金屬材料大幾十倍。 在材料力學中，稱為電阻絲的軸向應變，也稱縱向應變，是量綱為1的數(shù)。 通常很小，常用10-6表示之。例如，當 為0.000001時，在工程中常表示為110-6或m/m。在應變測量中，也常將之稱為微應變(

57、)。 對金屬材料而言，當它受力之后所產(chǎn)生的軸向應變最好不要大于110-3，即1000m/m，否則有可能超過材料的極限強度而導致斷裂。 應變片用于測量力F的計算公式 由材料力學可知，=F /（SE），所以R /R又可表示為 如果應變片的靈敏度K 和試件的橫截面積A以及彈性模量均為已知，則只要設(shè)法測出R /R的數(shù)值，即可獲知試件受力的大小，例如可用于電子秤的稱重。 2、電阻絲應變片的結(jié)構(gòu)與類型 圖 3-2 電阻絲應變片結(jié)構(gòu)（1） 結(jié)構(gòu)箔式應變片的外形敏感柵感受應變，并將應變轉(zhuǎn)換為電阻的變化。基底絕緣及傳遞應變。由紙薄、膠質(zhì)膜等制成。粘結(jié)劑敏感柵與基底、基底與試件、基底與覆蓋層之間的粘結(jié)。覆蓋層保護

58、作用。防濕、蝕、塵。引線（低阻易焊）連接電阻絲與測量電路，輸出電參量。應變片的使用面積和阻值表示其規(guī)格。如（310）mm2 ，120。 根據(jù)制柵工藝的不同分為絲式、 箔式和薄膜式。絲式制作：粘貼工藝。箔式制作工藝：照相制版或光刻技術(shù)。薄膜式制作工藝：真空蒸發(fā)或真空沉積。應變片的選擇根據(jù)測量精度、允許工作電流、散熱、體積、是否批量等要求查手冊選擇。（2）電阻絲應變片的種類 圖 3-3 箔式電阻絲應變片結(jié)構(gòu)應變片的粘貼： 1. 去污：采用手持砂輪工具除去構(gòu)件表面的油污、漆、銹斑等，并用細紗布交叉打磨出細紋以增加粘貼力 ，用浸有酒精或丙酮的紗布片或脫脂棉球擦洗。 2.貼片：在應變片的表面和處理過的粘

59、貼表面上，各涂一層均勻的粘貼膠 ，用鑷子將應變片放上去，并調(diào)好位置，然后蓋上塑料薄膜，用手指揉和滾壓，排出下面的氣泡 。 3.測量 ：從分開的端子處，預先用萬用表測量應變片的電阻，發(fā)現(xiàn)端子折斷和壞的應變片。3、電阻應變片的特性（1）應變片的靈敏系數(shù)K=0,285鋼件確定方法：實驗測定確定過程：應變片F(xiàn)F應力儀測出X電位差計測R/R 圖 3-4 應變片K確定方法 4.焊接： 將引線和端子用烙鐵焊接起來，注意不要把端子扯斷。 5.固定： 焊接后用膠布將引線和被測對象固定在一起，防止損壞引線和應變片。敏感柵是由n條直線段和（n1）個半徑為r的半圓組成, 若該應變片承受軸向應力而產(chǎn)生縱向拉應變x時,

60、則各直線段的電阻將增加, 但在半圓弧段則受到從+x到x之間變化的應變。即從拉應變過渡到壓應變。（2）橫向效應定性分析圖 3-5 應變片的軸向受力與 橫向效應a點：只有X。b點： 既有X ，又有 Y 。c點：只有 Y 。圓弧段橫向收縮引起阻值減小量對軸向伸長引起阻值增加量起著抵消作用。 因而同樣應變阻值變化減小，K值減小，此現(xiàn)象為橫向效應。減小橫向效應加長敏感柵縱柵，加寬縮短橫柵，消除圓弧。箔式和薄膜式應變片橫向效應可忽略。定量分析應變片置于二維應力場，即有 ，又有 。（3-9）4、應變片的溫度誤差及補償 （1）溫度誤差 由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差, 稱為應變片的溫度誤差。