包裝工程測(cè)試4參考

第四章常用傳感器4.1概述4.2電阻傳感器

4.3電容傳感器4.4電感傳感器4.5磁電傳感器4.6壓電傳感器4.7磁敏傳感器4.8傳感器選用原則▼▼▼▼▼▼▼▼4.1概述1.傳感器(Sensor)定義

傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成(GB766-87)。狹義上，非電信號(hào)電信號(hào)。在非電量電測(cè)系統(tǒng)中的作用

敏感作用：感受并拾取被測(cè)對(duì)象的信號(hào)

變換作用：被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于檢測(cè)和處理的電信號(hào)將物理量變換成電信號(hào)的變化（水位、壓力等）。獲得傳感器信號(hào)的兩種方法直接獲得電信號(hào)的變化（開(kāi)關(guān)傳感器）；2.傳感器的分類(lèi)(1)按被測(cè)物理量分類(lèi)(2)按傳感器元件的變換原理分類(lèi)位移傳感器,流量傳感器,溫度傳感器等.電阻式,電容式,電感式,壓電式,光電式等.能量轉(zhuǎn)換型:直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作.

例如:熱電偶溫度計(jì),壓電式加速度計(jì).能量控制型:從外部供給能量并由被測(cè)量控制外部供給能量的變化.

例如:電阻應(yīng)變片.能量傳遞型:從某種能量發(fā)生器與接受器進(jìn)行能量傳遞過(guò)程中實(shí)現(xiàn)敏感檢測(cè).

例如:超聲波發(fā)生器和接受器.(3)按傳感器的能量傳遞方式分類(lèi)3.傳感器的性能要求工作范圍或量程應(yīng)足夠大，具有一定的過(guò)載能力與檢測(cè)系統(tǒng)匹配性好，轉(zhuǎn)換靈敏度高精度適當(dāng)，穩(wěn)定性高反應(yīng)速度快，工作可靠性高適應(yīng)性和適用性強(qiáng)4.常見(jiàn)的被測(cè)物理量機(jī)械量:長(zhǎng)度,厚度,位移,速度,加速度,旋轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)速,

質(zhì)量,重量,力,壓力,真空度,力矩,風(fēng)速,流速,

流量;聲:

聲壓,噪聲.磁:

磁通,磁場(chǎng).溫度:

溫度,熱量,比熱.光：亮度，色彩▲電阻式傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器。按工作的原理可分為:熱敏式電阻應(yīng)變式變阻器式光敏式濕敏式4.2電阻式傳感器1.可調(diào)電位器

為輸出電壓(V)；為外加固定電壓(V);

為材料的總電阻();為固定端至滑塊的電阻()2.應(yīng)變式電阻傳感器絲式應(yīng)變片

箔式應(yīng)變片

(1).應(yīng)變效應(yīng)導(dǎo)體或半導(dǎo)體在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形而引起導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值發(fā)生變化的物理現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)變效應(yīng)。傳感元件：電阻應(yīng)變片，它是一種把被測(cè)試件的應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電阻變化量的傳感元件。應(yīng)變片受力

應(yīng)變

比例關(guān)系

比例關(guān)系

應(yīng)變片電阻的變化

(2).工作原理式中，ρ——導(dǎo)線(xiàn)的電阻率，又稱(chēng)為電阻系數(shù)金屬導(dǎo)線(xiàn)的應(yīng)變電阻效應(yīng)：當(dāng)金屬絲由于受到軸向力P而伸長(zhǎng)時(shí)，長(zhǎng)度增長(zhǎng)，截面積減小，其電阻值就增大；反之，如細(xì)絲因受壓力而縮短，即長(zhǎng)度變短，截面積變粗時(shí)，則電阻就減小。S由兩部分組成：前一部分(1+2μ)是由金屬導(dǎo)線(xiàn)的幾何變形引起的；后一部分λE除與金屬導(dǎo)線(xiàn)幾何尺寸有關(guān)外，還與金屬本身的特性有關(guān)。μ：泊松系數(shù)，E:彈性模量，ε:縱向應(yīng)變，λ:壓阻系數(shù)

推導(dǎo)<1>金屬應(yīng)變片（不變）金屬應(yīng)變計(jì)<2>

半導(dǎo)體應(yīng)變片（變化）半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)(3).應(yīng)變片的主要參數(shù)

1)幾何參數(shù)：表距L和絲柵寬度b，制造廠常用

b×L表示。2)電阻值：應(yīng)變計(jì)的原始電阻值。

3)靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計(jì)變換性能的重要參數(shù)。4)其它表示應(yīng)變計(jì)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）。

(4).金屬應(yīng)變計(jì)金屬應(yīng)變計(jì)有:

1、絲式

2、箔式

3、薄膜式優(yōu)點(diǎn):穩(wěn)定性和溫度特性好.缺點(diǎn):靈敏度系數(shù)小.應(yīng)變計(jì)(5).半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)變靈敏度大;體積小;能制成具有一定應(yīng)變電阻的元件.缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。應(yīng)變計(jì)體型薄膜型擴(kuò)散型立柱應(yīng)力

橋梁應(yīng)力

(6).應(yīng)變式電阻傳感器的應(yīng)用

德國(guó)HBM電阻應(yīng)變式傳感器

質(zhì)量傳感器

位移傳感器

加速度計(jì)

壓力傳感器

壓力傳感器

轉(zhuǎn)矩傳感器

3.其他電阻傳感器

(1).熱電阻傳感器

利用導(dǎo)電物體電阻率隨本身溫度變化而變化的溫度電阻效應(yīng)制成的傳感器。溫度(熱量)的變化電阻的變化溫度檢測(cè)

:-200℃～+500℃(2).熱敏電阻傳感器

圓形熱敏電阻柱形熱敏電阻珠形熱敏電阻熱敏電阻在電路中的符號(hào)非線(xiàn)性元件:它的溫度-電阻關(guān)系是指數(shù)關(guān)系

溫度為-50℃～＋350℃

(3).光敏電阻傳感器

(4).濕敏電阻傳感器

▲光敏電阻主要被用作自動(dòng)控制中的開(kāi)關(guān)元件檢測(cè)空氣濕度(水分)。某些金屬氧化物(如氧化鋰)，能在水中電離，當(dāng)吸收水分后，氧化物的電離程度增大，導(dǎo)電性增加而電阻減小。4.3電容式傳感器

1.變換原理

將被測(cè)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,它的電容量為:+++A

當(dāng)被測(cè)量δ、A或ε發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起電容的變化。如果保持其中的兩個(gè)參數(shù)不變，而僅改變另一個(gè)參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化變換為單一電容量的變化。2.分類(lèi)

a)極距變化型+++c)介質(zhì)變化型b)面積變化型:平面線(xiàn)位移型,角位移型,柱面線(xiàn)位移型3.靈敏度

a)極距變化型傳感器的靈敏度近似為：變極距電容傳感器

平板電容器傳感器靈敏度b)面積變化型a)直線(xiàn)位移型

直線(xiàn)位移型b)角位移型

傳感器靈敏度角位移型c)介質(zhì)變化型介質(zhì)常數(shù)變化型電容式傳感器大多用于測(cè)量電介質(zhì)的厚度(圖a)、位移(圖b)、液位(圖c)根據(jù)極板介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度、濕度、容量改變而改變來(lái)測(cè)量溫度、濕度、容量(圖d)等。

電容式傳感器中電容值以及電容變化值都十分微小，這樣微小的電容量還不能直接被目前的顯示儀表顯示，也很難被記錄儀接受，不便于傳輸。必須借助測(cè)量電路檢出這一微小電容增量，并將其轉(zhuǎn)換成與其成單值函數(shù)關(guān)系的電壓、電流或者頻率。電容轉(zhuǎn)換電路有調(diào)頻電路、運(yùn)算放大器式電路、二極管雙T型交流電橋、脈沖寬度調(diào)制電路等。4.電容傳感器的測(cè)量電路調(diào)頻測(cè)量電路把電容式傳感器作為振蕩器諧振回路的一部分。當(dāng)輸入量導(dǎo)致電容量發(fā)生變化時(shí)，振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化。雖然可將頻率作為測(cè)量系統(tǒng)的輸出量，用以判斷被測(cè)非電量的大小，但此時(shí)系統(tǒng)是非線(xiàn)性的，不易校正，因此加入鑒頻器，用此鑒頻器可調(diào)整地非線(xiàn)性特性去補(bǔ)償其他部分的非線(xiàn)性，并將頻率的變化轉(zhuǎn)換為振幅的變化，經(jīng)過(guò)放大就可以用儀器指示或記錄儀記錄下來(lái)。調(diào)頻測(cè)量電路原理框圖如下圖所示，Cx為電容變換器。（1）調(diào)頻測(cè)量電路4電容式傳感器的測(cè)量電路圖中調(diào)頻振蕩器的振蕩頻率為式中：L0——振蕩回路的電感；C

——振蕩回路的總電容，

。其中，C1為振蕩回路固有電容；C2為傳感器引線(xiàn)分布電容；而為傳感器的電容。

圖4-12調(diào)頻式測(cè)量電路原理框圖4電容式傳感器的測(cè)量電路當(dāng)被測(cè)信號(hào)為0時(shí)，ΔC=0，則，所以振蕩器有一個(gè)固有頻率：當(dāng)被測(cè)信號(hào)不為0時(shí)，ΔC≠0，振蕩器頻率有相應(yīng)變化，此時(shí)頻率為：調(diào)頻電容傳感器測(cè)量電路具有較高靈敏度，可以測(cè)至0.01μm級(jí)位移變化量。信號(hào)輸出易于用數(shù)字儀器測(cè)量和與計(jì)算機(jī)通訊，抗干擾能力強(qiáng)，可以發(fā)送、接收以實(shí)現(xiàn)遙測(cè)遙控。4電容式傳感器的測(cè)量電路

運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)K非常大，而且輸入阻抗Zi很高。運(yùn)算放大器的特點(diǎn)可以使其作為電容式傳感器的比較理想的測(cè)量電路。下圖是運(yùn)算放大器式電路原理圖。圖4-13運(yùn)算放大器式電路原理圖（2）運(yùn)算放大器式電路4電容式傳感器的測(cè)量電路圖中Cx為電容式傳感器，是交流電源電壓，是輸出信號(hào)電壓，Σ是虛地點(diǎn)。由運(yùn)算放大器工作原理可得：如果傳感器是一只平板電容，則Cx=εA/d，代入上式有：上式說(shuō)明運(yùn)算放大器的輸出電壓與極板間距離d線(xiàn)性關(guān)系。運(yùn)算放大器電路解決了單個(gè)變極板間距離式電容傳感器的非線(xiàn)性問(wèn)題。4電容式傳感器的測(cè)量電路

二極管雙T型交流電橋又稱(chēng)為二極管T型網(wǎng)絡(luò)，如圖所示。e是高頻電源，它提供幅值為Ui的對(duì)稱(chēng)方波，VD1、V為特性完全相同的兩個(gè)二極管，，C1、C2為傳感器的兩個(gè)差動(dòng)電容。當(dāng)傳感器沒(méi)有輸入時(shí)，C1=C2。圖4-14二極管雙T型交流電橋（3）二極管雙T型交流電橋4電容式傳感器的測(cè)量電路電路工作原理如下：當(dāng)e為正半周時(shí)，二極管導(dǎo)通、截止，于是電容C1充電；在隨后負(fù)半周出現(xiàn)時(shí)，電容C1上的電荷通過(guò)電阻R1、負(fù)載電阻RL放電，流過(guò)RL的電流為I1。在負(fù)半周內(nèi)，導(dǎo)通、截止，則電容C2充電；在隨后出現(xiàn)正半周時(shí)，C2通過(guò)電阻R2，負(fù)載電阻RL放電，流過(guò)RL的電流為I2。根據(jù)上面所給的條件，電流I1=I2，且方向相反，在一個(gè)周期內(nèi)流過(guò)RL的平均電流為零。4電容式傳感器的測(cè)量電路若傳感器輸入不為0，則C1≠C2，那么I1≠I(mǎi)2，此時(shí)RL上必定有信號(hào)輸出，其輸出在一個(gè)周期內(nèi)的平均值為:

式中f為電源頻率。當(dāng)RL已知，上式中（常數(shù)），則：輸出電壓U0不僅與電源電壓的幅值和頻率有關(guān)，而且與T型網(wǎng)絡(luò)中的電容C1和C2的差值有關(guān)。當(dāng)電源電壓確定后，輸出電壓U0是電容C1和C2的函數(shù)。4電容式傳感器的測(cè)量電路該電路輸出電壓較高，當(dāng)電源頻率為1.3MHz,電源電壓Ui=46V時(shí),電容從-7～+7pF變化，可以在1MΩ負(fù)載上得到-5～+5V的直流輸出電壓。電路的靈敏度與電源幅值和頻率有關(guān)，故輸入電源要求穩(wěn)定。當(dāng)Ui幅值較高，使二極管工作在線(xiàn)性區(qū)域時(shí)，測(cè)量的非線(xiàn)性誤差很小。電路的輸出阻抗與電容C1、C2無(wú)關(guān)，而僅與R1、R2及RL有關(guān)，其值為1～100kΩ。輸出信號(hào)的上升沿時(shí)間取決于負(fù)載電阻。對(duì)于1kΩ的負(fù)載電阻上升時(shí)間為20μs左右，故可用來(lái)測(cè)量高速的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。4電容式傳感器的測(cè)量電路

下圖為一種差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制電路。當(dāng)接通電源后，若觸發(fā)器Q端為高電平(U1)，端為低電平(0)，則觸發(fā)器通過(guò)R1對(duì)C1充電；當(dāng)F點(diǎn)電位UF升到與參考電壓Ur相等時(shí)，比較器IC1產(chǎn)生一個(gè)脈沖使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，從而使Q端為低電平，端為高電平(U1)。圖4-15差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路（4）脈沖寬度調(diào)制電路4電容式傳感器的測(cè)量電路此時(shí)，電容C1通過(guò)二極管D1迅速放電至零，而觸發(fā)器由端經(jīng)R2向C2充電；當(dāng)G點(diǎn)電位UG與參考電壓Ur相等時(shí)，比較器IC2輸出一個(gè)脈沖使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，從而循環(huán)上述過(guò)程。可以看出，電路充放電的時(shí)間，即觸發(fā)器輸出方波脈沖的寬度受電容C1、C2調(diào)制。當(dāng)C1=C2時(shí)，各點(diǎn)的電壓波形如下圖(a)所示，Q和兩端電平的脈沖寬度相等，兩端間的平均電壓為零。當(dāng)C1＞C2時(shí)，各點(diǎn)的電壓波形如下圖(b)所示，Q、兩端間的平均電壓（經(jīng)一個(gè)低通濾波器）為：4電容式傳感器的測(cè)量電路

上式中：T1和T2分別為端和端輸出方波脈沖的寬度，亦即C1和C2的充電時(shí)間。（a）（b）圖4-16各點(diǎn)電壓波形圖4電容式傳感器的測(cè)量電路根據(jù)電路知識(shí)可求出將這兩個(gè)式子代入上式，可得當(dāng)該電路用于差動(dòng)式變極距型電容傳感器時(shí)，由上式有：4電容式傳感器的測(cè)量電路這種電路只采用直流電源，無(wú)需振蕩器，要求直流電源的電壓穩(wěn)定度較高，但比高穩(wěn)定度的穩(wěn)頻穩(wěn)幅交流電源易于做到。用于差動(dòng)式變面積型電容傳感器時(shí)有：這種電路不需要載頻和附加解調(diào)線(xiàn)路，無(wú)波形和相移失真；輸出信號(hào)只需要通過(guò)低通濾波器引出；直流信號(hào)的極性取決于C1和C2；對(duì)變極距和變面積的電容傳感器均可獲得線(xiàn)性輸出。這種脈寬調(diào)制線(xiàn)路也便于與傳感器做在一起，從而使傳輸誤差和干擾大大減小。4電容式傳感器的測(cè)量電路如下圖所示，C1、C2為傳感器的兩個(gè)差動(dòng)電容。圖4-17變壓器電橋（5）變壓器電橋4電容式傳感器的測(cè)量電路電橋的空載輸出電壓為：對(duì)變極距型電容傳感器，，代入上式得：可見(jiàn)，對(duì)變極距型差動(dòng)電容傳感器的變壓器電橋，在負(fù)載阻抗極大時(shí)，其輸出特性呈線(xiàn)性。

電容式傳感器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以不用有機(jī)材料和磁性材料構(gòu)成，所以它可以在溫度變化大、有各種輻射等惡劣環(huán)境下工作。電容式傳感器可以制成非接觸式測(cè)量器，響應(yīng)時(shí)間短，適合于在線(xiàn)和動(dòng)態(tài)測(cè)量。電容式傳感器具有高靈敏度，且其極間的相互吸引力十分微小，從而保證了較高的測(cè)量精度。近年來(lái)電容式傳感器被廣泛地應(yīng)用在厚度、位移、壓力、密度、物位等物理量的測(cè)量中。下面簡(jiǎn)單介紹幾種電容式傳感器的應(yīng)用。5.電容式傳感器應(yīng)用5電容式傳感器的應(yīng)用濕度的檢測(cè)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、科技、生活等各個(gè)領(lǐng)域。濕度的測(cè)量一般用濕敏元件。常用的濕敏元件有阻抗式濕敏元件和電容濕敏元件。前者的阻抗與濕度曲線(xiàn)呈現(xiàn)非線(xiàn)性；后者的電容與濕度曲線(xiàn)基本呈線(xiàn)性關(guān)系。下面介紹MC-2型電容濕敏元件的應(yīng)用，其基本原理是相對(duì)濕度的變化影響到聚合物的介電常數(shù)，從而改變了傳感器的電容值。傳感器測(cè)量電路包括自激多諧振蕩器、脈寬調(diào)制電路、頻率/電壓轉(zhuǎn)換器電路F/V和A/D轉(zhuǎn)換器。如下圖所示。（1）數(shù)字濕度計(jì)5電容式傳感器的應(yīng)用圖4-18數(shù)字濕度計(jì)電路5電容式傳感器的應(yīng)用下圖所示為頻率型差動(dòng)式電容測(cè)厚傳感器系統(tǒng)組成框圖。

（a）（b）圖4-19頻率型差動(dòng)式電容式電容測(cè)厚傳感器原理框圖（2）差動(dòng)式電容測(cè)厚傳感器5電容式傳感器的應(yīng)用

將被測(cè)電容C1、C2作為各變換振蕩器的回路電容，振蕩器的其它參數(shù)為固定值，等效電路如圖（b）所示，圖中C0為耦合和寄生電容，振蕩頻率f為式中：

——極板間介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)；A——極板面積；dx——極板間距離；Cx——待測(cè)電容器的電容量。5電容式傳感器的應(yīng)用所以：設(shè)兩傳感器極板間距離固定為d0，若在同一時(shí)間分別測(cè)得上、下極板與金屬板材上、下表面距離為dx1、dx2，則被測(cè)金屬板材厚度?？梢?jiàn)，振蕩頻率包含了電容傳感器的間距dx的信息。各頻率值通過(guò)取樣計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字量，消除非線(xiàn)性頻率變換產(chǎn)生的誤差，即可獲得板材厚度。5電容式傳感器的應(yīng)用

下圖是電容式料位傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。測(cè)定電極安裝在罐的頂部，這樣在罐壁和測(cè)定電極之間就形成了一個(gè)電容器。圖4-20電容式料位傳感器結(jié)構(gòu)示意圖（3）電容式料位傳感器5電容式傳感器的應(yīng)用◆檢測(cè)出這種電容量的變化就可測(cè)定物料在罐內(nèi)的高度。傳感器的靜電電容可由下式表示： 式中：k——比例常數(shù)；

——被測(cè)物料的相對(duì)介電常數(shù)；

——空氣的相對(duì)介電常數(shù)；D——儲(chǔ)罐的內(nèi)徑；d——測(cè)定電極的直徑；h——被測(cè)物料的高度。5電容式傳感器的應(yīng)用假定罐內(nèi)沒(méi)有物料時(shí)的傳感器靜電電容為，放入物料后傳感器靜電電容為，則兩者電容差為由上式可見(jiàn)，兩種介質(zhì)常數(shù)差別越大，極徑D與d相差愈小，傳感器靈敏度就愈高。4.電容式傳感器的應(yīng)用振動(dòng)測(cè)量

旋轉(zhuǎn)軸的偏心量的測(cè)量

電容式氫液高度傳感器

紗條均勻度測(cè)試儀

▲介質(zhì)變化型電容傳感器▲優(yōu)點(diǎn)：電容傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、動(dòng)態(tài)特性好，在自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)中占有重要地位。它還易于實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，采用適當(dāng)?shù)臋z測(cè)電路與之匹配，可以獲得很高的靈敏度。如用電容式傳感器測(cè)微小位移和振動(dòng)，其靈敏度可達(dá)0.01μm，這是其他類(lèi)型的機(jī)械量傳感器所無(wú)法比擬的。缺點(diǎn)：初始電容較小，受引線(xiàn)電容、寄生電容的干擾影響較大。近年來(lái)隨著電子技術(shù)的發(fā)展，上述問(wèn)題正在得到逐步解決。4.4電感式傳感器

電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被測(cè)量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。分類(lèi):電感式傳感器自感型可變磁阻型渦流式互感型1.可變磁阻式(自感型)原理:電磁感應(yīng)

W:線(xiàn)圈匝數(shù)；

L1:軟鐵長(zhǎng)度；μ1：軟鐵磁導(dǎo)率；μ0：空氣磁導(dǎo)率A1：鐵芯導(dǎo)磁截面A0：空氣導(dǎo)磁截面可變磁阻式傳感器基本原理1．線(xiàn)圈2.鐵芯3.銜鐵(1).間隙變化型間隙變化型可變磁阻式傳感器結(jié)構(gòu)

當(dāng)μ0

、A0固定不變，改變?chǔ)臅r(shí)，L與δ呈非線(xiàn)形（雙曲線(xiàn)）關(guān)系，L與δ的雙曲線(xiàn)關(guān)系

傳感器靈敏度：(2).面積變化型面積變化型可變磁阻式傳感器結(jié)構(gòu)

當(dāng)μ0

、δ

固定不變，改變A0時(shí)，L與A0呈線(xiàn)形關(guān)系，傳感器靈敏度L與A0的線(xiàn)形關(guān)系=常數(shù)(3).螺線(xiàn)管型

當(dāng)其它參數(shù)不變，僅改變L1，使Rm變化，從而產(chǎn)生電感的變化。(4).差動(dòng)型變間隙型差動(dòng)變壓器輸出特性傳感器靈敏度2.渦流式電感傳感器

當(dāng)金屬板置于變化磁場(chǎng)中或者在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，在金屬板中產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在金屬體內(nèi)是閉合的，稱(chēng)為渦流。渦流的大小與金屬板的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ、厚度t，以及金屬板與線(xiàn)圈距離、激勵(lì)電流、角頻率等參數(shù)有關(guān)。渦流式電感傳感器可分為1）高頻反射式2）低頻投射式原線(xiàn)圈的等效阻抗Z變化：(1).高頻反射式（集膚效應(yīng)）高頻反射式渦流傳感器δ(2).低頻透射式（互感原理）低頻透射式渦流傳感器e2隨材料厚度增加變化的規(guī)律4.渦流式傳感器的應(yīng)用案例：位移、振幅、軸心軌跡的測(cè)量徑向振動(dòng)的測(cè)量構(gòu)件振幅的測(cè)量構(gòu)件振型的測(cè)量軸心軌跡的測(cè)量其中，n為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速；f為脈沖頻率；z為轉(zhuǎn)軸上的槽數(shù)或齒數(shù)。案例:轉(zhuǎn)速的測(cè)量案例：測(cè)厚案例：零件計(jì)數(shù)案例：連續(xù)油管的橢圓度測(cè)量CoiledTubeEddySensor

ReferenceCircle原理：案例：無(wú)損探傷原理裂紋檢測(cè)，缺陷造成渦流變化?；疖?chē)輪檢測(cè)油管檢測(cè)3.變壓器式--差動(dòng)變壓器工作原理:互感現(xiàn)象.應(yīng)用:厚度,角度,表面粗糙度;拉伸,壓縮,垂直度;

壓力,流量,液位;張力,重力,負(fù)荷量;扭矩,

應(yīng)力,動(dòng)力;氣壓,溫度;振動(dòng),速度,加速度;等.案例：板的厚度測(cè)量~案例：張力測(cè)量▲4.5磁電傳感器

1.變換原理

磁電式傳感器是把被測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一種轉(zhuǎn)換器。感應(yīng)線(xiàn)圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e為

磁通變化率與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁阻、線(xiàn)圈運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，改變其中一個(gè)因素，都會(huì)改變線(xiàn)圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

2.分類(lèi)

磁電式動(dòng)圈式磁阻式線(xiàn)速度型角速度型N3.動(dòng)圈式傳感器

l:每匝線(xiàn)圈的平均長(zhǎng)度；B:線(xiàn)圈所在磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；A:每匝線(xiàn)圈的截面積；θ:線(xiàn)圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角；k:傳感器的結(jié)構(gòu)系數(shù)。4.磁阻式傳感器

5.磁電傳感器的應(yīng)用

測(cè)速電機(jī)磁電式測(cè)速傳感器測(cè)頻數(shù)測(cè)轉(zhuǎn)速偏心測(cè)量振動(dòng)測(cè)量▲4.6壓電傳感器

1.變換原理

某些物質(zhì)，如石英，當(dāng)受到外力作用時(shí)，不僅幾何尺寸會(huì)發(fā)生變化，而且內(nèi)部被極化，表面會(huì)產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回到原來(lái)的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)式中，q為電荷[量]；D為壓電常數(shù)，與材質(zhì)及切片方向有關(guān)；F為作用力。q=DFea：開(kāi)路電壓；q:壓電晶片表面上的電荷；Ca

為壓電晶片的電容。2.測(cè)量電路

等效電荷源

Cc:分布電容；Ri:輸入電阻；Ra:漏電阻；Ci:輸入電容壓電式傳感器輸出電荷q很少，內(nèi)阻Ra很大，輸出信號(hào)很弱小，因此要進(jìn)行處理：(1)放大微弱的壓電信號(hào)(2)進(jìn)行阻抗匹配

電壓放大器電荷放大器(1).主要作用放大器的輸入電壓：系統(tǒng)的輸出電壓為：

系統(tǒng)的靈敏度為：當(dāng)電纜長(zhǎng)度變化時(shí)，Cc變化，ei變化，系統(tǒng)的靈敏度發(fā)生變化，此時(shí)測(cè)試比較困難(2).電壓放大器q≈qt+qf=ei(Ca+Cc+Ci)+(ei-ey)Cf=eiC+(ei-ey)Cf

ei=(q+eyCf)/(C+Cf)推導(dǎo)(3).電荷放大器3.壓電傳感器的應(yīng)用壓力變送器加速度計(jì)，力傳感器

壓電式壓力傳感

壓電式壓力傳感器特性

阻抗頭的結(jié)構(gòu)原理圖

阻抗頭的安裝結(jié)構(gòu)

▲4.7磁敏傳感器1.半導(dǎo)體霍爾元件霍爾效應(yīng)

當(dāng)半導(dǎo)體中流過(guò)一個(gè)電流時(shí)，若在與該電流垂直的方向上外加一個(gè)磁場(chǎng)，則在與電流及磁場(chǎng)分別成直角的方向上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓。這種現(xiàn)象也稱(chēng)為霍爾效應(yīng)

?；魻栃?yīng)原理圖

半導(dǎo)體霍爾元件的結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體磁敏電阻

半導(dǎo)體磁敏電阻的結(jié)構(gòu)(蛇形元件)

利用磁場(chǎng)造成的電流偏轉(zhuǎn)使元件阻抗增加這種特點(diǎn)制成的雙端磁敏傳感器。磁性體磁敏電阻

利用強(qiáng)磁材料的磁場(chǎng)異向性制成的磁敏元件。磁性體磁敏電阻的結(jié)構(gòu)電磁感應(yīng)型磁敏傳感器原理：范圍：法拉第電磁感應(yīng)定律

只能檢測(cè)交流磁場(chǎng)，不能檢測(cè)直流磁場(chǎng)

電磁感應(yīng)型磁敏傳感器

2.磁敏傳感器的應(yīng)用

電流計(jì)磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)磁敏電位器霍爾電動(dòng)機(jī)紙幣及預(yù)付卡識(shí)別設(shè)卡形電流計(jì)的結(jié)構(gòu)

霍爾電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖

霍爾電動(dòng)機(jī)等效電路

▲4.8傳感器選用原則

選擇傳感器主要考慮靈敏度、線(xiàn)性范圍、響應(yīng)特性、穩(wěn)定性、精確度、測(cè)量方式等六個(gè)方面的問(wèn)題。

1.靈敏度

一般說(shuō)來(lái)，傳感器靈敏度越高越好，但在確定靈敏度時(shí)，要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題。

a)靈敏度過(guò)高引起的干擾問(wèn)題；

b)量程范圍。

3響應(yīng)特性

傳感器的響應(yīng)特性是指在所測(cè)頻率范圍內(nèi)，保持不失真的測(cè)量條件。實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總不可避免地有一定延遲，但總希望延遲的時(shí)間越短越好。2線(xiàn)性范圍