常用傳感器的工作原理及應(yīng)用

PAGE○3.1.1電阻式傳感器的工作原理應(yīng)變：物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象彈性應(yīng)變：當外力去除后，物體能夠完全恢復(fù)其尺寸和形狀的應(yīng)變彈性元件：具有彈性應(yīng)變特性的物體3.1.3電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻值變化的傳感器。工作原理：當被測物理量作用于彈性元件上，彈性元件在力、力矩或壓力等的作用下發(fā)生變形，產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連的應(yīng)變片，引起應(yīng)變片的電阻值變化，通過測量電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映被測量的大小。結(jié)構(gòu)：應(yīng)變式傳感器由彈性元件上粘貼電阻應(yīng)變片構(gòu)成。應(yīng)用：廣泛用于力、力矩、壓力、加速度、重量等參數(shù)的測量。1．電阻應(yīng)變效應(yīng)電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)，即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機械變形時，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)”。2．電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)4．電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用（1）應(yīng)變式力傳感器被測物理量：荷重或力主要用途：作為各種電子稱與材料試驗機的測力元件、發(fā)動機的推力測試、水壩壩體承載狀況監(jiān)測等。力傳感器的彈性元件：柱式、筒式、環(huán)式、懸臂式等（2）應(yīng)變式壓力傳感器主要用來測量流動介質(zhì)的動態(tài)或靜態(tài)壓力應(yīng)變片壓力傳感器大多采用膜片式或筒式彈性元件。（3）應(yīng)變式容器內(nèi)液體重量傳感器感壓膜感受上面液體的壓力。（4）應(yīng)變式加速度傳感器用于物體加速度的測量。依據(jù)：a=F/m。3.2電容式傳感器3.2.1電容式傳感器的工作原理由絕緣介質(zhì)分開的兩個平行金屬板組成的平板電容器，如果不考慮邊緣效應(yīng)，其電容量為當被測參數(shù)變化使得S、d或ε發(fā)生變化時，電容量C也隨之變化。如果保持其中兩個參數(shù)不變，而僅改變其中一個參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，通過測量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變介電常數(shù)型三種。1．變間隙型電容傳感器此時電容C變?yōu)椋菏街校害舋—云母的相對介電常數(shù)，εg=7；ε0—空氣的介電常數(shù)，ε0=1；d0—空氣隙厚度；dg—云母片的厚度。放置云母片的電容器云2．變面積式電容傳感器被測量通過動極板移動引起兩極板有效覆蓋面積S改變，從而得到電容量的變化。當動極板相對于定極板沿長度方向平移Δx時，則電容變化量為式中C0=ε0εrba/d為初始電容。電容相對變化量為3．變介質(zhì)式電容式傳感器小又薄，厚度約為幾個微米左右，熱容量小，響應(yīng)速度快，便于敷貼。3.6.2熱電阻式傳感器1．熱電阻優(yōu)點：1、測量精度高2、有較大的測量范圍，尤其在低溫方面3、易于使用在自動測量和遠距離測量中4、與熱電偶相比，沒有參比端誤差問題作為熱阻材料的特點：高且穩(wěn)定的溫度系數(shù)和大的電阻率，以便提高靈敏度和保證測量精度良好的輸出特性，在使用范圍內(nèi)，其化學(xué)物理性能應(yīng)保持穩(wěn)定良好的工藝性，以便批量生產(chǎn)降低成本熱電阻按感溫元件的材質(zhì)分金屬與半導(dǎo)體兩類。金屬導(dǎo)體有鉑、銅、鎳、銠鐵及鉑鈷合金等，在工業(yè)生產(chǎn)中大量使用的有鉑、銅兩種熱電阻；半導(dǎo)體有鍺、碳和熱敏電阻等。按準確度等級分為標準電阻溫度計和工業(yè)熱電阻。按結(jié)構(gòu)分為薄膜型和鎧裝型等。(1)鉑熱電阻鉑的物理化學(xué)性能極為穩(wěn)定，并有良好的工藝性。以鉑作為感溫元件具有示值穩(wěn)定，測量準確度高等優(yōu)點，其使用范圍是－200℃~850℃。除作為溫度標準外，還廣泛用于高精度的工業(yè)測量。(2)銅熱電阻銅熱電阻的使用范圍是-50~150℃，具有電阻溫度系數(shù)大，價格便宜，互換性好等優(yōu)點，但它固有電阻太小，另外銅在250℃以上易氧化。銅熱電阻在工業(yè)中的應(yīng)有逐漸減少。2．熱敏電阻傳感器（1）負溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）（2）正溫度系數(shù)熱敏電阻（P