各種自動(dòng)化傳感器的使用

1、第三章傳感器、第三-一傳感器的概念3-2電阻式傳感器3-3電容式傳感器3-4電感傳感器3-6壓電傳感器、第三章傳感器、傳感器是人類(lèi)五官的延伸，又稱(chēng)五官。傳感器技術(shù)通信技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)五官神經(jīng)大腦傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域信息的主要途徑和手段?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)，特別是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，需要使用各種傳感器監(jiān)控和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各種參數(shù)。信息技術(shù)的三個(gè)支柱，傳感器是將檢測(cè)到的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換為易于測(cè)量的信號(hào)，將該信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)發(fā)出命令，控制每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。3-1傳感器定義，1，傳感器定義(Transducer/Sensor)定義：將測(cè)量的參數(shù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的易于測(cè)量、傳輸和處理的信號(hào)的設(shè)備。GB7665 1

2、87:能夠感受到規(guī)定的測(cè)量值，并根據(jù)一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為可用輸出信號(hào)的設(shè)備或設(shè)備。傳感器功能：檢測(cè)檢測(cè)到的信息，并將其傳送到檢測(cè)設(shè)備、傳感器和檢測(cè)技術(shù)，傳感器是測(cè)量設(shè)備或設(shè)備，可以完成檢測(cè)操作。輸入量由位移、壓力、溫度、重量等測(cè)量，是非力。輸出量一般可以是傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示(例如電壓、電流、頻率、功率等)，也可以是氣體、光等的物理量。輸出和輸入有對(duì)應(yīng)關(guān)系，必須有一定的準(zhǔn)確度。1 .工業(yè)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中的傳感器應(yīng)用工業(yè)自動(dòng)化，全自動(dòng)，半自動(dòng)生產(chǎn)線(石油、化學(xué)、鋼鐵、鐵路、機(jī)械、電氣)自動(dòng)控制系統(tǒng)(精確信息檢測(cè)精確控制)，傳感器應(yīng)用領(lǐng)域，傳感器應(yīng)用領(lǐng)域，2 .汽車(chē)和傳感器速度、里程、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

3、、燃料剩余安全氣囊系統(tǒng)、防盜裝置、黑匣子引擎氣缸壓力(日本豐田汽車(chē))3。傳感器和家用電器微波爐、洗碗機(jī)、遙控器電視、錄像機(jī)、電飯鍋微波爐(使用松下電氣濕度傳感器)冰箱(溫度家務(wù)勞動(dòng)者同化、人身健康管理)、傳感器應(yīng)用領(lǐng)域，4 .將傳感器應(yīng)用于機(jī)器人的現(xiàn)有機(jī)器人(手臂的位置和角度傳感器)智能機(jī)器人(觸覺(jué)、壓力、重量、視覺(jué)等)5。應(yīng)用醫(yī)學(xué)傳感器(超聲波、CT、CT)，傳感器應(yīng)用領(lǐng)域，6 .傳感器和環(huán)境空氣污染指數(shù)，水質(zhì)污染，環(huán)境噪聲等各種環(huán)境監(jiān)視儀器7。傳感器和航空航天飛機(jī)的自動(dòng)駕駛(飛行姿勢(shì)、距離、航線)惡劣環(huán)境下的“盲”著陸空導(dǎo)彈的自動(dòng)跟蹤，傳感器應(yīng)用領(lǐng)域，8 .傳感器和勘探礦物：人造衛(wèi)星的紅外

4、傳感器紅外線的數(shù)量通過(guò)微波地面站計(jì)算機(jī)分析處理，傳感器的組件，敏感元件(預(yù)轉(zhuǎn)換器):是直接測(cè)量和測(cè)量的特定物理量的組件。第二轉(zhuǎn)換部分：敏感元件的輸出是將輸入轉(zhuǎn)換為電氣參數(shù)的轉(zhuǎn)換元件的輸入。某些傳感器不包含熱電偶等敏感組件和轉(zhuǎn)換組件！輔助部分：可以輕松地將轉(zhuǎn)換元件的輸出應(yīng)用為其他轉(zhuǎn)換，如放大、計(jì)算、處理。傳感器配置，氣體壓力傳感器，1-外殼2-薄膜盒3-電感線圈4-芯5-轉(zhuǎn)換電路，壓力，位移，電感，(敏感元件)，(測(cè)量電路)根據(jù)工作機(jī)制根據(jù)構(gòu)成原理：結(jié)構(gòu)類(lèi)型、物理類(lèi)型；結(jié)構(gòu)型傳感器是利用力場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、電磁場(chǎng)的電磁規(guī)律等物理中場(chǎng)的規(guī)律構(gòu)造的。這些傳感器的特點(diǎn)是傳感器的工作原理基于傳感器組件相對(duì)位

5、置的變化而不是材料特性的變化引起的現(xiàn)場(chǎng)變化。傳感器的分類(lèi)，物理傳感器是利用胡克定律、歐姆定律等物質(zhì)定律構(gòu)成的。這個(gè)定律大部分是以物質(zhì)本身的常數(shù)形式給出的。這些常數(shù)的大小決定傳感器的主要性能。因此，物理傳感器的性能取決于材料。基于能量轉(zhuǎn)換情況的傳感器分類(lèi)：能量控制型，能量轉(zhuǎn)換型能量控制傳感器在信息轉(zhuǎn)換過(guò)程中需要外部電源。(被動(dòng)傳感器)能量轉(zhuǎn)換傳感器主要由能量轉(zhuǎn)換組件組成，不需要額外的電源。(電源傳感器)，傳感器分類(lèi)，根據(jù)測(cè)量原理區(qū)分：電氣參數(shù)傳感器(電阻、電擊、電容式)磁電傳感器(磁電檢測(cè)、霍爾式、磁柵)；壓電傳感器；光電傳感器氣體電傳感器；熱電傳感器波傳感器射線傳感器半導(dǎo)體傳感器不同原理的傳感

6、器。傳感器用途分鐘(輸入量)溫度傳感器濕度傳感器壓力傳感器位移傳感器速度傳感器流量傳感器火災(zāi)傳感器，傳感器分類(lèi)，傳感器輸出信號(hào)格式：模擬傳感器和數(shù)字傳感器。按輸入量分類(lèi)優(yōu)點(diǎn)：明確表示傳感器用途，允許用戶(hù)根據(jù)用途進(jìn)行選擇。缺點(diǎn)：每個(gè)傳感器在轉(zhuǎn)換機(jī)制中沒(méi)有區(qū)分任何共同性和差異，使用戶(hù)比較各種傳感器的原理很不方便。按傳感器分類(lèi)，原理分類(lèi)：優(yōu)點(diǎn)是傳感器的工作原理比較明確，類(lèi)別較少，傳感器專(zhuān)家有助于對(duì)傳感器進(jìn)行深入的研究分析。缺點(diǎn)：用戶(hù)根據(jù)用途選擇不容易。4，傳感器命名法，由主題詞和4級(jí)修飾語(yǔ)組成的傳感器1，測(cè)量2，轉(zhuǎn)換原理3，特征描述4，主要技術(shù)指標(biāo)(范圍、靈敏度、準(zhǔn)確度等)示例，5，傳感器的性能要求

7、，可靠性：傳感器在規(guī)定的使用條件和持續(xù)時(shí)間內(nèi)的準(zhǔn)確測(cè)量可選：傳感器輸出不受未測(cè)量(干擾)的影響。超延性：感應(yīng)器不會(huì)影響被測(cè)試系統(tǒng)的原始狀態(tài)。(實(shí)際影響)加速度傳感器、3-2電阻式傳感器、位移、壓力、光熱的作用R電阻式傳感器，是利用電阻應(yīng)變效果將被測(cè)試物體的變形轉(zhuǎn)換為電阻變化、經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成功率輸出的傳感器。可以測(cè)量力、壓力、位移、變形、加速度、溫度等各種非電子設(shè)備。目前已廣泛應(yīng)用于工程測(cè)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)。，長(zhǎng)度L，截面面積S，電阻率導(dǎo)線，電阻R獲取兩側(cè)對(duì)數(shù)，等式兩側(cè)取微分，L，L，3-2電阻器傳感器，dRDl/l導(dǎo)線長(zhǎng)度相對(duì)于=dl/l(稱(chēng)為導(dǎo)線長(zhǎng)度方向的變形或軸變形)進(jìn)行更改。DS/S橫截面積

8、的相對(duì)變化。s=R2，ds/s=2dr/r，dr/r是導(dǎo)線半徑的相對(duì)變化，即半徑變化為r。r=，由材料力學(xué)知道：3-2-1導(dǎo)電材料的電阻效應(yīng)，用增量R替代微分dR，D，導(dǎo)線電阻的相對(duì)變化和導(dǎo)線的拉伸或縮短之間存在比例關(guān)系。比例系數(shù)KS稱(chēng)為線材的變形偵測(cè)系數(shù)。、變形、變質(zhì)、3-2-1導(dǎo)電材料的電阻效應(yīng)、物理意義：由單位變形引起的電阻的相對(duì)變化。KS包含兩部分。上一部分為(1 2)，由于材料幾何尺寸的變化，普通金屬0.3導(dǎo)致(1 2) 1.6。后一部分是電阻率隨變形而發(fā)生的(稱(chēng)為“壓力電阻效應(yīng)”)。對(duì)于金屬材料，前一周，KS 1 2；對(duì)于半導(dǎo)體，KS值主要由電阻率的相對(duì)變化決定。實(shí)驗(yàn)表明，在鋼絲拉

9、伸比限值內(nèi)，電阻的相對(duì)變化應(yīng)與軸向成正比。通常KS在1.83.6范圍內(nèi)。3-2-1導(dǎo)電材料的電阻效應(yīng)，3-2-2電位計(jì)傳感器，2，電位計(jì)傳感器電位計(jì)傳感器也稱(chēng)為可變電阻器傳感器，通過(guò)改變電位器接觸位置，將位移轉(zhuǎn)換為電阻的變化。根據(jù)以下類(lèi)型的：電阻；l電阻導(dǎo)線長(zhǎng)度；a電阻導(dǎo)線橫截面積。如果電阻線直徑和材料是常量，則電阻值取決于導(dǎo)線長(zhǎng)度。表達(dá)式的阻力值單位為。常用電位計(jì)傳感器有直線位移、角度位移和非線性等。3-2-2電位計(jì)傳感器，直線位移型：如果測(cè)量位移發(fā)生變化，觸點(diǎn)C沿電阻器移動(dòng)。移動(dòng)x時(shí)，c點(diǎn)和a點(diǎn)之間的阻力值：R=kix傳感器靈敏度：S=dR/dx=ki格式的k單位長(zhǎng)度內(nèi)的阻力值。導(dǎo)線分布均

10、勻時(shí)，ki為常數(shù)。此時(shí)，傳感器的輸出(電阻)與輸入(位移)呈線性關(guān)系。3-2-2電位計(jì)傳感器，旋轉(zhuǎn)電阻器傳感器，其電阻值隨角度變化。敏感度的拐角rad k單位弧度的阻力值。稱(chēng)為3-2-2電位器傳感器、非線性可變電阻器傳感器或函數(shù)電位器。測(cè)量的和筆刷位移X之間存在函數(shù)關(guān)系，從而得到測(cè)量輸出電阻和輸入的線性關(guān)系。如果將R(x)設(shè)定為電位器任意瞬時(shí)位置(小間隙X)內(nèi)的電阻，則當(dāng)電阻位移為X時(shí)，總電阻值為：如果用z(x)測(cè)量，則它是位移x的函數(shù)，因此要獲得線性輸出，必須滿足已知z(x)。r(，3-2-2電位計(jì)傳感器，電阻器傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，使用方便。缺點(diǎn)是受電阻線直徑的限制，所以分辨力

11、不高。要提高分辨率，必須使用更細(xì)的電阻線，這種纏繞更難。因此，可變電阻器傳感器的分辨率很難優(yōu)于20m。由于結(jié)構(gòu)上的特性，這個(gè)傳感器有更大的噪音。筆刷和阻力元素之間接觸面的變化以及磨損、灰塵附著等導(dǎo)致筆刷在滑動(dòng)中的接觸阻力不規(guī)則地變化，從而產(chǎn)生噪音。可變電阻器傳感器用于線位移、角度位移測(cè)量，在測(cè)量?jī)x器中用于伺服記錄器或電子電位差計(jì)等。，3-2-2電位器傳感器，電阻器傳感器產(chǎn)品，3.2電阻傳感器，實(shí)例：重量自動(dòng)感應(yīng)-材料設(shè)備，3.2電阻傳感器，原理：彈簧-力-位移-電位器-電阻，實(shí)例3.2電阻傳感器，實(shí)例金屬應(yīng)變傳感器是使用電阻應(yīng)變計(jì)將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器，傳感器由將電阻應(yīng)變敏感元件粘貼到彈

12、性元件上組成。作用于測(cè)量的物理?xiàng)钼鶑椥栽r(shí)，彈性元件的變形引起了變形敏感元件的電阻變化，并將電路轉(zhuǎn)換為電輸出，電變化的大小反映了測(cè)量的物理數(shù)量的大小。3-2電阻式傳感器、3-2-3電阻應(yīng)變計(jì)、1、導(dǎo)線應(yīng)變計(jì)由敏感柵1、基座2、罩3、引線4、粘合劑等組成。在這些部分中選擇的材質(zhì)直接影響應(yīng)變計(jì)的性能。因此，必須根據(jù)使用條件和要求合理選擇。2、3、4、1、否則會(huì)影響平衡。)節(jié)距=光柵長(zhǎng)度=bl大應(yīng)變計(jì)：5100(200)mm小應(yīng)變計(jì)：11(2)mm等結(jié)構(gòu)：回路(A)和單向(B)，通常至少兩個(gè)、一個(gè)、一個(gè)電阻率高，穩(wěn)定，易于制作小圍欄長(zhǎng)度的變異。電阻溫度系數(shù)必須較小?？寡趸芰Ω?，耐蝕性強(qiáng)；可以在工

13、作溫度范圍內(nèi)保持足夠的抗拉強(qiáng)度。加工性能良好，可拉絲或軋制成箔。容易焊接，引線材料的熱電小。對(duì)變異的要求必須根據(jù)實(shí)際使用情況合理選擇。3-2-3電阻應(yīng)變計(jì)，(2)底座和罩底座用于保持敏感澆口、引線的幾何形狀和相對(duì)位置，罩用于保持敏感澆口和引線的形狀和相對(duì)位置，并保護(hù)敏感格柵。基準(zhǔn)的總長(zhǎng)度稱(chēng)為基準(zhǔn)長(zhǎng)度，其寬度稱(chēng)為基準(zhǔn)寬度?；撞牧希耗z水和紙底座，(3)引線是從應(yīng)變板的敏感網(wǎng)格中引出的細(xì)金屬線，直徑為(0.150.2)毫米。引線材料的性能要求：電阻率低，電阻溫度系數(shù)小，抗氧化性能好，焊接方便。大多數(shù)敏感的澆口材料都可以制造引線。3-2-3電阻應(yīng)變計(jì)，(4)粘合劑用于將敏感格柵固定在底座上，將蓋子貼

14、在底座上。使用金屬應(yīng)變計(jì)時(shí)，必須使用粘合劑將應(yīng)變計(jì)基準(zhǔn)粘貼到零部件表面的特定方向和位置。在元件受力后，可以將表面變形傳遞到應(yīng)變計(jì)的基底和敏感澆口。常用粘合劑分為有機(jī)和無(wú)機(jī)物兩大類(lèi)。有機(jī)粘結(jié)劑用于低溫、常溫和中溫。常用的聚丙烯、苯酚裴秀智、有機(jī)硅裴秀智、聚酰亞胺等。無(wú)機(jī)粘結(jié)劑用于高溫，多使用磷酸鹽、硅酸鹽、硼酸鹽等。3-2-3電阻應(yīng)變計(jì)，2，箔應(yīng)變計(jì)金屬箔應(yīng)變計(jì)金屬箔應(yīng)變計(jì)使用柵格金屬箔代替柵極線。金屬箔柵欄采用廣角技術(shù)制造，適合批量生產(chǎn)。該線均勻，尺寸正確，電阻值一致性好。箔片厚度約110米，散熱，粘合狀態(tài)好，試樣的應(yīng)變性能好。所以現(xiàn)在使用的多系金屬箔應(yīng)變計(jì)。，3-2-3電阻應(yīng)變計(jì)，3，薄膜應(yīng)變計(jì)是薄膜技術(shù)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)物，厚