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第三章 传感器原理及应用 工程测试技术
第三章 传感器原理及应用 本章学习要求:
了解传感器的分类;
掌握常用传感器测量原理;
了解测量电路;
了结智能传感器的概念;
了解典型传感器的应用。本章目录本章目录3.1 概述(4学时)
3.2 电阻式传感器
3.3 电感式传感器(2学时)
3.4 电容式传感器
3.5 磁电式传感器
3.6 压电式传感器
3.7 热电式传感器(2学时)
3.8 光电式传感器(2学时)
3.9 其它类型的传感器
3.10 传感器的应用传感器分类传感器分类3.3 电感式传感器3.3 电感式传感器 电感式传感器是基于电磁感应原理,它是把被测量转化为电感量的一种装置。
分类:电感式传感器电磁感应(Electromagnetic induction)现象是指放在变化磁通量中的导体,会产生电动势。此电动势称为感应电动势或感生电动势,若将此导体闭合成一回路,则该电动势会驱使电子流动,形成感应电流(感生电流) 3.3.1 自感型--可变磁阻式3.3.1 自感型--可变磁阻式1. 原理:电磁感应N-线圈匝数
μ0-空气的导磁系数
A0-导磁截面积2. 应用2. 应用a. 电感式接近传感器(金属) Inductive Proximity Sensorsb. 位移传感器3.3.2 涡流式3.3.2 涡流式1. 原理:涡流效应
在导体外面放置线圈,并让线圈通入交变电流,那么线圈就产生交变磁场。由于线圈中间的导体在圆周方向是可以等效成一圈圈的闭合电路,闭合电路中的磁通量在不断发生改变,所以在导体的圆周方向会产生感应电动势和感应电流,电流的方向沿导体的圆周方向转圈,就像一圈圈的漩涡,所以这种在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象。 2. 原线圈的等效阻抗Z变化2. 原线圈的等效阻抗Z变化式中:δ-原线圈至导体的距离
ρ-导体的电阻率
μ-导体的导磁率
ω-励磁电流圆频率3. 涡流式传感器的应用3. 涡流式传感器的应用 涡流式传感器可用于位移、厚度、震动、无损探伤、接近开关等动态非接触测量。案例:无损探伤案例:无损探伤原理:裂纹,缺陷造成涡流变化。3.3.3 互感型3.3.3 互感型1. 工作原理:互感现象2. 分类2. 分类3. 差动变压器测量电路3. 差动变压器测量电路
差动变压器位移传感器差动变压器位移传感器
案例一:板的厚度测量案例一:板的厚度测量案例二:张力测量案例二:张力测量3.4 电容式传感器3.4 电容式传感器变换原理:将被测量的变化转化为电容量变化两平行极板组成的电容器,它的电容量为:δ、A或ε发生变化时,都会引起电容的变化。3.4.1 极距δ变化型3.4.1 极距δ变化型极距变化型传感器的灵敏度极距变化型传感器的灵敏度可以看出,灵敏度S与极距的平方成反比,极距越小,灵敏度越高。驻极体电容传声器驻极体电容传声器 采用聚四氟乙烯
材料
关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料
作为振动膜片。这种材料经特殊电处理后,
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
面永久地驻有极化电荷,取代了电容传声器极板,故名为驻极体电容传声器。特点是体积小、性能优越、使用方便。 3.4.2 面积变化型3.4.2 面积变化型1. 角位移型平面线位移型平面线位移型柱面线位移型柱面线位移型常见产品常见产品 液体压力作用在陶瓷膜片的表面,使膜片产生 位移。3.4.3 介质变化型3.4.3 介质变化型1. 原理2. 产品2. 产品电容式接近开关电容式接近开关 探头构成电容器的一个极板,另一个极板是物体本身,当物体移向接近开关时,物体和接近开关的介电常数发生变化,使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化。接近开关的
检测
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物体,并不限于金属导体,也可以是绝缘的液体或粉状物体。3.4.4 测量电路3.4.4 测量电路1. 电桥电路谐振电路谐振电路运算放大器电路运算放大器电路3.5 磁电式传感器3.5 磁电式传感器变换原理:磁电式传感器是在磁场的作用下把被测量的物理量转换为感应电动势的一种转换器。 磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关,改变其中一个因素,都会改变感应电动势。分类分类磁电式动圈式磁阻式线速度型角速度型霍尔式3.5.1 动圈式传感器3.5.1 动圈式传感器1. 线速度型2. 角速度型2. 角速度型3.5.2 霍尔元件3.5.2 霍尔元件 金属或半导体薄片置于磁场中,当有电流流过时,在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势,这种物理现象称为霍尔效应。UH-霍尔电压
RH-霍尔系数
I-工作电流
B-磁感应强度
f(L/b)-几何修正因子霍尔元件的组成霍尔元件的组成 霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成,如图示。霍尔元件的应用霍尔元件的应用测转角测转角电流传感器电流传感器 当电流流过导线时,将在导线周围产生磁场,磁场大小与流过导线的电流大小成正比,这一磁场可以通过软磁材料来聚集,然后用霍尔器件进行检测。叶片和齿轮位置传感器叶片和齿轮位置传感器汽车速度测量汽车速度测量3.6 压电式传感器3.6 压电式传感器1. 变换原理:压电效应 某些物质,如石英,受到外力作用时,不仅几何尺寸会发生变化,而且内部会被极化,表面产生电荷;当外力去掉时,又重新回到原来的状态,这种现象称为压电效应。测量电路测量电路 压电式传感器输出电信号很微弱,通常应把传感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器中,经过阻抗变换后,方可输入到后续显示仪表中。 主要产品主要产品案例一:飞机模态分析案例一:飞机模态分析案例二:热轧设备诊断案例二:热轧设备诊断