机电测试技术 教学课件 作者 赵树忠电子教案 第05课.docVIP

第 5 课 ■ 授课内容 第3章 常用传感器 3.1 电阻式传感器 3.1.1 变阻器式传感器 3.1.2 电阻应变式传感器 3.2 电感式传感器 3.2.1 自感传感器 3.2.2 涡流传感器 3.2.3 互感传感器 ■ 课 时 数 2课时 ■ 重点难点 重点：1. 电阻应变式传感器的工作原理及基本应用。 2. 三类电感传感器的工作原理、测量电路。 难点：涡流传感器及其测量电路。 ■ 授课方式 新课 ■ 所用教具 无 第3章 常用传感器 学习目标 了解传感器的分类及特点，了解各种传感器的基本应用场合。重点掌握电阻应变式、电感式、电容式、压电式传感器的工作原理、输入/输出特性及它们的测量转换电路。掌握传感器的选用原则，会根据测试任务及各种测试要求选用适当的传感器。 学习重点 1. 电阻应变式、电感式、电容式、压电式传感器的工作原理、输入输出特性及它们的测量转换电路。 2. 传感器的选用原则。 ■ 传感器的定义（GB7665-87） 能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 ■ 传感器的组成 ● 敏感元件：如压电式加速度计中的质量块、应变式力传感器中的弹性元件等。 ● 转换元件：如压电式加速度计中的压电晶片、应变式力传感器中的应变片等。 ● 其他元件：壳体、引线等。 ■ 传感器的分类 ● 按被测量的属性分：位移、速度、加速度、力、压力、流量、温度等传感器。 ● 按传感器的工作原理分：电阻式、电感式、电容式、压电式、磁电式、光电式等。 ● 按信号转换特征分：结构型传感器、物性型传感器。 ● 按传感器输出参量的状态分：模拟传感器、数字传感器。 ● 按工作时是否需要外部能源分：参量型传感器、发电型传感器。 3.1 电阻式传感器 将被测量的变化转换成电阻变化的传感器。分为： ● 变阻器式 ● 电阻应变式 ● 敏感电阻式（热敏电阻、气敏电阻、湿敏电阻、磁敏电阻、光敏电阻等） 3.1.1 变阻器式传感器 1. 工作原理 图3-1 变阻器式传感器 a) 工作原理 b) 分压式测量线路 （3-1） （3-2） 变阻器式传感器的静态灵敏度理论上为常数，输出电阻的变化与输入位移的变化成线性比例关系——零阶系统。 变阻器式传感器一般后接分压式测量电路（图3-1b）。输出与输入位移的关系为： （3-3） 负载特性：由于测量电路后面还要连接各种信号调理电路，即连接一定的负载，使得输出电压与输入位移之间实际上是非线性关系。（强调：增大输入阻抗容易引入干扰！） 阶梯特性：对于线绕式变阻器式传感器，在触点移动一个电阻丝直径的范围内不会使输出电压产生变化，因此，变阻器式传感器的位移分辨力。 2. 结构 线位移型、角位移型、函数型等。 特点：结构简单，性能稳定，受温度、湿度、电磁干扰等环境因素的影响小，输出信号大，成本低，精度较高（可优于0.1%）；存在摩擦和磨损，噪声大，抗冲击、振动性能差，易受灰尘等因素的影响，要求大能量输入，动态特性差。 3.1.2 电阻应变式传感器 1. 工作原理 长度为、截面积为、电阻率为的金属导体的电阻为 （3-4） （3-5） 若金属导体是截面半径为的金属丝，则有： ，，，，，， 其中：——所承受的应变；——轴向正应力；——材料的泊松比；——材料的压阻系数；——材料的弹性模量。故 （3-6） 应变片的灵敏度 （3-7） 则 （3-8） 金属应变片：电阻变化主要由应变效应引起，，（多在1.7~3.6之间）； 半导体应变片：电阻变化主要由压阻效应引起， ，（多在60~150之间）。 特点：金属电阻应变片的灵敏度较低，但温度稳定性好、非线性误差小；半