测试技术第3章.ppt

第三章 常用的传感器 电 感 式 传 感 器 3）互感式--差动变压器 工作原理 输出特性 随着衔铁偏离中心位置，输出e0逐渐增大 电 感 式 传 感 器 电感式传感器应用案例： 板厚测量 张力测量 返回 涡流式传感器的分压式调幅测量电路：P86 图3-25 磁 电 式 传 感 器 3.7 磁电式传感器 3.7.1 原理：把被测量的物理量转换为感应电动势 感应线圈的感应电动势U为： 磁电式 动圈式 磁阻式 线速度型 角速度型 N 3.7.2 分类 N：线圈匝数 磁 电 式 传 感 器 a) 动圈式 B：磁场的磁感应强度 l：单匝线圈有效长度 v：线圈与磁场相对运动速度 θ：线圈运动方向与磁场方向夹角 B：磁场的磁感应强度 A：单匝线圈截面积 ω：线圈与磁场相对运动速度 k：系数，与结构有关 磁 电 式 传 感 器 b）磁阻式 1）线圈与磁铁不做相对运动 2）运动着的物体（导磁材料）改变磁路磁阻，引起磁力线变化，使线圈产生感应电动势 磁电式传感器应用案例： 磁电式车速传感器 返回 压 电 式 传 感 器 3.8 压电式传感器 工作原理：利用某些物质（如石英、钛酸钡、锆钛酸铅等）的压电效应 3.8.1 相关概念 1）压电效应 石英等物质受外力作用时，内部极化，表面有电荷出现，形成电场，当外力消失时，材料重新回复到原来形状。 压 电 式 传 感 器 2）光轴，电轴，机械轴 光轴：z-z 电轴：x-x 机械轴：y-y 3）压电纵向效应、横向效应、切向效应 （P91 图3-36） 利用纵向效应测量，但横向效应会产生噪声干扰，所以，选用横向效应小的压电材料较好。 压 电 式 传 感 器 3.8.2 压电材料 压电单晶（如石英）、压电陶瓷（如钛酸钡） 3.8.3 压电式传感器及其等效电路 压电式传感器相当于一个电容 压电电荷： (q相当于电流) 由于有放电，极板上的电荷无法保存，造成测量误差，因此适用于动态测量（变化快，漏电量相对小） 等效电路： Ca：压电传感器电容 Cc：连接电路、后续电路的电容 Ra：传感器中的漏电阻 Ri：后续电路的输入阻抗 等效电容C=Ca+Cc 等效电阻 R0=Ra+Ri 因Ra很大，R0≈Ri q C ic R0 i u 电荷平衡方程式： 压 电 式 传 感 器 q Ca Cc Ri u Ra 若R0大，则i小，u大，因此后续电路的阻抗大更好 压 电 式 传 感 器 3.8.4 测量电路（放大器） 通常把传感器信号先输入到前置放大器，才能用一般的放大、检波。 压 电 式 传 感 器 1）前置放大器的作用： a. 将高阻抗输出变换为低阻抗输出 b. 将压电式传感器的微弱信号放大 压 电 式 传 感 器 2）前置放大器类型 a. 电压放大器（用电阻反馈） 输出： 传感器 电缆 放大器输入端 等效电路 若电缆长，则电缆电容影响大 k: 放大器放大倍数 q Ca Cc uy Ci ui Cf 传感器 电缆 放大器 b. 电荷放大器（用电容反馈） 压 电 式 传 感 器 等效电路 等效电容C=Ca+Cc+Ci q C ic uy ui Cf if （k为放大器的放大倍数） 将 代入得： 压 电 式 传 感 器 3.8.5 压电传感器的应用 用于测力、振动加速度、声发射 返回 压 电 式 传 感 器 若 则 因此，电荷放大器的输出电压与q成正比，与电缆的电容无关 热 电 式 传 感 器 3.9 热电式传感器 把温度转换为电量变化 热电效应：热电元件受温度作用，电子活性改变，生成电量 3.9.1 热电偶 原理：把两种不同的导体两端相接形成回路，两个接点 分别置于不同的温度下，在同一个导体内，由于 热电效应，两端产生电动势，两个导体产生的电 动势不同，因而两个导体之间有电动势差。若一 端温度衡定，则该电势差仅与另一端温度相关。 热 电 式 传 感 器 铂铑—铂热电偶 常用热电偶 1）铂铹—铂热电偶：可测1300度 2）镍鉻—镍硅热电偶：可测900度 3）镍鉻—考铜热电偶：可测600度 4）铂铹—铂铹热电偶：可测1600度 热 电 式 传 感 器 3.9.2 热电阻 简易铂热电阻 引线 铂 常用热电阻 1）铂电阻：可测650度 2）铜电阻：可测-50度~150度 返回 热 电 式 传 感 器 3.10 光电传感器 先将被测量的非电量变化转化为光信号的变化，再用光电传感器将光信号变化转化为电信号变化 3.10.1 光电测量原理 每个光子具有的能量： 其中：h为普朗克常数 光电效应：光子与物体能量交换过程产生的电效应 为光的频率 热 电 式 传 感 器