第五章获取与调理_机械工程测试技术.ppt

机械工程测试技术—— 信号获取与调理（7） 内容 传感器 参数式传感器及调理 发电式传感器及调理 其它典型传感器 放大与滤波 智能传感器 基本要求 传感器的分类；各种典型电阻传感器的工作原理及其后续直流电桥的调理原理；电容式和电感式传感器的工作原理及其后续交流电桥的调理原理 两种调幅、解调原理；压电式传感器的工作原理以及电荷放大器的调理作用 各种典型传感器的工作原理、特点及应用场合 常见放大器与滤波器的工作原理 基本概念 基本概念 信息检测的不可缺少的首要环节，它的直接影响测试系统的整体测试精度 工程实际中俗称测量头、检测器等，也称为一次仪表 传感器 Transducer/Sensor/probe 基本概念 国家标准（GB7665—87）对传感器定义: 感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置 一个指定的传感器，只能感受规定的物理量 电量、非电量 传感器的输出信号中载有被测量信息，且能远距离传送 电信号、光信号、气动信号 输入输出关系服从一定规律，可以复现 组成 感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置 组成 感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置 分类 用途/输入量 机械量：位移、力、速度、加速度、振动 热工量：温度、压力、流量、流速 光学量：光强、光通量、辐射能 输出量性质 电参数型/参数式：R、L、C 电量型/发电式：电压、电流、电荷 能量关系 能量转换型/有源型：热电偶、光电池、压电式、惯性式 能量控制型：获取的信息能量来控制、调制外部激励 涡流、R、L、C参数型 变送器 变送器是将非标准电信号/微弱的电信号转换为标准电信号的仪器 用 途：DDZ电动单元组合仪表 DCS(Distributed Control System) 集散控制系统 现场总线(连接智能现场设备和自动化系统通信网络 ) 标准信号：电信号4～20mADC、1～5VDC 气动信号20～100kPa 信号标准：4～20mA，作为仪表间的通讯协议 当传感器的输出为规定的标准信号时，也称为变送器 2、参数式传感器 电阻式传感器及调理电路 电容式和电感式传感器及调理电路 信号的调制与解调 2、参数式传感器 电阻式 测量的物理量 应变——应变片 热——热敏电阻 位移/距离——电位器 转换元件 电阻R 转换电路 直流电桥 2、参数式传感器 电阻式 应变片结构 2、参数式传感器 电阻式 工作原理 应变片的电阻： l——长度 A——截面、半径r ρ——电阻率 微应变 材料在轴向受力的作用，产生机械变形/结构变形——微应变 2、参数式传感器 电阻式 工作原理 微应变 结构尺寸变化 应变单位：με（1με=1x10-6m/m） ν材料的泊松比 电阻率变化 2、参数式传感器 电阻式 工作原理 微应变 电阻率变化 金属材料 ν材料的泊松比 C常数 半导体材料 л半导体材料在受力方向压阻系数 E半导体材料的弹性模量 2、参数式传感器 电阻式 工作原理 金属材料 一般ν≈0.3，C≈1，因此金属材料的电阻应变效应主要来自结构尺寸的变化——尺寸效应，且灵敏系数较小，约为2.0左右。 半导体材料 лE(1+ν)，因此半导体材料的电阻变化主要来自压阻效应，灵敏系数较大，约为50～200，且分散性大。 2、参数式传感器 电阻式 应变片比较 2、参数式传感器 直流电桥 2、参数式传感器 直流电桥 2、参数式传感器 电阻式 应变片应用 应变?力?电阻 粘贴——力传递 受力的方向——应变片纵向 温度补偿 温度效应：阻值随温度变化 被测体线胀：不同的线胀系数 2、参数式传感器 电阻式 应变片应用 电桥连接 差动：相邻臂 补偿：相邻臂 2、参数式传感器 电阻式 应变片应用 敏感元件 2、参数式传感器 电阻式 应变式力传感器ZL110 额定载荷 10～50（kg） 灵敏度 2.0±0.2%（mV/V） 非线性 0.02% F.S 滞后 0.02% F.S 激励电压 9～12 VDC 重复度 0.02% F.S 温度补尝范围 -10 ～ +40 ℃ 蠕变 0.02% F.S/30min 允许使用范围 -20 ～ +55 ℃ 2、参数式传感器 电阻式 动态电阻应变仪 应变片：120Ω～1KΩ 输出：±5Vɑ_p（电流5mA）