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1、測 試技 術(shù) 第 三 章 常 用 傳 感 器主 要 研 究 內(nèi) 容 ：1.了 解 傳 感 器 的 分 類 2.常 用 傳 感 器 測 量 原 理3.傳 感 器 選 用測試技術(shù)基礎(chǔ) 測 試技 術(shù) 3.1 概 述1. 傳 感 器 (Sensor)定 義 傳 感 器 是 能 感 受 規(guī) 定 的 被 測 量 、 并 按 照 一 定 的 規(guī) 律轉(zhuǎn) 換 成 可 用 輸 出 信 號 的 器 件 或 裝 置 。 通 常 由 敏 感 元 件 和轉(zhuǎn) 換 元 件 組 成 (G B766-87)。 目 前 ， 傳 感 器 轉(zhuǎn) 換 后 的 信 號 大 多 為 電 信 號 。 因 而 從狹 義 上 講 ， 傳 感 器 是

2、 把 外 界 輸 入 的 非 電 信 號 轉(zhuǎn) 換 成 電 信號 的 器 件 或 裝 置 。第三章常用傳感器 測 試技 術(shù) 傳 感 器 在 非 電 量 電 測 系 統(tǒng) 中 的 作 用 ：F一 是 敏 感 作 用 ： 感 受 并 拾 取 被 測 對 象 的 信 號F二 是 變 換 作 用 ： 被 測 信 號 轉(zhuǎn) 換 成 易 于 檢 測 和 處 理 的 電信 號概述 獲 得 傳 感 器 信 號 的 兩 種 方 法 ： 直 接 獲 得 電 信 號 的 變化 （ 開 關(guān) 傳 感 器 ） ； 將 物 理 量 變 換 成 電 信 號 的 變 化 （ 水位 、 壓 力 等 ） 。 測 試技 術(shù) 2. 傳 感

3、器 的 分 類(1)按 被 測 物 理 量 分 類 :(2)按 傳 感 器 元 件 的 變 換 原 理 分 類 :位 移 傳 感 器 ,流 量 傳 感 器 ,溫 度 傳 感 器 等 . 電 阻 式 ,電 容 式 ,電 感 式 ,壓 電 式 、 光 電 式 等 .物 性 型 :依 靠 敏 感 元 件 材 料 本 身 物 理 性 質(zhì) 的 變 化 來 實(shí) 現(xiàn) 信 號 變 換 . 例 如 :水 銀 溫 度 計(jì) ,壓 電 測 力 計(jì) .結(jié) 構(gòu) 型 :依 靠 傳 感 器 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 的 變 化 實(shí) 現(xiàn) 信 號 轉(zhuǎn) 變 . 例 如 :電 容 式 和 電 感 式 傳 感 器 .概述 測 試技 術(shù) 能 量

4、轉(zhuǎn) 換 型 :直 接 由 被 測 對 象 輸 入 能 量 使 其 工 作 . 例 如 :熱 電 偶 溫 度 計(jì) ,壓 電 式 加 速 度 計(jì) .能 量 控 制 型 :從 外 部 供 給 能 量 并 由 被 測 量 控 制 外 部 供 給 能 量 的 變 化 . 例 如 :電 阻 應(yīng) 變 片 .能 量 傳 遞 型 :從 某 種 能 量 發(fā) 生 器 與 接 受 器 進(jìn) 行 能 量 傳 遞 過 程 中 實(shí) 現(xiàn) 敏 感 檢 測 . 例 如 :超 聲 波 發(fā) 生 器 和 接 受 器 .(3)按 傳 感 器 的 能 量 傳 遞 方 式 分 類 :概述 測 試技 術(shù) 3. 傳 感 器 的 性 能 要 求 足

5、 夠 的 容 量 匹 配 性 好 ， 轉(zhuǎn) 換 靈 敏 度 高 精 度 適 當(dāng) ， 穩(wěn) 定 性 高 反 應(yīng) 速 度 快 ， 工 作 可 靠 性 高 適 應(yīng) 性 和 適 用 性 強(qiáng)概述 測 試技 術(shù) 電 阻 式 傳 感 器 是 把 被 測 量 轉(zhuǎn) 換 為 電 阻 變 化 的 一 種 傳 感 器按 工 作 的 原 理 可 分 為 :F熱 敏 式F電 阻 應(yīng) 變 式F變 阻 器 式F光 敏 式F電 敏 式 AlR 3.2 電 阻 式 傳 感 器第三章常用傳感器 測 試技 術(shù) 電 阻 應(yīng) 變 式 傳 感 器 -應(yīng) 變 片 金 屬 電 阻 應(yīng) 變 片 的 工 作 原 理 是 基 于 金 屬 導(dǎo) 體 的 應(yīng)

6、 變效 應(yīng) ， 即 金 屬 導(dǎo) 體 在 外 力 作 用 下 發(fā) 生 機(jī) 械 變 形 時(shí) ， 其 電阻 值 隨 著 它 所 受 機(jī) 械 變 形 (伸 長 或 縮 短 )的 變 化 而 發(fā) 生 變化 的 現(xiàn) 象 。 電阻式傳感器 測 試技 術(shù) 1) 工 作 原 理金 屬 應(yīng) 變 片 的 電 阻 R為 AlR 2 ddR dl drR l r 電阻式傳感器 R R Rl AdR dl d dA 2 2A r dA rdr , ddr lr l E (1 2 )dRR E 測 試技 術(shù) (1) 金 屬 應(yīng) 變 片 （ 不 變 ）(1 2 )1.7 3.6dRRS 金 屬 應(yīng) 變 計(jì) (2) 半 導(dǎo) 體

7、 應(yīng) 變 片 （ 變 化 ）60 170dR ERS 半 導(dǎo) 體 應(yīng) 變 計(jì)電阻式傳感器 測 試技 術(shù) 2) 金 屬 應(yīng) 變 計(jì) 金 屬 應(yīng) 變 計(jì) 有 : 絲 式 和 箔 式 優(yōu) 點(diǎn) :穩(wěn) 定 性 和 溫 度特 性 好 . 缺 點(diǎn) :靈 敏 度 系 數(shù) 小 . 應(yīng) 變 計(jì)電阻式傳感器 測 試技 術(shù) 3) 半 導(dǎo) 體 應(yīng) 變 計(jì) 優(yōu) 點(diǎn) ： 應(yīng) 變 靈 敏 度 大 ;體 積 小 ;能 制 成 具 有 一 定 應(yīng) 變 電 阻 的元 件 . 缺 點(diǎn) ： 溫 度 穩(wěn) 定 性 和 可 重 復(fù) 性 不 如 金 屬 應(yīng) 變 片 。 應(yīng) 變 計(jì)電阻式傳感器 體 型 薄 膜 型 擴(kuò) 散 型 測 試技 術(shù) 案

8、例 ：4) 應(yīng) 用電阻式傳感器 測 試技 術(shù) 案 例 ： 電 子 稱 原 理將 物 品 重 量 通 過 懸 臂 梁 轉(zhuǎn) 化 結(jié)構(gòu) 變 形 再 通 過 應(yīng) 變 片 轉(zhuǎn) 化 為 電量 輸 出 。德 國 HBM電 阻 應(yīng) 變 式 傳 感 器 電阻式傳感器 測 試技 術(shù) 3.3 電 容 式 傳 感 器 1.變 換 原 理 : 將 被 測 量 的 變 化 轉(zhuǎn) 化 為 電 容 量 變 化兩 平 行 極 板 組 成 的 電 容 器 ,它 的 電 容 量 為 : AC + A 當(dāng) 被 測 量 、 A或 發(fā) 生 變 化 時(shí) ， 都 會 引 起 電 容 的 變 化 。如 果 保 持 其 中 的 兩 個(gè) 參 數(shù) 不

9、 變 ， 而 僅 改 變 另 一 個(gè) 參 數(shù) ，就 可 把 該 參 數(shù) 的 變 化 變 換 為 單 一 電 容 量 的 變 化 。第三章常用傳感器 測 試技 術(shù) 2 分 類 a) 極 距 變 化 型 ; +c) 介 質(zhì) 變 化 型 0S A電容式傳感器 b)面 積 變 化 型 :角 位 移 型 ,平 面 線 位 移 型 ,柱 面 線 位 移 型 . 測 試技 術(shù) 3 應(yīng) 用 1.震 動 ， 偏 心 ， 裂 紋 ， 振 蕩 ， 同 心 度 2.位 移 ， 移 動 ， 位 置 ， 膨 脹3.撓 度 ， 變 形 ， 波 動 ， 傾 斜4.尺 寸 ， 公 差 ， 分 選 ， 零 件 識 別5.沖 擊

10、， 應(yīng) 變 ， 軸 向 振 動6.軸 承 振 動 ， 油 膜 間 隙 ， 磨 擦 ， 偏 心電容式傳感器 測 試技 術(shù) 3.4 電 感 式 傳 感 器 電 感 式 傳 感 器 是 基 于 電 磁 感 應(yīng) 原 理 ， 它 是 把 被 測 量轉(zhuǎn) 化 為 電 感 量 的 一 種 裝 置 。分 類 :電 感 式 傳 感 器 自 感 型 可 變 磁 阻 型渦 流 式 互 感 型第三章常用傳感器 測 試技 術(shù) 1 自 感 型 -可 變 磁 阻 式 2 002 ANLa)變 間 隙 型原 理 :電 磁 感 應(yīng)電感式傳感器 2 0 022W AdL LS d 測 試技 術(shù) b)變 面 積 型 c） 螺 線 管

11、 型電感式傳感器 2 002WdLS dA 測 試技 術(shù) d)差 動 型電感式傳感器 測 試技 術(shù) 2 渦 流 式 原 理 :渦 流 效 應(yīng)原 線 圈 的 等 效 阻 抗 Z變 化 ： ),( ZZ 電感式傳感器 a)高 頻 反 射 式 ： （ 集 膚 效 應(yīng) ） ( )Z f x 測 試技 術(shù)電感式傳感器 b)低 頻 透 射 式 ： （ 互 感 原 理 ） 測 試技 術(shù) 案 例 ： 連 續(xù) 油 管 的 橢 圓 度 測 量 Coiled TubeEddy Sensor Reference Circle原 理 ：電感式傳感器 測 試技 術(shù) 案 例 ： 無 損 探 傷 原 理裂 紋 檢 測 ， 缺

12、 陷 造 成 渦 流 變 化 。火 車 輪 檢 測 油 管 檢 測電感式傳感器 測 試技 術(shù) 案 例 ： 測 厚案 例 ： 零 件 計(jì) 數(shù)電感式傳感器 測 試技 術(shù) 3 變 壓 器 式 -差 動 變 壓 器工 作 原 理 :互 感 現(xiàn) 象 .電感式傳感器 測 試技 術(shù) 應(yīng) 用 : 厚 度 ,角 度 ,表 面 粗 糙 度 ;拉 伸 ,壓 縮 ,垂 直 度 ; 壓 力 ,流 量 ,液 位 ;張 力 ,重 力 ,負(fù) 荷 量 ;扭 矩 , 應(yīng) 力 ,動 力 ;氣 壓 ,溫 度 ;振 動 ,速 度 ,加 速 度 ;等 .案 例 ： 板 的 厚 度 測 量 案 例 ： 張 力 測 量電感式傳感器 測 試技

13、 術(shù) 3.5 磁 電 式 傳 感 器 1.變 換 原 理 : 磁 電 式 傳 感 器 是 把 被 測 量 的 物 理 量 轉(zhuǎn) 換 為 感 應(yīng) 電 動勢 的 一 種 轉(zhuǎn) 換 器 。 ),(,cos, mdtddtd RBSBNU 感 應(yīng) 線 圈 的 感 應(yīng) 電 動 勢 U為 磁 通 變 化 率 與 磁 場 強(qiáng) 度 、 磁 阻 、 線 圈 運(yùn) 動 速 度 有 關(guān) ，改 變 其 中 一 個(gè) 因 素 ， 都 會 改 變 線 圈 的 感 應(yīng) 電 動 勢 。 第三章常用傳感器 測 試技 術(shù) 2 分 類 磁電式 動 圈 式磁 阻 式 線 速 度 型角 速 度 型 N磁電式傳感器 測 試技 術(shù) 3 動 圈 式

14、 傳 感 器 磁電式傳感器 測 試技 術(shù) 4 磁 阻 式 傳 感 器 磁電式傳感器 測 試技 術(shù) 5 應(yīng) 用 b) 測 速 電 機(jī)a)磁 電 式 車 速 傳 感 器磁電式傳感器 測 試技 術(shù) 3.6壓 電 式 傳 感 器 1.變 換 原 理 : 壓 電 效 應(yīng) 某 些 物 質(zhì) ， 如 石 英 ， 當(dāng) 受 到 外 力 作 用 時(shí) ， 不 僅 幾 何 尺 寸 會 發(fā)生 變 化 ， 而 且 內(nèi) 部 被 極 化 ， 表 面 會 產(chǎn) 生 電 荷 ； 當(dāng) 外 力 去 掉 時(shí) ， 又重 新 回 到 原 來 的 狀 態(tài) ， 這 種 現(xiàn) 象 稱 為 壓 電 效 應(yīng) 。第三章常用傳感器 測 試技 術(shù) 壓 電 效

15、應(yīng)q=DF壓電式傳感器 測 試技 術(shù) i a c iqe C C C py p i a c iqAe A e C C C F+2、 測 量 電 路 a)電 壓 放 大 器壓電式傳感器 測 試技 術(shù) b)電 荷 放 大 器 fyiicai CeeCCCeq )()( ffy KCCC Kqe )( fy ff Cqethen CCKCIf )( F+壓電式傳感器 測 試技 術(shù) 3 應(yīng) 用 b) 壓 力 變 送 器a) 加 速 度 計(jì) ， 力 傳 感 器 壓電式傳感器 測 試技 術(shù) 案 例 ： 飛 機(jī) 模 態(tài) 分 析壓電式傳感器 測 試技 術(shù) 3.7傳 感 器 選 用 原 則 選 擇 傳 感 器

16、主 要 考 慮 靈 敏 度 、 線 性 范 圍 、 響 應(yīng) 特 性 、穩(wěn) 定 性 、 精 確 度 、 測 量 方 式 等 六 個(gè) 方 面 的 問 題 。 1、 靈 敏 度 一 般 說 來 ， 傳 感 器 靈 敏 度 越 高 越 好 ， 但 在 確 定 靈 敏度 時(shí) ， 要 考 慮 以 下 幾 個(gè) 問 題 。 a)靈 敏 度 過 高 引 起 的 干 擾 問 題 ； b)量 程 范 圍 。 c)交 叉 靈 敏 度 問 題 。第三章常用傳感器 測 試技 術(shù) 3 響 應(yīng) 特 性 傳 感 器 的 響 應(yīng) 特 性 是 指 在 所 測 頻 率 范 圍 內(nèi) ， 保 持 不失 真 的 測 量 條 件 。 實(shí) 際

17、 上 傳 感 器 的 響 應(yīng) 總 不 可 避 免 地 有 一 定 延 遲 ， 但總 希 望 延 遲 的 時(shí) 間 越 短 越 好 。 2 線 性 范 圍 任 何 傳 感 器 都 有 一 定 的 線 性 工 作 范 圍 。 在 線 性 范 圍內(nèi) 輸 出 與 輸 入 成 比 例 關(guān) 系 ， 線 性 范 圍 愈 寬 ， 則 表 明 傳 感器 的 工 作 量 程 愈 大 。 傳 感 器 工 作 在 線 性 區(qū) 域 內(nèi) ， 是 保 證測 量 精 度 的 基 本 條 件 。 傳感器選用原則 測 試技 術(shù) 4 穩(wěn) 定 性 穩(wěn) 定 性 是 表 示 傳 感 器 經(jīng) 過 長 期 使 用 以 后 ， 其 輸 出 特性 不 發(fā) 生 變 化 的 性 能 。 影 響 傳 感 器 穩(wěn) 定 性 的 因 素 是 時(shí) 間與 環(huán) 境 。5 精 確 度 傳 感 器 的 精 確 度 是 表 示 傳 感 器 的 輸 出 與 被 測 量 的 對應(yīng) 程 度 。 6 測 量 方 式 傳 感 器 工 作 方 式 ， 也 是 選 擇 傳 感 器 時(shí) 應(yīng) 考 慮 的 重 要因 素 。 例 如 ， 接 觸 與 非 接 觸 測 量 、 破 壞 與 非 破 壞 性 測 量 、 在 線 與 非 在 線 測 量 等 。傳感器選用原則