第四章常用传感器学习教案

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1、会计学1第四章常用第四章常用(chn yn)传感器传感器第一页，共76页。将物理量变换成电信号的变化（水位将物理量变换成电信号的变化（水位(shuwi)、压力等）。、压力等）。获得传感器信号获得传感器信号(xnho)的两种方法的两种方法直接直接(zhji)获得电信号的变化（开关传感器）；获得电信号的变化（开关传感器）；概述第1页/共76页第二页，共76页。2. 传感器的分类传感器的分类(fn li)(1)(1)按被测物理量分类按被测物理量分类(fn li)(fn li)(2)(2)按传感器元件的变换原理分类按传感器元件的变换原理分类(fn li)(fn li)位移位移(wiy)(wiy)传感器

2、传感器, ,流量传感器流量传感器, ,温度传感器等温度传感器等. .电阻式电阻式, ,电容式电容式, ,电感式电感式, ,压电式压电式, ,光电式等光电式等. .能量转换型能量转换型: :直接由被测对象输入能量使其工作直接由被测对象输入能量使其工作. . 例如例如: :热电偶温度计热电偶温度计, ,压电式加速度计压电式加速度计. .能量控制型能量控制型: :从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化. . 例如例如: :电阻应变片电阻应变片. .能量传递型能量传递型: :从某种能量发生器与接受器进行能量传递过程中实现从某种能量发生器与接受器进行

3、能量传递过程中实现 敏感检测敏感检测. . 例如例如: :超声波发生器和接受器超声波发生器和接受器. .(3)(3)按传感器的能量传递方式分类按传感器的能量传递方式分类概述第2页/共76页第三页，共76页。3. 传感器的性能传感器的性能(xngnng)要求要求 工作范围或量程应足够大，具有一定的过载工作范围或量程应足够大，具有一定的过载(guzi)(guzi)能力能力 与检测系统匹配性好，转换灵敏度高与检测系统匹配性好，转换灵敏度高 精度适当，稳定性高精度适当，稳定性高 反应速度快，工作可靠性高反应速度快，工作可靠性高 适应性和适用性强适应性和适用性强概述(i sh)第3页/共76页第四页，共

4、76页。4. 常见常见(chn jin)的被测物理量的被测物理量机械量机械量: :长度长度, ,厚度厚度, ,位移位移, ,速度速度, ,加速度加速度, ,旋转角旋转角, ,转数转数, , 质量质量, ,重量重量, ,力力, ,压力压力, ,真空度真空度, ,力矩力矩, ,风速风速(fn (fn s),s),流速流速, , 流量流量; ;声声: : 声压声压, ,噪声噪声. .磁磁: : 磁通磁通, ,磁场磁场. .温度温度: : 温度温度, ,热量热量, ,比热比热. .光：光： 亮度，色彩亮度，色彩概述(i sh)第4页/共76页第五页，共76页。电阻式传感器是把被测量电阻式传感器是把被测

5、量(cling)(cling)转换为电阻变化的一种传感转换为电阻变化的一种传感器。器。按工作按工作(gngzu)(gngzu)的原理可的原理可分为分为: :F热敏式热敏式F电阻电阻(dinz)应变式应变式F变阻器式变阻器式F光敏式光敏式F湿敏式湿敏式4.2 电阻式传感器电阻式传感器电阻传感器第5页/共76页第六页，共76页。1.可调电位器可调电位器 为输出电压为输出电压(diny)(V)(diny)(V)； 为外加固定电压为外加固定电压(diny)(V) ;(diny)(V) ; 为材料的总电阻为材料的总电阻( ); ( ); 为固定端至滑块的电阻为固定端至滑块的电阻( ) ( ) 电阻(di

6、nz)传感器第6页/共76页第七页，共76页。2.应变应变(yngbin)式电阻传感器式电阻传感器丝式应变丝式应变(yngbin)(yngbin)片片 箔式应变箔式应变(yngbin)(yngbin)片片 AlR电阻传感器第7页/共76页第八页，共76页。(1).(1).应变应变(yngbin)(yngbin)效应效应AlR导体或半导体在外力作用下产生机械变形而引起导体或导体或半导体在外力作用下产生机械变形而引起导体或半导体的电阻值发生变化的物理现象称为应变半导体的电阻值发生变化的物理现象称为应变(yngbin)(yngbin)效应。效应。 传感元件：电阻传感元件：电阻(dinz)(dinz)

7、应变片，它是一种把被测试件的应应变片，它是一种把被测试件的应变量转换成电阻变量转换成电阻(dinz)(dinz)变化量的传感元件。变化量的传感元件。 应变片受力应变片受力 应变应变 比例关系比例关系 比例关系比例关系 应变片电阻的变化应变片电阻的变化 电阻传感器第8页/共76页第九页，共76页。(2).(2).工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理式中，式中，导线的电阻率，又称为导线的电阻率，又称为(chn wi)(chn wi)电阻系数电阻系数 金属导线的应变电阻金属导线的应变电阻(dinz)(dinz)效应：效应： 当金属丝由于受到轴向力当金属丝由于受到轴向力P P而伸长时，长度增长

8、，截面积减小，而伸长时，长度增长，截面积减小，其电阻值就增大；反之，如细丝因受压力而缩短，即长度变短，其电阻值就增大；反之，如细丝因受压力而缩短，即长度变短，截面积变粗时，则电阻就减小。截面积变粗时，则电阻就减小。 电阻传感器第9页/共76页第十页，共76页。S S由两部分由两部分(b fen)(b fen)组成：组成： 前一部分前一部分(1+2)(1+2)是由金属导线的几何变形是由金属导线的几何变形(bin xng)(bin xng)引起的；引起的； 后一部分后一部分EE除与金属导线几何除与金属导线几何(j h)(j h)尺寸有关外，尺寸有关外，还与金属本身的特性有关。还与金属本身的特性有关

9、。 ：泊松系数，泊松系数，E:E:弹性模量，弹性模量，: :纵向应变，纵向应变，:压阻系数压阻系数 推导推导AlR电阻传感器第10页/共76页第十一页，共76页。 金属金属(jnsh)(jnsh)应变片（应变片（不变）不变）金属应变计金属应变计 半导体应变半导体应变(yngbin)(yngbin)片（片（变化）变化）半导体应变计半导体应变计SERdR)21 (电阻(dinz)传感器第11页/共76页第十二页，共76页。(3). (3). 应变应变(yngbin)(yngbin)片的主要参数片的主要参数 1) 几何参数：表距几何参数：表距L和丝栅宽度和丝栅宽度b，制造厂常用，制造厂常用 bL 表

10、示。表示。 2) 电阻值：应变计的原始电阻值。电阻值：应变计的原始电阻值。 3) 灵敏系数：表示应变计变换性能的重要灵敏系数：表示应变计变换性能的重要(zhngyo)参数。参数。 4) 其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、 蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。 电阻(dinz)传感器第12页/共76页第十三页，共76页。应变计电阻(dinz)传感器第13页/共76页第十四页，共76页。应变计体型体型(txng)(txng)薄膜型薄膜型扩散扩散(kusn)(kusn)型型电阻传感器第14页/共76页第十五

11、页，共76页。立柱立柱(l zh)(l zh)应力应力 桥梁(qioling)应力 (6).(6).应变应变(yngbin)(yngbin)式电阻传感器的应用式电阻传感器的应用 德国德国HBMHBM电阻应变式传感器电阻应变式传感器 电阻传感器第15页/共76页第十六页，共76页。质量传感器质量传感器 位移传感器位移传感器 加速度计加速度计 压力传感器压力传感器 电阻(dinz)传感器第16页/共76页第十七页，共76页。压力压力(yl)(yl)传感器传感器 转矩传感器转矩传感器 电阻(dinz)传感器第17页/共76页第十八页，共76页。 3.其他其他(qt)电阻传感器电阻传感器 (1).(1

12、).热电阻传感器热电阻传感器 利用导电物体电阻利用导电物体电阻(dinz)(dinz)率随本身温度变化而变化的温度电率随本身温度变化而变化的温度电阻阻(dinz)(dinz)效应制成的传感器。效应制成的传感器。 温度(wnd)(热量)的变化电阻的变化 温度检测温度检测 :-200+500电阻传感器第18页/共76页第十九页，共76页。(2).(2).热敏电阻热敏电阻(r mn din z)(r mn din z)传感器传感器 圆形热敏电阻圆形热敏电阻(r mn din z) (r mn din z) 柱形热敏电阻柱形热敏电阻(r mn din z) (r mn din z) 珠形热敏电阻珠形热

13、敏电阻 热敏电阻在电路中的符号热敏电阻在电路中的符号 非线性元件非线性元件: :它的温度它的温度- -电阻关系是指数关系电阻关系是指数关系 温度为温度为-50-50350350 电阻传感器第19页/共76页第二十页，共76页。(3).(3).光敏电阻光敏电阻(un mn din z)(un mn din z)传感器传感器 (4).(4).湿敏电阻湿敏电阻(dinz)(dinz)传感器传感器 电阻(dinz)传感器第20页/共76页第二十一页，共76页。4.3 电容式传感器电容式传感器 1. 变换变换(binhun)原理原理 将被测物理量的变化将被测物理量的变化(binhu)(binhu)转化为

14、电容转化为电容量变化量变化(binhu)(binhu)。两平行两平行(pngxng)(pngxng)极板组成的电容器极板组成的电容器, ,它的电容量为它的电容量为: :+A 当被测量当被测量、A或或发生变化时，都会引起电容的变化。如果发生变化时，都会引起电容的变化。如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另一个参数，就可把该参保持其中的两个参数不变，而仅改变另一个参数，就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化。数的变化变换为单一电容量的变化。电容传感器第21页/共76页第二十二页，共76页。2. 分类分类(fn li) a) a) 极距变化极距变化(binhu)(binhu)型型+c) c) 介质

15、变化型介质变化型b)b)面积变化型面积变化型: :平面线位移型平面线位移型, ,角位移型角位移型, , 柱面线位移型柱面线位移型AC电容(dinrng)传感器第22页/共76页第二十三页，共76页。3. 灵敏度灵敏度 a) a) 极距变化极距变化(binhu)(binhu)型型传感器的灵敏度近似传感器的灵敏度近似(jn s)为：为：变极距电容变极距电容(dinrng)(dinrng)传感器传感器 平板电容器平板电容器 电容传感器第23页/共76页第二十四页，共76页。传感器灵敏度传感器灵敏度b)b)面积面积(min j)(min j)变化型变化型a)a)直线直线(zhxin)(zhxin)位移

16、型位移型 直线直线(zhxin)位移型位移型b)b)角位移型角位移型 传感器传感器灵敏度灵敏度 角位移型角位移型电容传感器第24页/共76页第二十五页，共76页。c)c)介质介质(jizh)(jizh)变化型变化型介质常数介质常数(chngsh)(chngsh)变化型电容式传感器变化型电容式传感器大多用于测量电介质的厚度大多用于测量电介质的厚度(hud)(hud)(图图a)a)、位移、位移( (图图b)b)、液位、液位( (图图c) c) 根据极板介质的介电常数随温根据极板介质的介电常数随温度、湿度、容量改变而改变来测度、湿度、容量改变而改变来测量温度、湿度、容量量温度、湿度、容量( (图图d

17、)d)等等 。电容传感器第25页/共76页第二十六页，共76页。4.电容式传感器的应用电容式传感器的应用(yngyng)振动振动(zhndng)(zhndng)测量测量 旋转轴的偏心量的测量旋转轴的偏心量的测量 电容(dinrng)传感器第26页/共76页第二十七页，共76页。电容式氢液高度传感器电容式氢液高度传感器 纱条均匀度测试仪纱条均匀度测试仪 电容(dinrng)传感器第27页/共76页第二十八页，共76页。4.4 电感式传感器电感式传感器 电感式传感器是基于电磁感应原理电感式传感器是基于电磁感应原理(yunl)(yunl)，它是把被测，它是把被测量转化为电感量的一种装置。量转化为电感

18、量的一种装置。分类分类:电感式传感器电感式传感器自感型自感型可变磁阻型可变磁阻型涡流涡流式式互感型互感型电感(din n)传感器第28页/共76页第二十九页，共76页。1. 可变磁阻式可变磁阻式(自感自感(z n)型型)原理原理(yunl):(yunl):电磁感应电磁感应 W: W:线圈匝数；线圈匝数； L1: L1:软铁长度；软铁长度；11：软铁磁导率；：软铁磁导率；00：空气：空气(kngq)(kngq)磁导率磁导率A1A1：铁芯导磁截面：铁芯导磁截面A0A0：空气：空气(kngq)(kngq)导磁截导磁截面面可变磁阻式传感器基本原理可变磁阻式传感器基本原理 1 1线圈线圈 2. 2. 铁

19、芯铁芯 3. 3. 衔铁衔铁 电感传感器第29页/共76页第三十页，共76页。2002AWL (1).(1).间隙间隙(jin x)(jin x)变化型变化型间隙变化间隙变化(binhu)(binhu)型可变磁阻式传感器结构型可变磁阻式传感器结构 当当0 、A0固定不变，改变固定不变，改变时，时，L与与呈非线形呈非线形(xin xn)（双曲线）关系（双曲线）关系， L L与与的双曲线关系的双曲线关系 传感器灵敏度：传感器灵敏度： 电感传感器第30页/共76页第三十一页，共76页。2002AWL (2).(2).面积面积(min j)(min j)变化型变化型面积变化面积变化(binhu)(bi

20、nhu)型可变磁阻式传感器结构型可变磁阻式传感器结构 当当0 、 固定不变，改变固定不变，改变A0时，时，L与与A0呈线形呈线形(xin xn)关系，关系， 传感器灵敏度传感器灵敏度 L L与与A A0 0的线形关系的线形关系=常数常数电感传感器第31页/共76页第三十二页，共76页。(3).(3).螺线管型螺线管型 当其它参数不变，仅改变当其它参数不变，仅改变L1L1，使，使RmRm变化，从而产生变化，从而产生(chnshng)(chnshng)电感的变化。电感的变化。 001112AALmRmRWL2电感(din n)传感器第32页/共76页第三十三页，共76页。(4).(4).差动型差动

21、型变间隙变间隙(jin x)(jin x)型差动型差动变压器变压器 输出特性输出特性传感器灵敏度传感器灵敏度 电感(din n)传感器第33页/共76页第三十四页，共76页。2. 涡流涡流(wli)式电感传感器式电感传感器 当金属板置于变化磁场中或者在磁场中运动时，在金属板中产当金属板置于变化磁场中或者在磁场中运动时，在金属板中产生生(chnshng)感应电流，这种电流在金属体内是闭合的，称为感应电流，这种电流在金属体内是闭合的，称为涡流。涡流。 涡流的大小与金属板的电阻率涡流的大小与金属板的电阻率、磁导率、磁导率、厚度、厚度t，以及金，以及金属板与线圈属板与线圈(xinqun)距离、激励电流

22、、角频率等参数有关距离、激励电流、角频率等参数有关。 涡流式电感传感器可涡流式电感传感器可分为分为 1）高频反射式高频反射式 2）低频投射式低频投射式 电感传感器第34页/共76页第三十五页，共76页。原线圈的等效阻抗原线圈的等效阻抗(zkng)Z(zkng)Z变化：变化：(1).(1).高频高频(o pn)(o pn)反射式（集肤效应）反射式（集肤效应）高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 电感(din n)传感器第35页/共76页第三十六页，共76页。(2).(2).低频低频(dpn)(dpn)透射式（互感原理）透射式（互感原理）低频透射低频透射(tu sh)(tu sh)式涡流传感器

23、式涡流传感器 e2e2随材料随材料(cilio)(cilio)厚度增加变化的厚度增加变化的规律规律 电感传感器第36页/共76页第三十七页，共76页。4.4.涡流涡流(wli)(wli)式传感器的应式传感器的应用用案例：位移、振幅、轴心轨迹案例：位移、振幅、轴心轨迹(guj)(guj)的测量的测量径向径向(jn xin)(jn xin)振动的测量振动的测量 构件振幅的测量构件振幅的测量 构件振型的测量构件振型的测量 轴心轨迹的测量轴心轨迹的测量 电感传感器第37页/共76页第三十八页，共76页。60fnz其中，其中，n为转轴的转速；为转轴的转速；f为脉冲频率；为脉冲频率；z为转轴上的槽数或为转

24、轴上的槽数或齿数。齿数。案例案例(n l):(n l):转速的测量转速的测量电感(din n)传感器第38页/共76页第三十九页，共76页。案例案例(n l)(n l)： 测厚测厚案例：案例： 零件计数零件计数电感(din n)传感器第39页/共76页第四十页，共76页。案例：案例： 连续连续(linx)(linx)油管的椭圆度测量油管的椭圆度测量Coiled TubeEddy Sensor Reference Circle原理原理(yunl)(yunl)：电感(din n)传感器第40页/共76页第四十一页，共76页。案例：案例： 无损无损(w sn)(w sn)探伤探伤原理裂纹检测，缺陷造

25、成涡流(wli)变化。火车火车(huch)轮检测轮检测油管检油管检测测电感传感器第41页/共76页第四十二页，共76页。3. 变压器式变压器式-差动变压器差动变压器工作原理工作原理:互感互感(hgn)现象现象.电感(din n)传感器第42页/共76页第四十三页，共76页。应用应用: : 厚度厚度, ,角度角度, ,表面粗糙度表面粗糙度; ;拉伸拉伸, ,压缩压缩, ,垂直度垂直度; ; 压力压力(yl),(yl),流量流量, ,液位液位; ;张力张力, ,重力重力, ,负荷量负荷量; ;扭矩扭矩, , 应力应力, ,动力动力; ;气压气压, ,温度温度; ;振动振动, ,速度速度, ,加速度

26、加速度; ;等等. .案例：案例：板的厚度测量板的厚度测量 案例：案例：张力测量张力测量电感(din n)传感器第43页/共76页第四十四页，共76页。4.5 磁电传感器磁电传感器 1. 变换变换(binhun)原理原理 磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应(gnyng)(gnyng)电动势的一种转换器。电动势的一种转换器。感应感应(gnyng)(gnyng)线圈的感应线圈的感应(gnyng)(gnyng)电动势电动势e e为为 磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，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，都会改变线圈

27、的感应电动势。改变其中一个因素，都会改变线圈的感应电动势。 磁电传感器第44页/共76页第四十五页，共76页。2. 分类分类(fn li) 磁磁电电式式动圈式动圈式磁阻式磁阻式线速度型线速度型角速度型角速度型N),(,cos,mdtddtdRBSBNUddeWt 磁电传感器第45页/共76页第四十六页，共76页。3. 动圈式传感器动圈式传感器 l:l:每匝线圈的平均长度；每匝线圈的平均长度；B:B:线圈所在磁场的磁感应强度线圈所在磁场的磁感应强度(qingd)(qingd)；A:A:每匝线圈的截面积；每匝线圈的截面积； : :线圈运动方向与磁场方向的夹角；线圈运动方向与磁场方向的夹角；k:k:

28、传感器的结构系数。传感器的结构系数。 磁电传感器第46页/共76页第四十七页，共76页。4. 磁阻式传感器磁阻式传感器 磁电传感器第47页/共76页第四十八页，共76页。5. 磁电传感器的应用磁电传感器的应用(yngyng) 测速电机测速电机(dinj)磁电式测速传感器磁电式测速传感器磁电传感器第48页/共76页第四十九页，共76页。测频数测频数 测转速测转速 偏心测量偏心测量 振动测量振动测量 磁电传感器第49页/共76页第五十页，共76页。4.6 压电传感器压电传感器 1. 变换变换(binhun)原理原理 某些物质，如石英，当某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅几何受到外力作用时，不

29、仅几何尺寸会发生变化，而且内部尺寸会发生变化，而且内部被极化，表面会产生电荷；被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时，又重新当外力去掉时，又重新(chngxn)(chngxn)回到原来的状态回到原来的状态，这种现象称为压电效应。，这种现象称为压电效应。压电传感器第50页/共76页第五十一页，共76页。压电效应压电效应(y din xio yng)(y din xio yng)式中，式中，q为电荷为电荷量量；D为压电常数，与材质为压电常数，与材质(ci zh)及切片方向有关；及切片方向有关；F为作用力。为作用力。 q=DF压电传感器第51页/共76页第五十二页，共76页。ea：开路：开路(kil)

30、电压；电压；q:压电晶片表面上的电荷；压电晶片表面上的电荷；Ca 为压电晶片的电容。为压电晶片的电容。2. 测量测量(cling)电路电路 等效电荷源等效电荷源 Cc:分布电容；分布电容；Ri:输入电阻；输入电阻；Ra:漏电阻；漏电阻；Ci:输入电容输入电容压电传感器第52页/共76页第五十三页，共76页。压电式传感器输出电荷压电式传感器输出电荷q很少，内阻很少，内阻Ra很大，输出信号很很大，输出信号很弱小弱小(ruxio)，因此要进行处理：，因此要进行处理： (1) 放大放大(fngd)微弱的压电信号微弱的压电信号 (2) 进行进行(jnxng)阻抗匹配阻抗匹配 电压放大器电压放大器 电荷放

31、大器电荷放大器 (1).(1).主要作用主要作用压电传感器第53页/共76页第五十四页，共76页。放大器的输入放大器的输入(shr)(shr)电压：电压： 系统系统(xtng)(xtng)的输出电压为：的输出电压为： 系统系统(xtng)(xtng)的灵敏度为：的灵敏度为： 当电缆长度变化时当电缆长度变化时，Cc变化，变化， ei变变化，系统的灵敏度化，系统的灵敏度发生变化，此时测发生变化，此时测试比较困难试比较困难 (2).(2).电压放大器电压放大器压电传感器第54页/共76页第五十五页，共76页。qqt+qf= ei(Ca+Cc+Ci)+(ei-ey)Cf= eiC+ (ei-ey)Cf

32、 ei=(q+eyCf)/(C+Cf)推导推导(tudo)(3).(3).电荷电荷(dinh)(dinh)放大器放大器压电传感器第55页/共76页第五十六页，共76页。3. 压电传感器的应用压电传感器的应用(yngyng)压力压力(yl)(yl)变变送器送器加速度计，力传感器加速度计，力传感器 压电传感器第56页/共76页第五十七页，共76页。压电式压力压电式压力(yl)(yl)传感传感 压电式压力压电式压力(yl)(yl)传感器特性传感器特性 压电传感器第57页/共76页第五十八页，共76页。阻抗阻抗(zkng)(zkng)头的结构原理图头的结构原理图 阻抗头的安装阻抗头的安装(nzhung

33、)(nzhung)结构结构 压电传感器第58页/共76页第五十九页，共76页。压电传感器第59页/共76页第六十页，共76页。4.7 磁敏传感器磁敏传感器1.半导体霍尔元件半导体霍尔元件(yunjin)霍尔效应霍尔效应(xioyng) (xioyng) 当半导体中流过一个电流时，若在与该电流垂直的方当半导体中流过一个电流时，若在与该电流垂直的方向上外加一个磁场，则在与电流及磁场分别成直角向上外加一个磁场，则在与电流及磁场分别成直角(zhjio)(zhjio)的方向上会产生一个电压。这种现象也称为霍的方向上会产生一个电压。这种现象也称为霍尔效应尔效应 。 霍尔效应原理图霍尔效应原理图 磁敏传感器

34、第60页/共76页第六十一页，共76页。半导体霍尔元件半导体霍尔元件(yunjin)(yunjin)的结构的结构 磁敏传感器第61页/共76页第六十二页，共76页。半导体磁敏电阻半导体磁敏电阻(dinz) (dinz) 半导体磁敏电阻的结构半导体磁敏电阻的结构( (蛇形元件蛇形元件) ) 利用磁场造成利用磁场造成(zo chn)(zo chn)的电流偏转使元件阻抗增加这种特点制成的双端磁敏传感器。的电流偏转使元件阻抗增加这种特点制成的双端磁敏传感器。 磁敏传感器第62页/共76页第六十三页，共76页。磁性磁性(cxng)(cxng)体磁敏电阻体磁敏电阻 利用强磁材料的磁场利用强磁材料的磁场(c

35、chng)(cchng)异向性制成的磁敏元件。异向性制成的磁敏元件。磁性体磁敏电阻的结构磁性体磁敏电阻的结构 磁敏传感器第63页/共76页第六十四页，共76页。电磁感应电磁感应(dinc-gnyng)(dinc-gnyng)型磁敏传感器型磁敏传感器 原理原理(yunl)(yunl)：范围范围(fnwi)(fnwi)：法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 只能检测交流磁场，不能检测直流磁场只能检测交流磁场，不能检测直流磁场 电磁感应型磁敏传感器电磁感应型磁敏传感器 磁敏传感器第64页/共76页第六十五页，共76页。2. 磁敏传感器的应用磁敏传感器的应用(yngyng) 电流计 磁感应开关(kig

36、un) 磁敏电位器 霍尔电动机 纸币(zhb)及预付卡识别设 卡形电流计的结构卡形电流计的结构 磁敏传感器第65页/共76页第六十六页，共76页。霍尔电动机的结构霍尔电动机的结构(jigu)(jigu)示意图示意图 霍尔电动机等效电路霍尔电动机等效电路 磁敏传感器第66页/共76页第六十七页，共76页。4.8 传感器选用传感器选用(xunyng)原则原则 选择选择(xunz)(xunz)传感器主要考虑灵敏度、线性范围、响应特传感器主要考虑灵敏度、线性范围、响应特性、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。性、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。 1. 灵敏度灵敏度 一般说来，传感器灵敏

37、度越高越好，但在确定灵一般说来，传感器灵敏度越高越好，但在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。敏度时，要考虑以下几个问题。 a)a)灵敏度过高引起的干扰问题；灵敏度过高引起的干扰问题； b)b)量程范围。量程范围。 传感器选用(xunyng)原则第67页/共76页第六十八页，共76页。3 3 响应特性响应特性 传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持不失真不失真的测量条件。的测量条件。 实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟，实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但总希望延迟的时间越短越好。但总希望延迟的时间越短越好。 2 2 线性范围线性范围

38、任何传感器都有一定的线性工作范围。任何传感器都有一定的线性工作范围。在线性范在线性范围内输出与输入成比例关系围内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明，线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。是保证测量精度的基本条件。 传感器选用(xunyng)原则第68页/共76页第六十九页，共76页。4 4 稳定性稳定性 稳定性是表示传感器经过长期使用稳定性是表示传感器经过长期使用(shyng)(shyng)以后，其输出以后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境特性不发生变化的性

39、能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。5 5 精确度精确度 传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的对应程度。对应程度。 6 6 测量方式测量方式 传感器工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要传感器工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等。量、在线与非在线测量等。传感器选用(xunyng)原则第69页/共76页第七十页，共76页。则则两边两边(lingbin)同除以同除以R，同时，同时R=L/A，则，则dL/L=金属导线长度的相对变化，称

40、纵向应变。金属导线长度的相对变化，称纵向应变。d/导线电阻率的相对变化。导线电阻率的相对变化。 dA/A导线截面积的相对变化，称为导线截面积的相对变化，称为(chn wi)称横向应变。称横向应变。 (2).(2).工作原理工作原理第70页/共76页第七十一页，共76页。横向横向(hn xin)应变应变dD/D和纵向应变和纵向应变dL/L之比称为泊桑比，即之比称为泊桑比，即 故故 第71页/共76页第七十二页，共76页。AdAdLdLRdRE为导线材料的弹性模量为导线材料的弹性模量(tn xn m lin)，为压阻系数，与材料有关。为压阻系数，与材料有关。则则 LdLAdA2已知已知当导体材料确

41、定当导体材料确定(qudng)后，后，、E均为常数，则均为常数，则(1+2+E)为常数。为常数。 灵敏度为：灵敏度为： 应变片电阻的相对应变片电阻的相对(xingdu)变化率变化率dR/R与应变与应变之间之间是线形关系是线形关系第72页/共76页第七十三页，共76页。)21 (2ELdLdLdLRdRS由两部分由两部分(b fen)组成：组成： 前一部分前一部分(1+2)单由金属导线的几何尺寸单由金属导线的几何尺寸(ch cun)变化引起的；变化引起的； 后一部分后一部分E是电阻率随应变而引起是电阻率随应变而引起(ynq)变化的部变化的部分，它除与金属导线几何尺寸有关外，还与金属本身分，它除与

42、金属导线几何尺寸有关外，还与金属本身的特性有关。的特性有关。 返回返回第73页/共76页第七十四页，共76页。当略去当略去(l q)传感器的漏电阻传感器的漏电阻Ra时时 qtei(Ca+Cc+Ci) 当略去当略去(l q)电荷放大器的输入电阻电荷放大器的输入电阻Ri的影响时的影响时qf(ei-ey)Cf 则整个则整个(zhngg)电路中的电荷为：电路中的电荷为： qqt+qf= ei(Ca+Cc+Ci)+(ei-ey)Cf= eiC+ (ei-ey)Cf 式中，式中，ei为放大器的输入端电压；为放大器的输入端电压；ey为放大器输出端电压；为放大器输出端电压；Cf为电荷放大器的为电荷放大器的反馈

43、电容。反馈电容。 (3).(3).电荷放大器电荷放大器第74页/共76页第七十五页，共76页。ey=-Kei 其中，其中，K K为放大为放大(fngd)(fngd)器的开环放大器的开环放大(fngd)(fngd)倍数倍数 qqt+qf= ei(Ca+Cc+Ci)+(ei-ey)Cf= eiC+ (ei-ey)Cf 所以所以(suy) (suy) 开环增益开环增益(zngy)K足够大足够大系统的灵敏度为：系统的灵敏度为： 在一定条件下，电荷放在一定条件下，电荷放大器的输出电压与传感大器的输出电压与传感器的电荷量成正比，而器的电荷量成正比，而与电缆的分布电容无关与电缆的分布电容无关； 系统输出灵敏度取决系统输出灵敏度取决于反馈电容，所以可以于反馈电容，所以可以通过调节反馈电容通过调节反馈电容 ei=(q+eyCf)/(C+Cf)返回返回第75页/共76页第七十六页，共76页。