工程测试技术(第三章)1讲述.ppt

3.2 电阻式传感器 是根据电阻定律来设计的传感器，它将被测物理量的变化转换成电阻的变化输出。 3.2.1 电位计式(变阻器式)传感器 3.3 电容式传感器 3.3.1 电容式传感器的工作原理及分类 其中，ε为介质的相对介电系数，空气的ε≈1；ε0=8.85x10-12(F/m)为真空的介质常数；δ为两极板间的距离(m)；A为两极板间的有效覆盖面积（m2）。 （1）变极距型电容式传感器 （2）变面积型电容式传感器 （3）变介电常数型电容式传感器 3.3.2 电容式传感器常用转换电路 （1）谐振电路 （2）调频电路 （3）运算放大器电路 3.3.3 电容式传感器的应用举例 3.5 磁电式传感器 基于电磁感应原理，把被测物理量转换成感应电动势输出的一种传感器。 感应电动势e= -W?dФ/dt 其中，W为线圈匝数，dФ/dt为感应线圈中磁通量的变化率。 3.6.1动圈式磁电传感器 3.5.2 磁阻式磁电传感器 工作原理：线圈与磁铁固定不动，通过运动着的被测物体（导磁材料）改变磁路的磁阻，从而引起磁力线的增强或减弱，使线圈产生感应电动势。 3.6 压电式传感器 压电效应：某些物质（物体），如石英、钛酸钡等，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面上会产生电荷；当外力去掉后，又回到原来的状态，这种现象称为压电效应。 X轴――电轴，y轴――机械轴，z――光轴 应用： 3.8 热敏传感器 3.8.1 热电偶 3.7.2 金属热电阻 铂、铜、镍等金属丝材料，在一定温度范围内，它们的电阻值随温度的升高而增加。此性质可用来测量温度变化。 3.7.3 半导体热敏电阻 是一种由锰、镍、铜、钴、铁等金属氧化物按一定比例混合烧结而成的半导体。它具有负的电阻温度系数，随温度上升而阻值下降。 优点： (1) 灵敏度高，可测出0.001～0.005℃的温度变化。 (2) 体积小，响应快。直径可小到0.5mm，响应时间可缩短到毫秒级。 (3) 元件本身电阻可达3～700欧姆，远距离测量时可不考虑导线电阻影响。 (4) 在－50～350℃范围内，具有较好的温度性。 3.8 超声波传感器 3.8.1 声学基础知识 （1）声波及其分类 次声波：低于16Hz. 声波：16～2x104Hz 超声波：高于2x104Hz 微波：3x108～3x1011Hz （2）声压与声强 介质中有声波传播时的压强与无声波传播时的静压强之差称为声压。单位Pa（N/m2） 声强指单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积的声波强度。单位W/m2 （3）物质的声学特性 声速：除水外，大部分液体中的声速随温度升高而减小，而水中的声速则随温度的升高而增加。液体中的声速随压力的增加而增加。 声阻抗特性：直接表征介质的声学性能，其有效值等于传声介质的密度ρ与声速c之积。记作Z = ρc （4）声的吸收 介质对声波会吸收。均匀介质对超声波吸收不明显，而介质不均匀时，对声波的吸收会很明显。 3.8.2 超声波波型及其物理性质 （1）超声波波型 纵波、横波、表面波 表面波―――质点振动介于纵波和横波之间，沿着表面传播，振幅随深度增加迅速减弱。 （2）超声波的物理性质 振动频率高、波长短，穿透能力强。例如，在钢材中可穿透10米以上。 在均匀介质中按直线传播，到达界面或遇到另一种介质时，会反射和折射。 在界面上的反射能量和透射能量的变化，取决于两种介质的声阻抗特性。声阻抗特性差越大，反射波能量越强。 3.8.3 超声波传感器及其应用 （1）压电式超声波传感器 （2）磁致式超声波传感器 （3）超声波传感器的应用 3.4 电感式传感器 电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。 分类: 电感式传感器 自感型 可变磁阻型 涡流式 互感型 1 自感型--可变磁阻式 可变导磁面积型 差动型 原理:电磁感应 电感式接近传感器（金属） 2 涡流式 原理:涡流效应 原线圈的等效阻抗Z变化： 产品： 2 互感型--差动变压器 W W1 W2 Es x -x 工作原理:互感现象. Ew Eout 单螺管线圈型 螺管线圈差动 双螺管线圈差动型传感器测量电路 ~ 差动变压器测量电路 差动变压器位移传感器 案例：板的厚度测量 ~ 图3-31 石英晶体 a)石英晶体；b)光轴、电轴和机械轴 图3-33压电晶片及等效电路 a)压电晶片；b)并接；c)串接；d)等效电荷源 产品 加速度计 力传感器 热电效应 将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称