第五章传感技术及其应用.ppt

?第五章?传感技术及其应用;;2.传感器的分类 表5-1 传感器分类 ;三、传感器的作用和地位 主要表现在以下三个方面: (1)信息的收集 (2)信息数据的交换 (3)控制信息的采集 四、传感器的基本特性 1.灵敏度 灵敏度是指传感器在稳态下，输出变化量与输入变化量之比值。 2.线性度（非线性） 线性度又称为非线性。它是指传感器输入与输出之间的关系曲线与选定的工作曲线(有时亦称为理论直线)的靠近程度。 3.迟滞 迟滞又称为回差。指传感器在输入值增长的过程中(正行程)和减少的过程中(反行程)，同一输入量下输出值的差别。 4.分辨率 分辨率是指传感器能够检测出的被测信号的最小变化量。 5.稳定性 稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。 ; 6.重复性 重复性反映了传感器在不变的工作状态下，重复地给予某个相同的输入值时，其输出值的一致性，其意义与精密度相似。 7.阈值 通常将传感器最小量程附近的分辨率称为阈值。有的传感器在零输入附近有严重的非线性，形成所谓“死区”，则把死区的大小作为阈值。 8.零漂 零漂表示传感器在零输入状态下输出值的漂移。零漂有温度漂移和时间漂移两种。 9.可靠性 可靠性是指在规定的工作条件下，传感器保持原有技术指标的程度。 ; 第二节 常用传感器及其应用 一、电位器式传感器 电位器是一种常用的电子元件，广泛用于各种电气和电子设备中。主要是把机械位移转换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。它除了用于线位移和角位移测量外，还可用于测量一切能转换为位移的其他非电量如压力、加速度、液位等。 电位器的优点是:结构简单、尺寸小、重量轻、输出特性精度高(可达0.1%或更高)且稳定性好，可以实现线性及任意函数特性；受环境因素(如温度、湿度、电磁干扰等)影响较小；输出信号较大，一般不需放大。因此，它是最早获得工业应用的传感器之一，至今在某些场合下还在使用。 （一）结构形式及分类 1.结构 电位器式传感器又称变阻器传感器。结构如图5-4所示为电位器的一般结构。 ;图5-4 电位器的一般结构 2.类型 按结构形式不同，电位器传感器可分为线绕电位器和非线绕电位器、光电电位器式传感器等。 （二）基本工作原理 常用电位传感器的原理如图5-6所示。由图可以看出，电位器传感器由触点机构和电阻器两部分组成。由于存在触点，为使其工作可靠，要求被测量有一定的功率输出，对于图来讲，触点是滑动的，存在有摩擦力，影响测量精度。 ;图5-6电位器式传感器工作原理图 （三）电位传感器的应用 可以用来判断位移的大小，如要求同时测出位移的大小和方向。 二、电阻应变式传感器 电阻应变片是将作用在检测件上的应变变化转换成电阻变化的敏感元件。电阻应变片被粘贴在各种弹性元件上，如膜片、薄壁圆筒、悬臂梁等，当被测物理量 (如力、压力、位移、扭矩、加速度等)作用在弹性元件，使其产生应变，粘贴在弹性元件上的应变片感受同样的应变，并转换成应变片的电阻变化。电阻应变式传感器广泛应用于机械加工、石油化工领域。;（一）电阻应变片的结构及种类 电阻应变片的结构如图5-8所示。 ; （二） 电阻应变元件的工作原理 如图5-12所示，导体或半导体材料在外力作用下(如压力或拉力)产生机械变形，其阻值将发生变化，这种现象称为“应变效应”。 ; 三、压阻式传感器 压阻式传感器是利用半导体材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。它具有灵敏度高、动态响应快、测量精度高、稳定性好、工作温度范围宽、易于小型化、能进行批量生产和使用方便等一系列特点。因而获得了日益广泛和重要的应用。 （一）固态压阻式压力传感器的结构 固态压阻式压力传感器由外壳、硅膜片和引线组成，如图5-15(a)所示。 ;（二）压阻式传感器的应用 压阻式传感器应用最多的是扩散型半导体应变片，尤其是扩散型硅压力敏感芯片。利用其已生产出多种压力传感器、加速度传感器，广泛应用于石油、化工、矿冶、机械、船队 医疗、航空航天等领域。 四、电感式传感器 电感式传感器是以电和磁为媒介，利用磁路磁阻变化引起传感器的电感（自感或互感）变化来检测非电量的机电转换装置。常用来检测位移、振动、力、加速度、应变、流量等物理量，它也是应用较广的一类传感器。电感式传感器的显著优点是：灵敏度和分辨力高，线性较好、输出功率大，其主要缺点是频率响应较低。 电感式传感器是利用线圈自感的改变来实现非电量与电量的转换。目前常用的有三种类型:变气隙型、变面积型、螺管插铁型。其基本结构含线圈、铁芯、活动衔铁等三