《工程測試技術》課件PPT,工程測試技術,工程,測試,技術,課件,PPT 華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院工程測試技術工程測試技術華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*2第第3章章 傳感器原理及應用基礎傳感器原理及應用基礎本章學習要求：本章學習要求：1.1.了解傳感器的分類了解傳感器的分類 2.2.掌握常用傳感器原理掌握常用傳感器原理3.3.了解傳感器測量電路了解傳感器測量電路工程測試技術工程測試技術華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*3第第3章章 傳感器原理及應用基礎傳感器原理及應用基礎上講小結上講小結1.1.傳感器定義：信息轉換裝置傳感器定義：信息轉換裝置 傳感器是借助檢測元件將一種形式的信息轉傳感器是借助檢測元件將一種形式的信息轉換成另一種信息的裝置。換成另一種信息的裝置。物理量物理量電量電量目前，傳感器轉換后的信號大多為電信號。因目前，傳感器轉換后的信號大多為電信號。因而從狹義上講，而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉傳感器是把外界輸入的非電信號轉換成電信號的裝置換成電信號的裝置。如：溫度、壓力、位移等。如：溫度、壓力、位移等華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*42.2.傳感器的構成傳感器的構成傳感器由傳感器由敏感器件敏感器件與與輔助器件輔助器件組成。組成。敏感器件敏感器件的作用是感受被測物理量，并對信號進行轉換輸出。的作用是感受被測物理量，并對信號進行轉換輸出。輔助器件輔助器件包括對敏感器件輸出的電信號進行放大、包括對敏感器件輸出的電信號進行放大、阻抗匹配，以及殼體、導線等。阻抗匹配，以及殼體、導線等。一體化傳感器一體化傳感器dV上講小結上講小結華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*53.3.傳感器的分類傳感器的分類1)1)按被測物理量分類按被測物理量分類常見的被測物理量常見的被測物理量 機械量機械量:長度長度,厚度厚度;聲聲:聲壓聲壓,噪聲噪聲.磁磁:磁通磁通,磁場磁場.溫度溫度:溫度溫度,熱量熱量,比熱比熱.光光：亮度，色彩：亮度，色彩機械式機械式,電氣式電氣式,光學式光學式,流體式等流體式等.2)2)按工作的物理基礎分類按工作的物理基礎分類:上講小結上講小結華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*6能量轉換型和能量控制型能量轉換型和能量控制型.3)3)按信號變換特征按信號變換特征:能量轉換型能量轉換型:直接由被測對象輸入能量使其工作直接由被測對象輸入能量使其工作.例如例如:熱電偶溫度計熱電偶溫度計,壓電式加速度計壓電式加速度計.能量控制型能量控制型:從外部供給能量并由被測量控制外部從外部供給能量并由被測量控制外部 供給能量的變化供給能量的變化.例如例如:電阻應變片電阻應變片.上講小結上講小結華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*74)4)按敏感元件與被測對象之間的能量關系按敏感元件與被測對象之間的能量關系:物性型物性型:依靠敏感元件材料本身物理性質的變化來依靠敏感元件材料本身物理性質的變化來實現(xiàn)信號變換實現(xiàn)信號變換.如如:水銀溫度計水銀溫度計.結構型結構型:依靠傳感器結構參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉變依靠傳感器結構參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉變.例如例如:電容式和電感式傳感器電容式和電感式傳感器.上講小結上講小結華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*8上講小結上講小結3.2電阻式傳感器應變式熱電阻式光敏電阻磁敏電阻氣敏電阻變阻器式金屬應變片半導體應變片熱電阻半導體雙金屬(熱電偶)第第3章章 傳感器原理及應用基礎傳感器原理及應用基礎華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*9本講內容本講內容3.4電感式傳感器渦流式互感式可變磁阻式3.3電容式傳感器面積變化型介質變化型極距變化型第第3章章 傳感器原理及應用基礎傳感器原理及應用基礎華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*10第第3章章 傳感器原理及應用基礎傳感器原理及應用基礎3.3 3.3 電容式傳感器電容式傳感器 變換原理變換原理:將被測量的變化將被測量的變化轉化為轉化為電容量變化電容量變化兩平行極板組成的電兩平行極板組成的電容器容器,它的電容量為：它的電容量為：0 0為真空中介電常數(shù)，為真空中介電常數(shù)，為極板間介質的相對介電為極板間介質的相對介電常數(shù)常數(shù)+A、A A或或發(fā)發(fā)生生變變化化時時，都會引起電容的變化。都會引起電容的變化。華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*113.3 電容式傳感器電容式傳感器 a)a)極距極距變化型變化型+華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*12電容量電容量C C與極距與極距呈非線性關系呈非線性關系3.3 電容式傳感器電容式傳感器 傳感器靈敏度：傳感器靈敏度：傳感器優(yōu)點：傳感器優(yōu)點：可進行動態(tài)非接觸式測量，對被測系統(tǒng)可進行動態(tài)非接觸式測量，對被測系統(tǒng)影響小，適用于較小位移的測量影響小，適用于較小位移的測量(0.01(0.01m-m-數(shù)百數(shù)百mm)傳感器缺點：傳感器缺點：非線性特性，雜散電容對靈敏度和測量非線性特性，雜散電容對靈敏度和測量精確度有影響，后級處理電路較復雜，使用范圍受限。精確度有影響，后級處理電路較復雜，使用范圍受限。華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*13駐極體電容傳聲器駐極體電容傳聲器 它采用聚四氟乙烯材料作為振動膜片。這種材它采用聚四氟乙烯材料作為振動膜片。這種材料經(jīng)特殊電處理后，表面永久地駐有極化電荷，取料經(jīng)特殊電處理后，表面永久地駐有極化電荷，取代了電容傳聲器極板，故名為駐極體電容傳聲器。代了電容傳聲器極板，故名為駐極體電容傳聲器。特點是體積小、性能優(yōu)越、使用方便。特點是體積小、性能優(yōu)越、使用方便。3.3 電容式傳感器電容式傳感器 華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*14b)b)面積變化型面積變化型3.3 電容式傳感器電容式傳感器 角位移型角位移型+為覆蓋角為覆蓋角 r r為極板半徑為極板半徑華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*15平面線位移型平面線位移型 b b為極板寬度為極板寬度 3.3 電容式傳感器電容式傳感器 華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*16柱面線位移型柱面線位移型.3.3 電容式傳感器電容式傳感器 面積變化型電容傳面積變化型電容傳感器優(yōu)點：感器優(yōu)點：輸入與輸入與輸出成線性關系，輸出成線性關系，與極距變化型相比，與極距變化型相比，靈敏度較低。靈敏度較低。適用適用于較大直線位于較大直線位移和角位移測量。移和角位移測量。華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*17產(chǎn)品產(chǎn)品.陶瓷電容壓力傳感器陶瓷電容壓力傳感器 液體壓力液體壓力作用在陶作用在陶瓷膜片的瓷膜片的表面，使表面，使膜片產(chǎn)生膜片產(chǎn)生 位移。位移。壓力變送器壓力變送器3.3 電容式傳感器電容式傳感器 華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*18c)c)介質變化型介質變化型3.3 電容式傳感器電容式傳感器 華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*193.4 電容式傳感器電容式傳感器 c)c)介質變化型應用舉例介質變化型應用舉例 介質溫度濕度計介質溫度濕度計 液位計液位計 華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*203.3 電容式傳感器電容式傳感器 c)c)介質變化型應用舉例介質變化型應用舉例-電容測厚儀電容測厚儀 C=C1+C2電容的變化反映電容的變化反映帶材的厚度變化帶材的厚度變化華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*213.3 電容式傳感器電容式傳感器 華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*22產(chǎn)品產(chǎn)品.電容式液位傳感器（液位計電容式液位傳感器（液位計/料位計）料位計）3.3 電容式傳感器電容式傳感器 華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*23電容式接近開關電容式接近開關振蕩電路振蕩電路被測物體被測物體 感應電極感應電極被測電容被測電容測量頭構成電容器的一個極板，另一個極測量頭構成電容器的一個極板，另一個極板是物體本身，當物體移向接近開關時，板是物體本身，當物體移向接近開關時，物體和接近開關的介電常數(shù)發(fā)生變化，使物體和接近開關的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化化.接近開關的檢測物體，并不限于金屬接近開關的檢測物體，并不限于金屬導體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。導體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。3.3 電容式傳感器電容式傳感器 華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*243 3 測量電路測量電路a)a)電橋電路電橋電路 3.3 電容式傳感器電容式傳感器 相敏檢波又稱相敏整流。其特點是相敏檢波的解調輸出既能反映調制信號電壓的幅值,又能反映調制信號電壓的極性。華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*25b)b)諧振電路諧振電路 3.3 電容式傳感器電容式傳感器 華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*26d)d)運算放大器電路運算放大器電路 3.3 電容式傳感器電容式傳感器 華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*27動手做：動手做：觀察你計算機上使用的麥觀察你計算機上使用的麥克風，并用它測量你自己克風，并用它測量你自己的聲音，繪出頻譜。的聲音，繪出頻譜。3.3 電容式傳感器電容式傳感器 華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*28第第3章、傳感器原理及應用基礎章、傳感器原理及應用基礎3.4 3.4 電感式傳感器電感式傳感器 電感式傳感器是基于電磁感應原理，它是把被電感式傳感器是基于電磁感應原理，它是把被測量轉化為電感量的一種裝置。測量轉化為電感量的一種裝置。分類分類:電感式傳感器電感式傳感器自感型自感型可變磁阻型可變磁阻型渦流式渦流式互感型互感型華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*293.4 電感式傳感器電感式傳感器1 1 自感型自感型-可變磁阻式可變磁阻式原理原理:電磁感應電磁感應為氣隙；為氣隙；0 0為空氣為空氣磁導率；磁導率；A A0 0為氣隙導為氣隙導磁截面積磁截面積。L L與與呈呈非線性關系非線性關系，適用于較小，適用于較小位移的測量位移的測量0.001-1mm0.001-1mm。華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*303.4 電感式傳感器電感式傳感器1 1 自感型自感型-可變磁阻式可變磁阻式可變導磁面積型可變導磁面積型差動型差動型原理原理:電磁感應電磁感應為氣隙；為氣隙；0 0為空氣磁導為空氣磁導率；率；A A0 0為氣隙導磁截面積為氣隙導磁截面積。L L與與A A0 0成線性關系，靈敏成線性關系，靈敏度較低度較低。銜鐵移動，銜鐵移動，變化，靈敏度提變化，靈敏度提高了一倍高了一倍，改變了線性特性。改變了線性特性。華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*313.4 電感式傳感器電感式傳感器1 1 自感型自感型-可變磁阻式可變磁阻式原理原理:電磁感應電磁感應為氣隙；為氣隙；0 0為空氣磁導為空氣磁導率；率；A0A0為氣隙導磁截面為氣隙導磁截面積積。單螺管線圈型單螺管線圈型 鐵心運動鐵心運動,改變磁改變磁阻阻,L,L變化。變化。結構簡單，制造容易，靈敏度低，結構簡單，制造容易，靈敏度低，適于較大位移適于較大位移(數(shù)毫米數(shù)毫米)測量測量雙螺管線圈型雙螺管線圈型 鐵心運動鐵心運動,改變磁阻改變磁阻,L變化。變化。靈敏度較高，適于電感測微計，常用靈敏度較高，適于電感測微計，常用測量范圍測量范圍 2mm，分辨力0.5 m華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*32電感式接近傳感器（電感式接近傳感器（金屬金屬）3.4 電感式傳感器電感式傳感器華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*33教學用低成本四線制無二次儀表傳感器教學用低成本四線制無二次儀表傳感器3.4 電感式傳感器電感式傳感器華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*342 2 渦流式渦流式原理原理:渦流效應渦流效應線圈高頻交變電流，產(chǎn)線圈高頻交變電流，產(chǎn)生磁通，金屬板產(chǎn)生感生磁通，金屬板產(chǎn)生感應電流應電流(渦電流渦電流)3.4 電感式傳感器電感式傳感器華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*35原線圈的等效阻抗原線圈的等效阻抗Z Z變化：變化：3.4 電感式傳感器電感式傳感器線圈與金屬板間距離，線圈與金屬板間距離，金屬板的電阻率，金屬板的電阻率，磁導率磁導率 線圈激磁圓頻率線圈激磁圓頻率華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*36原線圈的等效阻抗原線圈的等效阻抗Z Z變化：變化：3.4 電感式傳感器電感式傳感器線圈與金屬板間距離，線圈與金屬板間距離，金屬板的電阻率，金屬板的電阻率，磁導率磁導率 線圈激磁圓頻率線圈激磁圓頻率適用：適用：可用于動態(tài)非接觸測量，測量范圍可用于動態(tài)非接觸測量，測量范圍 1mm-1mm-10mm,10mm,與傳感器結構尺寸，線圈匝數(shù)和激磁頻率有與傳感器結構尺寸，線圈匝數(shù)和激磁頻率有關關,可到可到1 1 m.m.優(yōu)點優(yōu)點：結構簡單，使用方便，不受油污等介質的影：結構簡單，使用方便，不受油污等介質的影響。響。渦流式位移、振動測量儀，無損探傷儀等。渦流式位移、振動測量儀，無損探傷儀等。華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*373.4 電感式傳感器電感式傳感器例：例：P58 P58 電渦流轉速傳感器電渦流轉速傳感器例：電渦流傳感器厚度測量例：電渦流傳感器厚度測量華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*383.4 電感式傳感器電感式傳感器例：電渦流傳感器零件計數(shù)例：電渦流傳感器零件計數(shù)華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*39產(chǎn)品：產(chǎn)品：3.4 電感式傳感器電感式傳感器華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*40案例：連續(xù)油管的橢圓度測量案例：連續(xù)油管的橢圓度測量CoiledTubeEddySensorReference Circle3.4 電感式傳感器電感式傳感器華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*41案例：無損探傷案例：無損探傷原理裂紋檢測，缺陷造成渦流變化?；疖囕啓z測火車輪檢測油管檢測油管檢測3.4 電感式傳感器電感式傳感器華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*422 2 互感型互感型-差動變壓器差動變壓器WW1W2Esx-x工作原理工作原理:互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象.EwEout3.4 電感式傳感器電感式傳感器華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*43單螺管線圈型單螺管線圈型螺管線圈差動螺管線圈差動雙螺管線圈差動型雙螺管線圈差動型傳感器測量電路傳感器測量電路3.4 電感式傳感器電感式傳感器華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*44差動變壓器差動變壓器測量電路測量電路3.4 電感式傳感器電感式傳感器華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*45差動變壓器位移傳感器差動變壓器位移傳感器3.4 電感式傳感器電感式傳感器華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*46案例：案例：板的厚度測量板的厚度測量3.4 電感式傳感器電感式傳感器華中科技大學機械學院華中科技大學機械學院*47案例：案例：張力測量張力測量3.4 電感式傳感器電感式傳感器