《工程測試技術(shù)》課件PPT,工程測試技術(shù),工程,測試,技術(shù),課件,PPT 華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院1工程測試技術(shù)工程測試技術(shù)華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院2上講小結(jié)上講小結(jié)應(yīng)變式熱電阻式光敏電阻磁敏電阻氣敏電阻變阻器式渦流式互感式可變磁阻式金屬應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片面積變化型介質(zhì)變化型極距變化型第第3章章 傳感器原理及應(yīng)用基礎(chǔ)傳感器原理及應(yīng)用基礎(chǔ)3.2電阻式傳感器3.4電感式傳感器3.3電容式傳感器熱電阻半導(dǎo)體雙金屬(熱電偶)華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院33.7半導(dǎo)體式傳感器光電池光敏管PSD光傳感器霍爾元件霍爾元件3.5壓電式傳感器3.6磁電式傳感器第第3章章 傳感器原理及應(yīng)用基礎(chǔ)傳感器原理及應(yīng)用基礎(chǔ)磁阻式磁阻式動圈式動圈式磁阻元件磁阻元件本講內(nèi)容本講內(nèi)容華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院4第第3章章 傳感器原理及應(yīng)用基礎(chǔ)傳感器原理及應(yīng)用基礎(chǔ)3.5、壓電式傳感器、壓電式傳感器 1.1.變換原理變換原理:壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)+并聯(lián)并聯(lián)+串聯(lián)串聯(lián) 某些物質(zhì)，如石英，受到外力作用時，不僅幾某些物質(zhì)，如石英，受到外力作用時，不僅幾何尺寸會發(fā)生變化，而且內(nèi)部會被極化，表面產(chǎn)生何尺寸會發(fā)生變化，而且內(nèi)部會被極化，表面產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉時，又重新回到原來的狀態(tài)，這電荷；當(dāng)外力去掉時，又重新回到原來的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。F+q=DF華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院5第第3章章 傳感器原理及應(yīng)用基礎(chǔ)傳感器原理及應(yīng)用基礎(chǔ)1880年，法國兩位科學(xué)家居里兄弟，在研究石英品體的物理性質(zhì)時，發(fā)現(xiàn)了一種特殊的現(xiàn)象：若按某種方位從石英晶體上切割下一塊薄晶片，在其表面敷上電極，當(dāng)沿著晶片的某些方向施加作用力而使晶片產(chǎn)生形變后，會在兩個電極表面上出現(xiàn)等量的正、負電荷。電荷的面密度與施加的作用力的大小成正比。當(dāng)作用力撤除后，電荷也就消失了。這種由于機械力的作用而使石英晶體表面出現(xiàn)電荷的現(xiàn)象，稱為正壓電效應(yīng)。利用該效應(yīng)制作傳感器。壓電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)壓電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)1881年，李普曼在理論上預(yù)言，由居里兄弟在實驗上證實了另一種物理現(xiàn)象：如果將一塊壓電晶體置于外電場中，由于電場的作用，會使壓電晶體發(fā)生形變，而形變的大小與外電場的大小成正比，當(dāng)電場撤除后，形變也消失了。這種由于電場的作用而使壓電晶 體產(chǎn)生形變的現(xiàn)象，稱為逆壓電效應(yīng)。利用該效應(yīng)制作執(zhí)行器。華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院6第第3章章 傳感器原理及應(yīng)用基礎(chǔ)傳感器原理及應(yīng)用基礎(chǔ)連接方式連接方式在壓電式傳感器中，壓電材料一般不僅用一片，而常常采用兩片（或是兩片以上）粘結(jié)在一起，由于壓電材料的電荷是有極性的，因此接法也有兩種。串聯(lián)方式：輸出的總電荷等于單片電荷，而輸出電壓為單片電壓的兩倍，總電容為單片電容的一半。并聯(lián)方式：輸出電容為單片電容的兩倍，但輸出電壓等于單片電壓，極板上的電荷量為單片電荷量的兩倍。串聯(lián)接法輸出電壓大，本身電容小，適宜用于以電壓作輸出信號、并且測量電路輸入阻抗很高的地方。并聯(lián)接法輸出電荷大、本身電容大、時間常數(shù)大，適宜用在測量慢變信號并且以電荷作為輸出量的地方。+并聯(lián)并聯(lián)+串聯(lián)串聯(lián)F+q=DF華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院73.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 2、測量電路、測量電路 壓電式傳感器輸出電信號很微弱，通常應(yīng)把傳壓電式傳感器輸出電信號很微弱，通常應(yīng)把傳感器信號先輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，經(jīng)感器信號先輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，經(jīng)過阻抗變換后，方可輸入到后續(xù)顯示儀表中。過阻抗變換后，方可輸入到后續(xù)顯示儀表中。關(guān)鍵是高阻抗的前置放大器！華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院83.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 前置放大器前置放大器的兩個作用：1.把壓電式傳感器的微弱信號放大；2.把傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出。前置放大器電路的兩種形式：1.用電阻反饋的電壓放大器，其輸出電壓與輸入電壓(即傳感器的輸出)成正比；2.帶電容反饋的電荷放大器，其輸出電壓與輸入電荷成正比。電壓放大器與電荷放大器相比，電路簡單、價格使宜，但電纜分布電容對傳感器測量精度影響很大，故而在某些場合限制了其應(yīng)用。電荷放大器電路較復(fù)雜，但電纜長度變化的影響幾乎可以忽略不計，故而電荷放大器的應(yīng)用日益增多華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院93.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 電荷放大器上式表明：在在一一定定條條件件下下，電電荷荷放放大大器器的的輸輸出出電電壓壓與與傳傳感感器器的的電電荷荷量量成成正正比比，并并且且與與電電纜纜分分布布電電容容無無關(guān)關(guān)。因因此此，采采用用電電荷荷放放大大器器時時，即即使使連連接接電電纜纜長長度度達達百百米米以以上上時時，其其靈靈敏敏度度也也無無明明顯顯變變化化，這這是是電電荷荷放放大大器突出的優(yōu)點。器突出的優(yōu)點。當(dāng)（當(dāng)（1+K）Cf（Ca+Cc+Ci），），放大器的輸出電壓為放大器的輸出電壓為華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院103.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 產(chǎn)品產(chǎn)品加速度計加速度計力傳感器力傳感器 華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院11案例：飛機模態(tài)分析案例：飛機模態(tài)分析3.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院12案例：熱軋設(shè)備診斷案例：熱軋設(shè)備診斷3.5 壓電式傳感器壓電式傳感器 華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院13第第3章章 傳感器原理及應(yīng)用基礎(chǔ)傳感器原理及應(yīng)用基礎(chǔ)3.6、磁電式傳感器、磁電式傳感器 1.變換原理變換原理:感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢 磁電式傳感器是把被測量的物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)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。電動勢的一種轉(zhuǎn)換器。感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動勢感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動勢e e為為磁通變化率與磁場強度、磁阻、線圈運動速度有磁通變化率與磁場強度、磁阻、線圈運動速度有關(guān)，改變其中一個因素，都會改變感應(yīng)電動勢。關(guān)，改變其中一個因素，都會改變感應(yīng)電動勢。華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院142.分類分類 磁磁電電式式動圈式動圈式磁阻式磁阻式線速度型線速度型角速度型角速度型N3.6 磁電式傳感器磁電式傳感器 華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院15動圈式傳感器動圈式傳感器 線速度型線速度型3.6 磁電式傳感器磁電式傳感器 華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院16角速度型動圈式傳感器角速度型動圈式傳感器 測速測速電機電機3.6 磁電式傳感器磁電式傳感器 華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院17磁阻式傳感器磁阻式傳感器 磁電式車速傳感器磁電式車速傳感器3.6 磁電式傳感器磁電式傳感器 由運動著的物體（導(dǎo)磁材料）改變磁路的磁阻Rm，引起磁通變化，進而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院18N NS S案例：鼠籠電機轉(zhuǎn)子斷細條檢測案例：鼠籠電機轉(zhuǎn)子斷細條檢測3.6 磁電式傳感器磁電式傳感器 華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院19第第3章章 傳感器原理及應(yīng)用基礎(chǔ)傳感器原理及應(yīng)用基礎(chǔ)3.7、半導(dǎo)體傳感器、半導(dǎo)體傳感器 金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。1.霍爾元件霍爾元件 華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院20霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成?；魻栐苫魻柶?、四根引線和殼體組成。3.7 半導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體傳感器華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院213.7 半導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體傳感器華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院22測轉(zhuǎn)角：測轉(zhuǎn)角：3.7 半導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體傳感器華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院23電流傳感器電流傳感器 當(dāng)電流流過導(dǎo)線時，將在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場，當(dāng)電流流過導(dǎo)線時，將在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場，磁場大小與流過導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場磁場大小與流過導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進行檢可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進行檢測。測。3.7 半導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體傳感器華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院24鐵磁材料裂紋檢測鐵磁材料裂紋檢測 NS3.7 半導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體傳感器華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院25葉片和齒輪位置傳感器葉片和齒輪位置傳感器應(yīng)用應(yīng)用 3.7 半導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體傳感器華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院26案例：案例：汽車速度測量汽車速度測量:3.7 半導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體傳感器華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院272.磁阻元件磁阻元件3.7 半導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體傳感器工作原理：利用半導(dǎo)體材料（磁阻元件）的磁阻效應(yīng)（高斯效應(yīng)），即改變磁場的強弱，將使磁阻元件沿著電流方向的電阻值發(fā)生改變。磁阻元件可用作位移、力、加速度等參數(shù)的改變?；魻栃?yīng)是指垂直于電流方向產(chǎn)生橫向電壓！磁阻效應(yīng)是指沿電流方向發(fā)生電阻值的改變！華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院28特點特點 電阻的增量與磁場的平方成正比；電阻的增量與磁場的平方成正比；與磁場的正負無關(guān)；與磁場的正負無關(guān)；溫度系數(shù)影響大；溫度系數(shù)影響大；磁感應(yīng)的范圍比霍爾元件大。磁感應(yīng)的范圍比霍爾元件大。應(yīng)用應(yīng)用 接近開關(guān)和無觸點開關(guān)。接近開關(guān)和無觸點開關(guān)。3.7 半導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體傳感器華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院293.磁感應(yīng)半導(dǎo)體元件分類磁感應(yīng)半導(dǎo)體元件分類霍爾元件霍爾元件磁阻元件磁阻元件磁敏二極管磁敏二極管磁晶體管磁晶體管磁半導(dǎo)體開關(guān)磁半導(dǎo)體開關(guān)3.7 半導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體傳感器檢測磁場的變化！華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院30產(chǎn)品產(chǎn)品3.7 半導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體傳感器華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院31案例：轉(zhuǎn)速測量案例：轉(zhuǎn)速測量3.7 半導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體傳感器華中科技大學(xué)機械學(xué)院華中科技大學(xué)機械學(xué)院32作業(yè)：年月日上交P187 第第3章第章第30題題