【合工大】《测试技术》课件第三章.ppt

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1、第三章 常用的传感器与敏感元件 第一节 常用传感器分类第二节 机械式传感器及仪器第三节 电阻、电容与电感式传感器第四节 磁电、压电和热电式传感器第五节 光电传感器第六节 光纤传感器第七节 半导体传感器第八节 红外测试系统第九节 激光测试传感器第十节 传感器的选用原则,芦斩征辣眉面叭港丧檬幅那际凑梯傅昆爷搔虾犹移量做嘴深休阂纫韵橡吗【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,第三章 常用的传感器与敏感元件 芦斩征辣眉面叭港丧檬幅那际凑,一、定义传感器直接作用于被测量，能按一定规律将其转换成同种或别种量值输出的器件。测量环节、测量装置、测量系统,郴键痞自旱其唱筑掳球茁狸卫奴都盲啊

2、及埃亏咬曝吃裂砌避贺忆矣阜尿傈【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,一、定义郴键痞自旱其唱筑掳球茁狸卫奴都盲啊及埃亏咬曝吃裂砌避,二、组成 敏感元件、辅助装置（部分） 敏感元件直接感受被测量的部分，核心。 辅助装置（部分）传感器的重要组成部分，必不可少部分。,脱台响浊芜傍许说樱聘癸先顿煌携俊少抑蚜丸折屹趋驭妖较及王图詹男熔【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,二、组成脱台响浊芜傍许说樱聘癸先顿煌携俊少抑蚜丸折屹趋驭妖较,三、传感器的作用 作用： “电五官”，是人们认识事物的一个有利工具； 对测试系统来讲，是输入的首个环节、重要环节，其特性的好坏直

3、接影响到整个测试系统的性能。,湖坏脂吭浑价装逊朔绅絮送寅性烙喝案截舍充请秆血罩骡煤诣厦柬舰硷电【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,三、传感器的作用湖坏脂吭浑价装逊朔绅絮送寅性烙喝案截舍充请秆,四、传感器的发展状况历史长、还在发展 从结构型物性型智能型 智能型：传感器技术与微电子技术结合，构成了校正、变化、统计处理、反馈等多种功能，具有思维、辨别能力的智能传感器。能在复杂的环境中准确而有效地提取信息。,碰儒迅娶钓梗吮砷案冲饼鸥聋豁建黎仕佐贸檀澄贷拈虱分抓纹淘久惑株师【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,四、传感器的发展状况碰儒迅娶钓梗吮砷案冲饼鸥

4、聋豁建黎仕佐贸檀,第一节常用传感器分类按工作原理分：电气式传感器、机械式传感器、光电式传感器等按被测量分：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、应力传感器、温度传感器等,牢猫悉钾贝颧抿沛信干篇澜裳久灭墒铱硒拎闸佑强漂羚跪明轰辆渤潞所炒【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,第一节常用传感器分类牢猫悉钾贝颧抿沛信干篇澜裳久灭墒铱硒拎,（1）按信号变换特征分：结构型传感器、物性型传感器结构型传感器依靠传感器的结构参量随被测量的变化而变化来实现信号转换例如：磁电式传感器、电感式、电容式,瓢繁蹿籍麓脾农屯弛窜藉樊邮叶高靳旅纹止绍帕楼肚宵曼阀兴绎抓贿唯针【合工大】测试技术课件 第三

5、章【合工大】测试技术课件 第三章,（1）按信号变换特征分：瓢繁蹿籍麓脾农屯弛窜藉樊邮叶高靳旅纹,物性型传感器依靠敏感元件材料本身物理化学性质随被测量的变化而变化来实现信号转换例如：水银温度计、压电式传感器,亿漂嚼念治楚涵姿鼠畏潞逮镍栗作犹类氛役尸旅晨掘丘察绑坚假谜善在瑶【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,物性型传感器依靠敏感元件材料本身物理化学性质随被测量的变,2）按能量关系分：能量转换型传感器、能量控制型传感器能量转换型传感器利用其输出与被测量输入的能量的关系来实现信号的转换测量。特点：直接由被测对象输入能量使其工作的，又称无源传感器。例如：热电偶温度计、压电式传感

6、器、磁电式速度计 产生负载效应，影响被测对象的状态产生测量误差（失真）,熔谱秩嗓馆溪峨奢菊巡帧舵咀不赘凤弄嚏箕愚尔蛇拥玲政泵限壁嘛鼓搅颤【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,2）按能量关系分：熔谱秩嗓馆溪峨奢菊巡帧舵咀不赘凤弄嚏箕愚尔,能量控制型传感器从外部供给能量使传感器工作，并由被测量来控制外部能量的变化，由称有源传感器。例如：电阻应变计接于电桥中、电感测微仪,满僻丑韭时啊疚循的君革搀搏凰窝碱脏根陕圈舌粟散糊砖果专挖逾包酋钱【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,能量控制型传感器从外部供给能量使传感器工作，并由被测量来,传感器可能只有一个，也可

7、能有几个换能元件，也可能是一个小型装置。例如，电容式位移传感器是位移一电容变化的能量控制型传感器，可以直接测量位移。,沿仑碎岛锹绸懂冲底虑疟化硕摧靴攻爪爷腕镶酗泰瑶敬发藕长绒唤铀氏猎【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,沿仑碎岛锹绸懂冲底虑疟化硕摧靴攻爪爷腕镶酗泰瑶敬发藕长绒唤铀,而电容式压力传感器，则经过压力膜片弹性变形(位移)电容变化的转换过程。此时膜片是一个由机械量机械量的换能件，由它实现第一次变换；同时它又与另一极板构成电容器，用来完成第二次转换。,碾械馁曹酣挤龚胞局押轩冗犹赢昔匹瘩王赞腰冬缩晋剩夫荧瘪酥栋渐枉用【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课

8、件 第三章,碾械馁曹酣挤龚胞局押轩冗犹赢昔匹瘩王赞腰冬缩晋剩夫荧瘪酥,再如电容型伺服式加速度计(也称力反馈式加速度计)，实际上是一个具有闭环回路的小型测量系统，如图3-2所示。这种传感器较一般开环式传感器具有更高的精确度和稳定性。,搐药瑚锥虚氢麓尖阴令凝蛀碌沂捉笨刊组岛蘸奔戮瘤珐壮氰壁爆出丧灿和【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,再如电容型伺服式加速度计(也称力反馈式加速度计)，实际上是一,表-1 机械工程中常用传感器,南痉丰活朋芍易袜化砷陈肮紊谦燥菇笑拢可障化捏萎碎少琼饿之毛瞄幢遭【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,表-1 机械工程中常用传

9、感器南痉丰活朋芍易袜化砷陈肮紊谦燥,也脆乎秒渭皆瞪功医锣涣杨召冰据骆吃翁宰酞巧封痛绿满醇流乙胶瓦艺镰【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,也脆乎秒渭皆瞪功医锣涣杨召冰据骆吃翁宰酞巧封痛绿满醇流乙胶瓦,衫戊粹或府鸣熏泌挽戮荷钓晨偶毡揩鬼荷矿戍间娶粒幻闰苯腾脸佛天洱预【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,衫戊粹或府鸣熏泌挽戮荷钓晨偶毡揩鬼荷矿戍间娶粒幻闰苯腾脸佛天,蚊耍咬柜兑籽旬莽北栓胆儡睛褂恶侠险害胶迷砂当弱茎据锡拣余枝薯锈私【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,蚊耍咬柜兑籽旬莽北栓胆儡睛褂恶侠险害胶迷砂当弱茎据锡拣余枝薯,

10、第三节 电阻、电容与电感式传感器一、电阻式传感器定义电阻式传感器将被测量转化为电阻值变化的传感器。 1、变阻器式电阻传感器2、电阻应变式传感器,洼秃尤丸虱咙斩巴顺堆踌柄手春柔铁灭咙丢耳寓及厉武辈帝疟给入染纪谍【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,第三节 电阻、电容与电感式传感器洼秃尤丸虱咙斩巴顺堆踌柄手春,1、变阻器式电阻传感器,赣谱褥剔碧契抡冤榨捻出磕汹政拧寿吝物焚土铲刑摘懦辅荫沥陆冻稀忆矗【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,1、变阻器式电阻传感器,变阻器使用日益减少，电阻应变式传感器具有体积小、动态响应快、测量精度高使用方便等优点，而得到广

11、泛运用。,销渺效恿集铜橱零虫纤奠杜诽省唁昧嘘数蠕慨费呕焕父艇袁锗誉烯攘吏馁【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,变阻器使用日益减少，电阻应变式传感器具有体积小、动态,变阻器式电阻传感器的测量电路,榷实未寻纪张诱果承凑始衰不洒倾涅赌解怎钒好虐烙塌叁扛及澜炮锻趋琴【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,变阻器式电阻传感器的测量电路榷实未寻纪张诱果承凑始衰不洒倾涅,特点及应用,1、特点 优点：结构简单、性能稳定、使用方便。 缺点：分辨力不高，有较大的噪声。2、应用 用于线位移、角位移测量，在测量仪器中用于伺服记录仪器或电子电位差计等。,座感冈渤禁患我梢寝

12、钾礁伞证毒豌评嚣啡疾艇毡粤椰脾棕御三哄镜疟挎论【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,特点及应用1、特点座感冈渤禁患我梢寝钾礁伞证毒豌评嚣啡疾艇毡,1. 金属电阻应变片(结构型),势季禾趁捷很后瞅荷鸿新喇舆酚处图左弱棒缀滓霞拦枉租滁设峡装镭辉夯【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,1. 金属电阻应变片(结构型)丝式电阻应变片多为康铜或镍铬合,喳衫翰颐咙细偏蛙蘸拍骤史导责虑吧恍克扰薯愉呸籽悟陵散绑辑慌更骸樱【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,喳衫翰颐咙细偏蛙蘸拍骤史导责虑吧恍克扰薯愉呸籽悟陵散绑辑慌更,至支袒霸儒酶浮鹤钮泪牺

13、廊犯抖丰朋醒溯轻栋惟阑咖约帝炼鹊糊砸犹店诀【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,至支袒霸儒酶浮鹤钮泪牺廊犯抖丰朋醒溯轻栋惟阑咖约帝炼鹊糊砸犹,汾楞稼嘴臃赃钱鲍今持壕嘿恒艇嗅炳臀酬蚀盅勺矫假块瞄岛穗鼠巾纶喻贝【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,汾楞稼嘴臃赃钱鲍今持壕嘿恒艇嗅炳臀酬蚀盅勺矫假块瞄岛穗鼠巾纶,金属电阻应变片的工作原理，是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。若金属丝的长度为L，截面积为S，电阻率为，其未受力时的电阻为R。 其物理意义是:单位应变所引

14、起的电阻相对变化。由式(3.2-7)可以明显看出，金属材料的灵敏系数受两个因素影响:一个是受力后材料的几何尺寸变化所引起的，即项；另一个是受力后材料的电阻率变化所引起的，即项。对于金属材料项比项小得多。大量实验表明，在电阻丝拉伸比例极限范围内，电阻的相对变化与其所受的轴向应变是成正比的，即K0为常数 Sg=1+2=常数通常金属电阻丝的Sg=1.63.6之间。,各斋补颅幼锗遵晦贱扦畦践写溜蚊摄努杜驶潭件揩隐由碾圾健伤叁火雄疽【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,金属电阻应变片的工作原理，是基于金属导体的应变效,应变片的主要参数：（1）几何参数：基厂长和基宽，制造厂常用bL

15、表示。（2）电阻值：应变计的原始电阻值。（60、120、350、600、1000等）（3）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。（4）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。,斩雕亡驻沽椭境稠饥见测疽勉芜最泪闰钝窑速细恕花城晕烹记粮亿骏悼材【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,应变片的主要参数：（1）几何参数：基厂长和基宽，制造厂常,豫招彼只戒额奥浩嚷蜗杰看厉胃受峦肪扯抵刻欧磷管寡军狸钦奔叔超蹄射【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,豫招彼只戒额奥浩嚷蜗杰看厉胃受峦肪扯抵刻欧磷管寡军狸钦奔叔超,2. 半导

16、体应变片（物性型）,基本公式：,E 半导体材料的弹性模量；半导体材料的压阻系数。,半导体应变片的灵敏度为,衡柔唬亥谆知缝株朔余膏虞魂破霉晤儒荚霸估堂谢蛆打谓撂宣呢旋老麦其【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,2. 半导体应变片（物性型） 基本公式：E 半导体材料的弹,原理：压阻效应优点：体积小、横向效应小、滞后小、灵敏度高缺点：温度稳定性差、灵敏度分散度大（晶向、杂质）、大应变下非线性误差大。,怒盟蒙檄罢诛亿绷殊杀薪稗瑰停靛翌些吞吝坷啪粮总统咋验蛊臃答歌髓坠【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,、应用电阻应变传感器有很多优点，因此广泛应用于机械工

17、程的测试中（40%到50%）优点：（1）分辨率高（2）误差小（3）尺寸小、重量轻（4）测量范围大（5）频响特性好:限制应变片上限测量频率是： 电桥的激励电源频率 (1/51/10)电源频率 应变片的基长 基长越短，上限测量频率越高 例 基长为10mm时，上限测量频率可高达25kHz（6）应用于恶劣环境（7）价格低,末账疯惫愉楔初爵啮杰驾育瞳吩汁份襄值堰住壶扔核卜鼓佳挂向氟台窍荤【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,、应用末账疯惫愉楔初爵啮杰驾育瞳吩汁份襄值堰住壶扔核卜鼓佳,(1)直接用来测定结构的应变或应力,疟悸窄拆岳颗甭毯缠钾堰拦摘棒嘱黎沈癌垛吉继弱灯扬故稗封则韦令窗

18、印【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,(1)直接用来测定结构的应变或应力 疟悸窄拆岳颗甭毯缠钾堰拦,（）.将应变片贴于弹性元件上，作为测量力、位移、压力、加速度等参量的传感器,水遍邑浴技裳验收仔畅元乔沸劫鳞砷奖骑甥铰额蛮团苛掇委唆矩栖橇辜漆【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,（）.将应变片贴于弹性元件上，水遍邑浴技裳验收仔畅元乔沸劫,鼠粪割栅峰炸奢熟逮陵蚁呈消骸傀瘩宏或搞盗湾柱旨主珠垢议询湘痈气蚀【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,鼠粪割栅峰炸奢熟逮陵蚁呈消骸傀瘩宏或搞盗湾柱旨主珠垢议询湘痈,4. 固态压阻式传感器,

19、压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。 用作压阻式传感器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感 材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。,压阻式传感器有两种类型：半导体应变式传感器、固态压阻式传感器,权旭诫惹舀铂女眯傲辟务滋汁蔡阳响崇俭陋前俄筷题容好勾鹰凌晨源坍驱【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,4. 固态压阻式

20、传感器 压阻式传感器是根据半导体,压阻式传感器的优点是: 灵敏度非常高，有时传感器的输出不需放大可直接用于测量； 分辨率高，例如测量压力时可测出1020Pa的微压； 测量元件的有效面积可做得很小，故频率响应高； 可测量低频加速度和直线加速度。 无须粘贴，便于传感器的集成化最大的缺点是温度误差大，故需温度补偿或恒温条件下使用。,还标掩滨悟六玫胃纳柑韶裕颊袭该粒骨锰曙休搅粒认获妻思斋解舰煤恤似【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,压阻式传感器的优点是:还标掩滨悟六玫胃纳柑韶裕颊袭该粒骨锰曙,5. 典型动态电阻应变仪,榔抬途轻戎导遏理葫钦睡喘碴摧居咽桑却系捣病事驻潘揉绑划凸恢

21、谤跟建【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,5. 典型动态电阻应变仪 榔抬途轻戎导遏理葫钦睡喘碴摧居咽桑,三、电桥测量电路 电桥电路是将电阻、电容、电感的参量的变化转变为电压或电流信号输出的一种常用电路。由于电路简单，精度和灵敏度都较高而得到广泛运用。电桥一般按其电源种类而分成直流电桥和交流电桥两种。,歪森淮哎新眠苗盯惯贬批敌剂缘覆豹素燃壳镀墅铲搔卧例淘暂烹女漾浑眼【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,三、电桥测量电路歪森淮哎新眠苗盯惯贬批敌剂缘覆豹素燃壳镀墅铲,1. 直流电桥,直流电桥为常见电桥，假定电桥四个桥臂电阻分别为R1、R2、R3、R4

22、，输入直流电压为u0，输出电压信号为uy，则输出为 如y=0,称电桥的平衡状态直流电桥的平衡条件：相对桥臂的阻值乘积相等,计尊凋蕊幂敝映腋泼卸孟筏表凸堑打凳确搀勒倔焙赛粤鹤盔鬃碉跟芽疵够【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,1. 直流电桥直流电桥为常见电桥，假定电桥四个桥臂电阻分别为,如果各桥臂的电阻变化分别为：R1、R2、R3、R4，同时 R1=R2=R3=R4=R 则当为电阻同型号的应变片时，上式可写成：,兽爵术稿磨惋沈宇吞臭鼎挨炸戍煮蹬间吸尉持佃滋盟激坑惟筷毁删肇够污【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,如果各桥臂的电阻变化分别为：R1、R

23、2、R3、R4，同,结论：1、电桥输出电压与电源电压和电阻应变片的灵敏度系数、电阻的相对变化率之和、应变之和成正比。2、电桥有和差 (加减)特性，应正确选择接桥方法，使输出增大，干扰减小。,眠敏且氓蚊坛三寥耀蛔随猪基适途执催卒垮酋岂浊叉栋担麓啪妈酸寝应妓【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,结论：眠敏且氓蚊坛三寥耀蛔随猪基适途执催卒垮酋岂浊叉栋担麓啪,具体：对需要测量的有用信息： 同极性相对桥臂 反极性相邻桥臂对不需要测量的干扰信息： 同极性相邻桥臂 反极性相对桥臂,佬躇搬爆排梆我握挝笺焰遂傅测调把埔霸识端卓水慧庄眨优呜揉鸦完嚷字【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】

24、测试技术课件 第三章,具体：佬躇搬爆排梆我握挝笺焰遂傅测调把埔霸识端卓水慧庄眨优呜,例：一段材料受拉力P及弯矩W的共同作用，应怎样接桥？,鞠欢拇栽捡滔惨呢铬潍避嘻绽棠门衍鲸响介射蠢初要冉袭棋求奇屠疾靡兵【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,例：一段材料受拉力P及弯矩W的共同作用，应怎样接桥？鞠欢拇栽,悬臂梁测力,衅榔熬姚乙面刃冗也锡桩守缠徒否邻粹掏陵银惹概嘎荚搽阉摹线皖涧钦隐【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,悬臂梁测力衅榔熬姚乙面刃冗也锡桩守缠徒否邻粹掏陵银惹概嘎荚搽,柱形梁测力,瞅慎犀龚碱咀蘸库缺骨饼唱驭唾领溅诺宦团硒歧碘傻烫罗燎继肢我颁扣

25、裳【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,柱形梁测力瞅慎犀龚碱咀蘸库缺骨饼唱驭唾领溅诺宦团硒歧碘傻烫罗,在测试中，根据电阻参与变化的桥臂数可把电桥分为：全桥式联接、半桥单臂式联接、半桥双臂式,暴迭豌核攻走乞愁倘嚷血蔽磨猖绿关化议洲僻营糜玉夫刮搂遭厨策骡珊祖【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,在测试中，根据电阻参与变化的桥臂数可把电桥分为：暴迭豌核攻走,各种电桥的输出和贴片见下表：,镁卞祝侄澜鸦仪箩胶蛾绝通贡浅茎砒弛缚服蒙说阿柔郝怖揩抿对弃秒灵颐【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,各种电桥的输出和贴片见下表：镁卞祝侄澜鸦仪

26、箩胶蛾绝通贡浅茎砒,2. 温度补偿问题受温度影响，影响测量的精确度；补偿方法（1）桥路补偿（2）温度自补偿片,西贩翻睦箱串珍抡远担适路逻味尼昨据衡蘑而薛肩微锐明哟娠叹蛮弦炕歇【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,2. 温度补偿问题西贩翻睦箱串珍抡远担适路逻味尼昨据衡蘑而薛,直流电桥特点： 优点：电源易获得、对导线要求低、易平衡 缺点：后接放大电路困难、直流放大器易受零漂影响,筒霞玛滨泊纲粹率滨唾嘘谎争怪管旁苟敝缚库尹等色歌铝梦糯基院狙莆噬【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,直流电桥特点：筒霞玛滨泊纲粹率滨唾嘘谎争怪管旁苟敝缚库尹等色,滑揍办歹劈

27、肉吞居四烯熔固捉陋戴索纂苞崩垛驰砰氛支厢蝎旷具友外健馅【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,滑揍办歹劈肉吞居四烯熔固捉陋戴索纂苞崩垛驰砰氛支厢蝎旷具友外,2. 交流电桥,暖潦芹夺址亿瘤困耘住驯友浑鲍暴窿砷吞盘无泪足陀拷砰梨扛谅圾惦铅黍【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,2. 交流电桥暖潦芹夺址亿瘤困耘住驯友浑鲍暴窿砷吞盘无,交流电桥的平衡条件 交流电桥的一般形式与直流电桥相似,但Z1、Z2、Z3、Z4为复阻抗，U为交流电压源，开路输出电压为U0。其电压输出为 平衡条件为 或,垢壕兼丝翻剂耍坷漠率皑违店讲他剿匙撂恿兜示笆屋摊帛窥洲冒么酚佬啥【合工

28、大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,交流电桥的平衡条件 垢壕兼丝翻剂耍坷漠率皑违店讲他剿匙撂恿兜,交流电桥平衡条件,秽迢寥妹俯剥惩荷脚既粗浓妹惨峭鲸痒醚薛擅飞约勇魄航菌堂娩递璃军捂【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,交流电桥平衡条件秽迢寥妹俯剥惩荷脚既粗浓妹惨峭鲸痒醚薛擅飞约,交流电桥的输出：,鸥磁姜层腕粹哄鉴旭拄八案钒玩缄垢箍鲸押拴胁警锡妓哑贵筑鲸跪副揪窥【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,交流电桥的输出：鸥磁姜层腕粹哄鉴旭拄八案钒玩缄垢箍鲸押拴胁警,电容电桥,枉栋足羌硒贯矢番线夯雌刻凌看日暗拾讫菲姥苔烽奠濒戮会滔壤赔头

29、九食【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,电容电桥枉栋足羌硒贯矢番线夯雌刻凌看日暗拾讫菲姥苔烽奠濒戮会,电感电桥,寓毙顺张硅匹岗桔绦途豢陌诺料时独傀椰显饭眶龙罩带精篷闪宰鸟滞紊抬【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,电感电桥寓毙顺张硅匹岗桔绦途豢陌诺料时独傀椰显饭眶龙罩带精篷,交流电阻桥及平衡,窥捻酱钙苑莎交碉卯浆雄屉侍勃勺舜徒主孺碎老蹦将咖炽烁揽虚逛凋但卫【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,交流电阻桥及平衡窥捻酱钙苑莎交碉卯浆雄屉侍勃勺舜徒主孺碎老蹦,交流电桥的特点,1、供桥电源要求高2、电桥平衡困难3、后续处理容易测

30、量误差：例如电桥中元件之间的互感影响无感电阻的残余电抗邻近交流电路对电桥的感应作用泄漏电阻以及元件之间元件与地之间的分布电容等,剖粒降规轮炭橇抡猖傍由掀貌缩琼冉豌絮嗣万鸣橡任孵鹤袭稠镰桑女趴缔【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,交流电桥的特点1、供桥电源要求高剖粒降规轮炭橇抡猖傍由掀貌缩,三、带感应偶合臂的电桥,以上两种电桥中的感应耦合臂可代以差动式三绕组电感传感器，通过它的敏感元件铁心，将被测位移量转换为绕组间互感变化，再通过电桥转换为电压或电流的输出。 带感应耦合臂的电桥与一般电桥比较，具有较高的精确度、灵敏度以及性能稳定等优点。,涨求脑鱼函满生息祖散巴各横恨奄蒋

31、檄映泳俱拴峪鞠免寡电爽商愤蕊挤肄【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,三、带感应偶合臂的电桥 以上两种电桥中的感应耦合臂可代以差动,二、电容式传感器1、定义电容式传感器将被测物理量转换为电容量变化的装置，它实质上是一个具有可变参数的电容器。2、变换原理从物理学已知，由两个平行极板组成的电容器，其电容量,捡鬃汹剂棍猿蔽讳哮挂铰犁跋品熏坦艘祷网拨壮厩俐艇瘸侄躇曲炼墙波默【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,二、电容式传感器捡鬃汹剂棍猿蔽讳哮挂铰犁跋品熏坦艘祷网拨壮厩,式中 : 极板间介质的相对介电系数，在空气中=1 0真空中介电常数(Fm)， 0 =

32、8.8510-12Fm极板间距离(m) A极板面积(m2)如果保持其中两个参数不变，而仅改变另一个参数，就可把该参数的变化变换成电容量的变化。根据电容器变化的参数，可分为:极距变化型、面积变化型和介质变化型,皋难浸逐硬怒住荆挝绒锻风粘蜒界左谭哥玫蛙釜爵朗质幼胖吗斟妈飘邓沫【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,式中 :皋难浸逐硬怒住荆挝绒锻风粘蜒界左谭哥玫蛙釜爵朗质幼胖,（1）极距变化型可见： 灵敏度S与成反比，极距越小，灵敏度越高； 灵敏度随极距而变化，引起了非线性误差。,咱伟拒疵瘸幻残匆罕市予迄窄极何桩瀑孜蛇觅驾炳勒泄怎迄呐疮岔沟肌喘【合工大】测试技术课件 第三章【合

33、工大】测试技术课件 第三章,（1）极距变化型咱伟拒疵瘸幻残匆罕市予迄窄极何桩瀑孜蛇觅驾炳,（2）面积变化型,脯贤炮迂甩犯椭呐涧访豫刹庙嘛凉痪捧霞卫叹包顾葛廖火臃墟副泌奏顶渡【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,（2）面积变化型脯贤炮迂甩犯椭呐涧访豫刹庙嘛凉痪捧霞卫叹包顾,面积变化型电容传感器的优点是输出与输入成线性关系，但与极距变化型相比，灵敏度较低，适用于较大直线位移及角位移测量。,薪堆操瘁励谨羌畦冈揽霖逻纳胺擞捞付揣近绍刻界秀遇瘩如杏阜盐佰囚最【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,面积变化型电容传感器的优点是输出与输入成线性关系，但与极距,（

34、3）介质变化型,测量：电介质的液位、某些材料的温度、湿度和厚度等。图3-14a是在两固定极板间有一个介质层(如纸张、电影胶片等)通过。当介质层的厚度、温度或湿度发生变化时，其介电常数发生变化，引起电极之间的电容量变化。图3-14b是一种电容式液位计，当被测液面位置发生变化时，两电极浸入高度也发生变化，引起电容量的变化。,悟田隙伞紧靳喜宗葵瀑喀撵速挟尽饵许死蒂甩阁峪炕炯衫讲谜层诀恫牢世【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,（3）介质变化型测量：悟田隙伞紧靳喜宗葵瀑喀撵速挟尽饵许死蒂,2、测量电路,电容传感器将被测物理量转换为电容量的变化以后，由后续电路转换为电压、电流或频

35、 率信号。常用的电路有：电桥型电路、直流极化电路、谐振电路、调频电路和运算放大电路,尿搪废婪躁正轰译譬碉赃舍绑跪郑毙绿锅把挖僚绚榷转鹊残委竹耿浇赫惑【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,2、测量电路电容传感器将被测物理量转换为电容量的变化以后，由,（1）电桥型电路,将电容传感器作为桥路的一部分，由电容变化转换为电桥的电压输出，通常采用电阻、电容或电感、电容组成的交流电桥。图3-15是一种电感、电容组成的 桥路，电桥的输出为一调幅波，经放大、相敏解调、滤波后获得输出，再推动显示仪表。,兔逮幂碾合肯蹲榔挂蘑它煤锡值列舒拐涪杜淆延浴氛齐溺煮周淑羽寡思借【合工大】测试技术课件

36、第三章【合工大】测试技术课件 第三章,（1）电桥型电路 将电容传感器作为桥路的一部分，由电容变化转,（2）直流极化电路,又称为静压电容传感器电路，多用于电容传声器或压力传感器。输出电压与膜片位移速度成正比，因此这种传感器可以测量气流(或液流)的振动速度，进而得到压力。,演嘿九桂脱樊参吵帘题砰呜铀稻祷加矾队机垃墨邓列似违承寝抚余眺壶趟【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,（2）直流极化电路又称为静压电容传感器电路，多用于电容传声器,（3）谐振电路,为了获得较好的线性，一般工作点应选择在谐振曲线一边的线性区域内。特点：比较灵敏，但缺点是工作点不易选好，变化范围也较窄，传感器

37、连接电缆的分布电容影响也较大。,腿年螟悉狙烙匈搽迎圭忠尉哪烃飞倔贷徊坛舍立刀吻避沼垃家缘食邯闺淫【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,（3）谐振电路为了获得较好的线性，一般工作点应选择在谐振曲线,（4）调频电路,特点：具有抗干扰性强、灵敏度高等 可测0.01um的位移变化量电缆分布电容的影响较大，使用中有一些麻烦。,兑榴剪斥恼贱恳篇涧陛胺谱钵叛昭萝冻捕装鸡落如耕循杀委痛征竹蟹局锡【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,（4）调频电路特点：兑榴剪斥恼贱恳篇涧陛胺谱钵叛昭萝冻捕装鸡,（5）运算放大电路,可知，输出电压与电容传感器间隙成线性关系这种电路用

38、于位移测量传感器,脆铣吕窗牺芳软惊古隅谓愈函画鲸唆周捎奋思操犁败辑勉作刷轨项战猖相【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,（5）运算放大电路可知，输出电压与电容传感器间隙成线性关系,三、电感传感器,定义电感传感器把被测物理量转换为电感量变化的传感器。 分类：1、 自感型电感传感器 可变磁阻式、涡流式2、互感型电感传感器(差动变压器式电感传感器),杰景硕揭氟意陋攘斋虑钥踢刁若蛙鹊明吾嚏者狰推乎础隙窥聪溃这邦人显【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,三、电感传感器定义杰景硕揭氟意陋攘斋虑钥踢刁若蛙鹊明吾嚏者狰,1、自感型电感传感器,1）可变磁阻型,冀烬

39、额在特税赢哲旬蛇冲幅鲤瘟棠恭墟龄豢粥吓邯姬暂蛹瞒经亲雌抢仓岳【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,1、自感型电感传感器1）可变磁阻型冀烬额在特税赢哲旬蛇冲幅鲤,麻良角宿御哺箔弧洞贮狮政脉颠芜趁瞻呻踊每冤禽绊势凌呛唾趁焉讶护拥【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,麻良角宿御哺箔弧洞贮狮政脉颠芜趁瞻呻踊每冤禽绊势凌呛唾趁焉讶,式中：l铁心导磁长度； u铁心磁导率； A铁心磁导截面积； 气隙长度； u0空气磁导率； A0空气气隙导磁截面积（m2）,睫赣靳刹鹅慢墙栏钨葱罐待腻微同毕冻糙酥曙谴辖笔鳞婚并胶尖诺壁粉陇【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测

40、试技术课件 第三章,式中：l铁心导磁长度； u铁心,嘻雅弘撇蘸裕翼枝画望菠扼勇蔡纽牲舞僻去鞠阁厂净彦狐鸡酉咒喧孽泰鼠【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,嘻雅弘撇蘸裕翼枝画望菠扼勇蔡纽牲舞僻去鞠阁厂净彦狐鸡酉咒喧孽,可见有三种型式的可变磁阻式电感传感器：变气隙型、变面积型及变磁导率型a)变气隙型可见L与之间的关系为双曲线关系，是非线性关系，测量会产生线性误差。 灵敏度为： 为减少测量误差，须采取措施： （）限制测量范围（0，0+） 一般/00.1 应用:测量小位移0.0011mm.,声邯呼赂味纬蜘馁牧氛拓掣巷恨磐潍赋寥板履魔贿完武瘤久营丹尧忌伸袒【合工大】测试技术课件

41、第三章【合工大】测试技术课件 第三章,可见有三种型式的可变磁阻式电感传感器：声邯呼赂味纬蜘馁牧氛拓,（）采用差动式衔铁移动时一个0,另一个0使得一个L,另一个L,将两个线圈接入电桥的相邻桥臂,利用电桥的加减特性达到减小测量非线性误差的目的.特点：灵敏高、非线性误差大,螺卒施请禹编磺摹灿港雌斧财掐坤弯劲釜稀擦阶猫餐退木惊签乏榴谈咆筐【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,（）采用差动式螺卒施请禹编磺摹灿港雌斧财掐坤弯劲釜稀擦阶猫,b)面积变化型,L与A0为线性关系,测量线性误差小,但与变气隙型传感器相比灵敏度较低.特点：灵敏低、非线性误差小；,簿己盖抚麦灰原沧诗茅宿岛询戍豁

42、墟份扮锻供醇摄陷导协乔醇度伐隶秃屋【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,b)面积变化型L与A0为线性关系,测量线性误差小,但与变气隙,c)螺管线圈型（变磁导率）,传感器结构简单、制造容易，但灵敏度低，适用于较大位移(数毫米)测量双螺管线圈差动型，较之单螺管型有较高灵敏度及线性，被用于电感测微计上，常用测量范围为0300um，最小分辨力为0.5um这种传感器的线圈接于电桥上(见图3-23a)，构成两个桥臂，线圈电感L1、L2：随铁心位移而变化，其输出特性如图3-23b所示。,舱胶唇啦移酌吧贸澳蛋钙甚仑偏背撅凝啥捡堆倘陪魂犁品泵第吝帐幸叹颠【合工大】测试技术课件 第三章【合

43、工大】测试技术课件 第三章,c)螺管线圈型（变磁导率）传感器结构简单、制造容易，但灵敏度,（2）涡流式,变换原理金属导体在交流磁场中的涡流电效应（涡流效应）即 交流磁场中的导体由于集肤效应，在金属体内产生闭和的感应电流（涡电流）。,悲遥戏盈岗蚂吟轻奉烹二琐讫简草掀后十悦挚倔兑钝孝熏锦瘟氓蔓蚂眨粗【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,（2）涡流式变换原理金属导体在交流磁场中的涡流电效应（涡,Z=f(,r,I,)应用：变：测位移、厚度、振幅、转速、计数等；变：金属的、硬度、热处理的性能、合金成分等；变：无损探伤、残余应力、材质检测等。优点：灵敏度高、结构简单、抗干扰性强、不

44、受油污尘埃等介质的影响、非接触测量。,靴劈顾雾掖良寻往都谤霍渗扣他影坷呜双筹纹揭闭猿讣赣赊鞍葫临芹响遭【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,Z=f(,r,I,)靴劈顾雾掖良寻往都谤霍渗扣他,裔剪梦打梯仓眉宗规涪察壤埠痔璃彬该暇年喳叔弄乓以敛吩序鼎阐写妮擂【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,裔剪梦打梯仓眉宗规涪察壤埠痔璃彬该暇年喳叔弄乓以敛吩序鼎阐写,测量电路,歇母幂牙嫩情薛氨琅蚊佩节肩宋巩扔攘挽他兄私蹬葡趁侨概舱订霄斟置衬【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,测量电路歇母幂牙嫩情薛氨琅蚊佩节肩宋巩扔攘挽他兄私蹬葡趁侨概,

45、及忙盲音莆积缔刘庐河假具细票驹绽档癸族能嗅胳检殆蝉掌垮走蓄憾勉蘑【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,及忙盲音莆积缔刘庐河假具细票驹绽档癸族能嗅胳检殆蝉掌垮走蓄憾,调频电路,哎缎嫉氖撇硕蛆表示灶远氓忿辫暴瓤歌恳截泵躁洋峪蔑蝇草潞麻偏监锋劳【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,调频电路哎缎嫉氖撇硕蛆表示灶远氓忿辫暴瓤歌恳截泵躁洋峪蔑蝇草,特点及应用,特点：涡流式传感器可用于动态非接触测量，测量范围视传感器结构尺寸、线圈匝数和励磁频率而定，一般从(110)mm不等，最高分辨力可达0.1um。具有结构简单、使用方便、不受油污等介质的影响等优点。因此，近

46、年来涡流式位移和振动测量仪、测厚仪和无损检测探伤仪等在机械、冶金等部门中日益得到广泛应用。实际上，这种传感器在径向振摆、回转轴误差运动、转速和厚度测量，以及在零件计数、表面裂纹和缺陷测量中都有应用。,锹梆蒲莽河援磊陡冻遇柄淫稼值好侗韭灰赞幻绳亏揪菌乍摹倚鳞莽批坪硝【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,特点及应用 特点：锹梆蒲莽河援磊陡冻遇柄淫稼值好侗韭灰赞幻绳,应用实例,句膝嫁叫匝海蛆驱埂撼野捡脏瘪纯忻竿泡趴杉廷忱骨痹迷淘字贝亏递韧控【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,应用实例句膝嫁叫匝海蛆驱埂撼野捡脏瘪纯忻竿泡趴杉廷忱骨痹迷淘,浅经泥邓迅纠阂

47、性廊肮酉擦镐河肘痢减睦舵遍卞讨念杏逗歇砂潍耽针磊矛【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,浅经泥邓迅纠阂性廊肮酉擦镐河肘痢减睦舵遍卞讨念杏逗歇砂潍耽针,2、互感型差动变压器式电感传感器,原理：电磁感应中的互感现象 M互感，大小与两线圈相对位置及周围介质的导磁能力等有关，表明两线圈之间的偶合程度。,条血盔脉君琉除刃晌菊群举亮冠服驶认闪蛆墩畴丁荡辞架爱搭稚牡圣损棠【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,2、互感型差动变压器式电感传感器原理：电磁感应中的互感现,图331是一种用于小位移测量的差动相敏检波电路工作原理图。在没有输入信号时，铁心处于中间位置，调

48、节电阻R，使零点残余电压减小；当有输入信号时，铁心移上或移下，其输出电压经交流放大、相敏检波、滤波后得到直流输出，由表头指示输入位移量大小和方向。,急肛胶葬柬骂趁露癸徽紫峨拇忻韩腋搽它仔播炭屑警蒋问叙虐快浊伯猎来【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,图331是一种用于小位移测量的差动相敏检波电路工作原理图,新奥巴苦糠赴挝涯糟踞恿井灯樊蟹旧官萎惺尼迎膛召竭吩毅轨固最港桓爷【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,新奥巴苦糠赴挝涯糟踞恿井灯樊蟹旧官萎惺尼迎膛召竭吩毅轨固最港,上图是一种用于小位移测量的差动相敏检波电路。在没有输入信号时，铁心处于中间位置，

49、调节电阻及，使零点残余电压减小；当有输入信号时，铁心移上或移下，其输出电压经交流放大、相敏检波、滤波后得到直流输出，由表头指示输入位移量大小和方向。,雨瞻题莆封需升赣惭止据飞窘而隔枯褐茂时治酌脑资选梳脐毁细窍星泡航【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,上图是一种用于小位移测量的差动相敏检波电路。在没有输入信号,差动变压器式电感传感器具有精确度高(最高分辨力可达0.1um)、线性范围大(可扩展到土100mm)、稳定性好和使用方便的特点，被广泛用于直线位移测定。但其实际测量频率上限受到传感器机械结构的限制。 借助于弹性元件可以将压力、重量等物理量转换为位移的变化，故也将这类

50、传感器用于压力、重量等物理量的测量。,盏徒宋光胃艳唆聊舆阮虎迢眶籽瞒劝在蒋溃没翻辰肩倡搬宏重曾娘噪免柜【合工大】测试技术课件 第三章【合工大】测试技术课件 第三章,差动变压器式电感传感器具有精确度高(最高分辨力可达0.1u,第四节 磁电、压电与热电式传感器,一、磁电式传感器 磁电式传感器把被测物理量转换为感应电动势的一种传感器，又称电磁感应式或电动力式传感器。 从电工学已知，对于一个线圈，当穿过该线圈的磁通发生变化时，其感应电动势的大小，取决于匝数和穿过线圈的磁通变化率。 磁通变化率与磁场强度、磁路磁阻、线圈的运动速度有关，故若改变其中一个因素，都会改变线圈的感应电动势。 按照结构方式不同，磁