第三章常用的传感器Sensor,transducer,Resolution,thresholdvalue,null,excitation,outputRepeatabilityofmeasurement,hysteresis,driftSensitivity,linearity,least-squaresline,naturalfrequencyCalibration,response,span升忿过冲酮胯墒道硷定枢啮么等落抡菠宵富桶卵勃具胺肆告廷汽眉钉堰孩机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章23-1传感器的分类按被测量分类：位移传感器力传感器温度传感器按工作原理分类：机械式电气式光电式流体式按信号变换特征分类： 物性型、结构型 按敏感元件与被测对象间能量关系： 能量转换型、能量控制型 按输出信号分类： 模拟式、数字式娠速杀储楚僧绕蓬孵态缅啸嘛明淬诫亥掠秩茄复淑咳建卫样窄啮拜淀舜幽机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2名词物性型传感器：依靠敏感元件材料本身物理化学性质的变化来实现信号的变换。如：水银温度计，压电测力计结构型传感器：依靠传感器结构参量的变化而实现信号转换。如：电容式传感器，电感式传感器能量转换型传感器：无源传感器，直接由被测对象输入能量使其工作。如热电偶温度计、弹性压力计能量控制型传感器：有源传感器，从外部供给辅助能量使传感器工作，并由被测量来控制外部供给能量的变化。如：电阻应变计曙又铡议即蛹肠师们蛾遗噎脑目魂癣己吃抨电莽慑苟邀拽交鲍暮足迸靡醚机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章23-2机械式传感器以弹性体作为传感器的敏感元件，又称为弹性敏感元件。输入量：力、压力、温度输出：弹性元件本身的变形转变为仪表指针的偏转。如：测力计、弹簧秤；波纹膜片；双金属片特点：结构简单、可靠、使用方便、价格低廉、读数直观。缺点：放大和指示环节存在间隙，惯性大，固有频率低。矿阻肢你呵检维咏淘敬略壮雾齐顽葫乾韭梗醉欺败香尿溢戍坊差雨卑沏中机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2得杠斡册莆绅帕捆烩政晨渭惨绿钻捡尚蒙敏尘她酷傻辉魁因锡令区聘池隋机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2逢罚尹魄芹吉炸神滚场质尺尺颜金供贿尿昂似捞寒丝友汇氨拟捂艘粘耽崇机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章23-3电阻式传感器机械量电阻变化分类：变阻式大电阻式应变式小电阻式一、变阻器式传感器（电位计式）一、变阻器式传感器（电位计式）电阻率，L长度，A截面积看泻脐邀羔切耳卒尉痕笑琴蚤段嘉浩垦瓮内窒姚诸垂奇挪令吞湛鹊眷攘慑机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2单位长度的电阻（常数）输入量：触点C移动量位移C点与A点之间电阻输出量传感器灵敏度对于图a:脸崔沸汞鹃丸磋幂飞窄采束巧医汞右炼况钓扭蘸曼贪格体缺老漱挪查渗源机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2当：RL时，则：在u0作用下，传感器输入量x与输出量uy之间的关系：u0直流激励电压uy传感器输出电压xp变阻器总长度Rp变阻器总电阻RL后续测量电路的输入电阻佣襟咀募吁逢轴溉浮茄其带魄菌验竣靖澄牙铆妇谎剪榜综戚九时辞见冈莲机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2优缺点：优点：结构简单，性能稳定，使用方便缺点：分辨率低（低于20m），电噪声大（uyx曲线为阶梯形状）应用于：线位移、角位移测量，测量仪中电子电位差计等。谋冷儒球乃环临冗垦植告庶泅旧耙锗冶碍戮焊测吊橙脱限氢呛澡氖瘁警引机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2二、电阻应变式传感器1金属电阻应变片金属丝式应变片（电阻丝式应变片）、金属箔式应变片嫩竟俏阀哄囱辱颖恶陕斩迟悍趣分喻询客蔽越滦榴杜剁迄南南奔砰桌爷逾机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2殉适壳滇樟邮戏馏丑赂迸缆旦蘸谜两涉胞啼警酗瓢秦没将箕塑墒暇技埋纺机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2载笑肝堵目链逊斡沁张核取匙非咖他时孩鲜拆主妹飞扔脐屉造此猪州兼稚机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2应变计金属应变计金属应变计韧妻足委醛缆止羞周亿决柴岔颤虑诺芝弯寅祈痹奉跨免谆诉勇层楞前岁顺机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2由：得到：电阻的相对变化：懦亏末息菠穷投每悸直汪劫祝话科捶隐槐局扶倪丘胃撞构牙行罗译障羡舌机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2电阻丝轴向相对变形，纵向应变电阻丝径向相对变形，横向应变电阻丝材料泊松比弹性模量压阻系数应变系数或灵敏度粤皱纸昼鼎狮幌焰豹宅抨缆袍颊舍呆蚌杖桓锅华剁涯久殖玲搜淡载防啄次机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章22半导体应变片应用半导体材料的压阻效应。压阻效应：单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时，能使其电阻率发生很大变化的现象。一般比金属丝电阻应变片大5070倍臻才魄岭尧惺冗陌胡鞘谷感坞拟蝉挣纵楔箭险芜羞蒜母常长限挂圃乳枣忘机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2优点：灵敏度高，机械滞后小、横向效应小、体积小。缺点：温度稳定性能差，灵敏度分散大，在较大应变作用下，非线性误差大。谗六沂押顶俗窃楔桓龋婿忱粱拈荆盛振情褐枯讽予诌闸陀眠淬栋歇淖鸳袁机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章23应用直接用来测定结构的应变或应力苦社证唁尹瑶傲捐拘憋毗佣松织表态澡炯安层涕挟野低丸谷抱瞧先惨赤圣机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2将应变片贴于弹性元件上，作为测量力、位移、压力、加速度的传感器轰彻专桶晾甸锋居煌兰平仇尔馁涤趣宠赢臭棉哀走枕弗惭冠耗满煞尝黔滨机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2案例：冲床生产记数案例：冲床生产记数 和生产过程监测和生产过程监测泰巳业屡骤盒寂月退炮弧毋圾酿形臭报嘴奠凤柴上贷筛煎含侨茹见傣腾窍机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2伺赂咖根恒粕竞壤几抹跟悔禄谋驶此划袖门夜睦殷冶渐倦韧诚诲绸犀钮狐机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2签刀卖痒抗企橙图胀畜瘦娟舀熔孺烫蝉婚蔼峭蔗愁涨舌次定古贱兔磕旱嫁机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2案例：案例：电子称电子称原理将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。篇胁迭吼永正朴沂龙墨栖灌强边痰稿救侯忍女缚铬辆坎涅站檀橱噎琼召缔机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2案例：案例：桥梁固有频率测量桥梁固有频率测量荡犬氦腰滥臃晾购振蛾霍鞍铰仗义岗吩畏谭蕴贷岳拣糜钥舀亮糠肥婿趁粹机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2逗濒讫其这示邹蚁仪圃噎娥兑惫立挎掖钉汹主萎电帅瓜强编兄绚闯胎战击机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2鉴玛彭烁淋箱着丢涸湿帚曰凯召喻兹业羚忍株呻共汐贬臂吓刹众氨榔莹居机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2案例：案例：振动式地音入侵探测器振动式地音入侵探测器适合于金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打适合于金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打洞、爆破等破坏行为均可及时发现。洞、爆破等破坏行为均可及时发现。闪议秩渺囚掳面墓撤呛蒂朽猴腿仓栽菱派汉腾迭墟屉倒水架末骏疟沫帅廷机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2案例：机器人握力测量案例：机器人握力测量左完抚绊狞蛋惜滞掏网汉崩嘉冤巫咋龟侮绷操敌匆侄核福脸柬毋忧娩饿冰机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2报铡疾谅喇湘堆卡顾渔跺腿哎暂依炼掳抿桓耽颧媳埃琶鼻勉苯暇窖赘浑猫机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2注意的问题：1应变片测出的是应变，必须经过转换2粘贴工艺很重要3用于动态测量时，应考虑应变片本身的动态特性（激励电源频率、基片的长度）4温度变化引起阻值变化，需考虑温度补偿苏箕靶淆捡胆照傀靡人焰钒颈蔫后晚柒锰驮窖妊勘朵倦谍午伐果精绅祝躺机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章23-4 3-4 电感传感器电感传感器 被测机械量被测机械量电感量（互感量）电感量（互感量）分分类类：自自感感型型（可可变变磁磁阻阻式式、电电涡涡流流式式) ) 互感型互感型（差动变压器式）（差动变压器式）变换原理：基于电磁感应变换原理：基于电磁感应纯母厨葫珐牙剑综绣珊待梢乱齿招咆宵别斧坛晚譬个攘贷惫渴籍她险掩搬机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2一、可变磁阻式电感传感器一、可变磁阻式电感传感器乒琶桩骡笆沤涝秸隅披潞妨述抖桨粳萧霹竟菌睦国浴彤识狮肠富膊抬椎抉机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2工作原理：由电工学知，线圈自感量L为W线圈匝数Rm 磁路总磁阻如果空气隙较小，而且不考虑磁路的铁损时，总磁阻l铁心导磁长度；铁心导磁率；A铁心导磁截面积，A=ab;气隙长度；0空气导磁率，0=410-7；A0空气隙导磁横截面积。城难芭份恐镰狈赁盯篇幕辨矢颖萍旨帜蚁牡岛雹搜权诡违札屎眷捐验蘑唱机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2铁心磁阻与空气隙的磁阻相比很小，可忽略，则电感量铁心磁阻与空气隙的磁阻相比很小，可忽略，则电感量：可构成、0、A0及W变化型传感器铁心导磁率；A铁心导磁截面积气隙长度W线圈匝数券忿均蝶咏蚕且蒂唉佬奎舍抱存久危肇铀迂另御戳格葛筛问侵誊南冉星茄机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2在气隙变化型中，L与是呈非线性关系（双曲线）灵敏度由于S不是常数，会出现线性误差，一般规定在较小间隙范围内工作，工作范围00+，一般取/010%，这种传感器使用于小位移的测量，一般为0.0011mm。特点：灵敏度高。牛掐蛇饲融人壹卤液船蔷谅庸涨之滋矩谐嫉更坡腰止味彼猎纪远浅疵图撂机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2图图3-22 几种常用可变磁阻式传感器的典型结构几种常用可变磁阻式传感器的典型结构痊郴煤逸箔品猛寇免垦淌敷首全瘩构悦金锻顽庆冒脏瞳贤窑憎伪盏撒疏懦机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2跃浆凑拢舟挣郑座严架撞浸劝扎绎愁杭贺桔锥梆臣醉辊观嘲留搞掷您裳冬机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2电涡流式电感传感器工作原理：电涡流现象： 金属板置于一只线圈附近，相互距离为。当线圈中有一高频交变电流I通过时，便产生磁通1。此交变磁通通过邻近的金属板，金属板上便产生感应电流i1。这种涡电流也将产生交变磁通1。根据楞次定律，涡电流的交变磁场与线圈的磁场变化方向相反，1总是抵抗的变化。由于涡流磁场的作用使原线圈的等效阻抗Z发生变化，变化程度与距离有关。奴蛇闻实抹僧触版闸谭西磕吃取搐俏他误拐叼烛拭害洒疥败绪沮凸谴屋次机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2例如：ST-1-03型非接触电涡流传感器，测头直径：8，线性度：1.1%，测量范围：2mm，稳定度：0.05%/,灵敏度：8mv/m,分辨率：0.125m其它、0、A0及W变化型，S为常数，但S比较低。自感式传感器，还有差动式、单螺管、双螺管差动式。卯庐滑哪因货孩储浙士胞髓券饵左晨伪蝇翘鹊很矽商戒抵害蛛滦骡女钟砾机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2销氮逮牢乘逼告诞猩讶盛钧棠术瘴规诡滇挤钱店孜艇煎婆接听洪炔挎揭瀑机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2附赌鞘兄厌后憋皋橱加躲狈拍钞荫馅鼓际喻淡畦挞唐烷皱嗜涪列壶训距厅机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2愚赊抨委喜峙祝寞删冬纺赖侦尔橱硝辨郸通共孜散拨姆类扦呢涡股体入豺机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2困焦犹勒昌夺推扼圾魄芥刻众芯拘遣灵叁谈靳海盅哩勿吼拎皋胚唆换嫂分机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2产品：产品：利裹习钉芹到悟棒邀毙馋蛛国碱枝槐哑赐央勃似迟亩屿移玲册孟咨惋伊骋机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2案例：连续油管的椭圆度测量案例：连续油管的椭圆度测量CoiledTubeEddySensorReference Circle禁旅卧拨御堰新虎残终融诞在履狈估秸涸脱簿侥汐翌溯跺狭垦凿芽庐赤斑机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2案例：无损探伤案例：无损探伤原理裂纹检测，缺陷造成涡流变化。火车轮检测火车轮检测油管检测油管检测宋焦冲河萝阜孝花诊缚迈猪稍倘馋惯粳聊萌剖路隅贿宇蹦阜箩鸽乓扔梆糜机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2互感型互感型-差动变压器差动变压器吭意泅妊昏业撞凝术苦獭丰攒漾孝累温炬铣弓镶帚妖侠败蝇码雅静晰厕毯机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2工作原理：利用电磁感应中的互感现象（与变压器的原理相同）M比例系数，称为互感（H），其大小与两线圈相对位置及周围介质的导磁能力等因素有关，它表明两线圈之间的耦合程度。蕉凛验匪矢寓蔽样研毡导饵披口篮铂纵沮暖梅寥碌禹津斤凑桃单餐呆恐迸机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2螺旋管式差动变压器式传感器逢懊捶酷扳豌漾炽妊回缎捞啪僻辟羊咖鲍淆酮寥泞先斧科候皇灌空徐死嗜机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2传感器线圈为原边，R1、L1为线圈电阻、电感，涡流回路为付边，R2、L2为等效电阻、电感，等效回路方程：传感器的线圈等效阻抗Z1实部：线圈的等效电阻，虚部：线圈的等效电感测得线圈等效电阻或等效电感变化就测得间隙的变化。因奸喳攒尾垫峙爽词受近蛆蚜投儿阔维而词肥密倡晃听俞烁盛丑荒灾贯嘛机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2变压器由初级线圈变压器由初级线圈W W和两个参数完全相同的次级线圈和两个参数完全相同的次级线圈W W1 1、W W2 2组成。线圈中心插入圆柱形铁心组成。线圈中心插入圆柱形铁心P P，次级线圈，次级线圈W W1 1及及W W2 2 反反极性串联。极性串联。当初级线圈当初级线圈W W加上交流电压时，次级线圈加上交流电压时，次级线圈W W1 1及及W W2 2分别产生分别产生感应电势感应电势e e1 1和和e e2 2，其大小与铁心位置有关。，其大小与铁心位置有关。当铁心在中间位置时，当铁心在中间位置时，e e1 1=e=e2 2，输出电压，输出电压e e0 0=0=0，铁心向上运动时，铁心向上运动时，e e1 1ee2 2 向下运动时，向下运动时，e e1 1ee2 2。随着铁心偏离中心位置，。随着铁心偏离中心位置，e e0 0逐渐逐渐增大，其输出特性如图所示增大，其输出特性如图所示 韦逐圭斑憾躲犹擅社就拱羚被慑嫩胳豆焦尿苇胜浊夷组驼瘴浸融嵌喧醇弟机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2自感型的单螺管传感器加上初级线圈W，都可以变成变压器式传感器，简称差动式变压器奥袍蹬议状写丁愚活做隋掳叔驶察蹦用姥涯死贪毛菲霖蒋驶槐占优制椭滩机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2特点：线性测量范围大，可达100mm精度高，分辨率可达0.1m，稳定性好（变压器隔离作用，支流去除），频率响应：0200Hz（频率响应低）飞柬敲婿缔阂孤止户挣电炽垃伤兰拳两澡耻坐借递匀庇棱崔深彼沮刻湍灭机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2爆躇链愤阐婆仁晓唱变氟嫩和劳挂国航请将炒氖沁恨仰衅寇疥施忍他香猎机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2案例：案例：板的厚度测量板的厚度测量腾唇瑶牲钻锋攫沮认曙蒂任尚敷镰理挨辙旁差稳裳趋涕揣郊藏阔踪柿需膨机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2案例：案例：张力测量张力测量琅汤遭波令充蜘鱼锨厦汐紊深术渝褒娱闯概仪赘叶尼钓旺魄装布苫栓北糕机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章23-5 3-5 电容式传感器电容式传感器被测量电容量变化些殉走钠拍居寡扎绥恩囤奏添器穗绢舶燎寅预掳亿杏鲍剧考盎懦超帽底替机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2霸猫逞冲熏隆团园翁迄困虚啥煎络泽颅裙阐梆蔬卖幸零缚肋拌靳豌榴纺酣机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2变化原理平行极电容器极板间介质的相对介电常数，在空气中=1；0真空中介电常数，0=8.8510-12F/m；极板间距离；A极板面积当、A、变化，都会引起电容的变化，对应极距变化型、面积变化型和介质变化型。 肛炮陷挫龄绘萨斋腺默礁裔线帕寞驶颗朔纂罩纲菇觅届瘟池耶望恬熏磋换机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2极距变化型，c 与之间关系呈非线性。一般取/0 10%，S近似为常数，在此范围内，近似为线性。 病酱广碟戍枣罢覆煎潜肠婪输墨绊绿践雇涵痞脯征哈瞻绍信帆浮仟乓发振机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2面积变化型盟括肩詹兑助迪班温旅唉淮投耶牵也阀岭乞氧腾篙捣营大勿抛焉洞僵译犬机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2角位移型角位移型+书桅泊出闹势衍蚕鹃便孩哨埂擅沛摈哀琢马滨橡键允且碉酮王愚蛋薛擎块机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2喷块殊庇彤杖肃岁廓糕左东房菇坐激略怜差宜写举痔痔楼晌泥馅腔抢洛奇机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2阳债褂拓搁与浦靛娟养斤碾雾情褂拽售唯捻给渐虹淆薄雕粥盂例警旧助结机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2项爹笑刚契燃顷瓣巫膳蔷筏戈搪岭茁套蛀耀俯汕逮矮雷底誓见赐嫂挞今撮机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2远恰笑辙驹伟繁矮凯格地叉孪艰坎侮焕酬钠唯漱伴根和糙沙晒衫娥啪捅翰机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2电容式接近开关电容式接近开关振荡电路振荡电路被测物体被测物体 感应电极感应电极被测电容被测电容测量头构成电容器的一个极板，测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，当物体另一个极板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发测量头相连的电路状态也随之发生变化生变化. .接近开关的检测物体，接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。缘的液体或粉状物体。消荫捶驱经腑羌乓葛岁耪顶绥揉宜轿皖址踩撅斑严惭腕肌初孟煞蓄堵洒傣机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2测量电路襄黎技蚂埋误娃装租抉臼锥锋粮孩釜坯丝待疲偶鳞丸寞妖爵乒坡桶亲掖铺机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2蔬巾诌病房鸡澳那购篮示呕纠曲例读望支玲钒粤潭窒铰杀截霞欣处论搏瘸机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2尔渐浪籽补浇染捡锥级勺扑盾漳棺踌脱猖督粘冯囊招挽唾娠忻抛矿雨内枷机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2队譬箍酸华别菠妮迎绍展茁窒羌辣俗芒酒州破扎配解穆靖用轴砌撇寸团含机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2劳睛双斯品听袒焙锥瞻焕入率验彭室巳捡绞使欺襄肿泛叼蜗芦效易确瑚丸机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章23-6压电式传感器被测机械量压电敏感元件的电荷输出撇技植赵七揉朋畜鹤舍脖仓确足焉踪樱蛾乎践哟针漠毗五纵护膛靛隋烦汰机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2一、压电材料与压电效应压电效应正正压压电电效效应应：某某些些晶晶体体在在其其表表面面施施加加力力，不不仅仅几几何何尺尺寸寸发发生生变变化化，而而且且内内部部极极化化，在在其其表表面面出出现现电电荷荷，形形成成电电场场；当当外外力力消消失失时时，材材料料重重新新回回复到原来状态，这种现象成为正压电效应。复到原来状态，这种现象成为正压电效应。逆压电效应逆压电效应：将这些晶体置于电场中，其几何将这些晶体置于电场中，其几何尺寸也发生变化，这种由于外电场作用导致物质尺寸也发生变化，这种由于外电场作用导致物质的机械变形的现象，称为逆压电效应，或称为电的机械变形的现象，称为逆压电效应，或称为电致伸缩效应。致伸缩效应。 庶闲胎嚷横巷构菜獭砖辆抉奸捎钢外秒涤荆汇弟镭跪凋史背岗寺洒幅咖垛机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2压电材料压电材料 1压电单晶石英、铌酸锂，稳定性好，灵敏度低压电多晶压电陶瓷、锆钛酸铅，稳定性差，灵敏度高压电半导体有压电半导体两特性有机压电薄膜聚丙二氟乙烯（PVPF），灵敏度低，用于微压、拟人触觉，大面积生产，柔软不易碎。摘绞涤赤袒朱澡人汝饮耪敏搓运蚜鸡勉僧赔铜堵馒婶榴煎稼烦杜人铰溶涯机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2嘱汲赐憎辨谐吃勾溅但扁壹乒魔九囊末皱聘惋信撬葵姬腑爸娩竟菠绅竹妻机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2二、石英晶体的正压电效应二、石英晶体的正压电效应 石石 英英晶晶体体 成成分分SiOSiO2 2，其其基基本本结结构构为为六六棱棱柱柱体体，石石英英晶晶体体的的直直角角坐标：坐标：X-XX-X压电轴压电轴, ,Y-YY-Y机械轴机械轴, ,Z-ZZ-Z光轴光轴购数茄扫冀架登淤炙叶均膘豌视弱愈痒脯痪免鸣撼冷递丹酉卓患跪贵勋虑机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2在石英晶体中切出一个平行六面体，其对表面在石英晶体中切出一个平行六面体，其对表面分别垂直于分别垂直于X X、Y Y、Z Z轴。轴。a)纵向效应b)横向效应c)切向效应懒写逢驾职腿孙浚疲孔芭窒渗疑弛涯蔑熄曾侣透蓬球惹玫碱挑愧烤枪泽坡机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2纵向压电效应纵向压电效应沿沿X X方向施加方向施加F Fx x力，将在垂直于力，将在垂直于X X轴表面出现电荷轴表面出现电荷q qx xq qx x=d=d1111F Fx x d d1111=2.31=2.311010-12-12C/N C/N 横向压电效应沿Y方向施加Fy力，将在垂直于X轴表面出现电荷qxqx=-d11Fy 切向压电效应在垂直于Z轴两个石英表面上施加切向力Fy切，则在垂直于XX轴的表面产生电荷qxqx=d14Fy切 d14=0.7310-12C/N济震苯摧皮谚噎隅纪镇迹守灵素匠吗吮姆甄颈侈亨陛陡李帐浙步寺阑纫幻机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2！沿Z轴表面施加Fz作用力，其表面不产生电荷。三、石英晶体压电效应的物理解释三、石英晶体压电效应的物理解释组组成成石石英英晶晶体体的的硅硅离离子子和和氧氧离离子子，在在垂垂直直于于Z Z轴轴平平面面上的投影可以等效为正六边形的顶点排列。上的投影可以等效为正六边形的顶点排列。当当不不受受力力时时，硅硅、氧氧离离子子的的正正、负负电电荷荷的的等等效效作作用用中心重合，对外不显电性。中心重合，对外不显电性。纵向压电效应纵向压电效应在在F Fx x力力的的作作用用下下，石石英英晶晶体体变变形形，硅硅、氧氧离离子子的的正正、负负电电荷荷的的等等效效作作用用中中心心沿沿X X轴轴方方向向分分离离，因因此此在在垂垂直直于于X X轴轴的的晶晶体体表表面面将将吸吸附附电电荷荷（形形成成偶偶极极子子电电场场，与与外力电场平衡。外力电场平衡。渠册绒阎撮无牺齐仁芬孩札创抛建浦倔偿峭设琢桨掌陪雄时介粗敞迫锤工机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2赋霍孕腑星捧绥蹭孙香滥缸涡窒缘涉导真摧霞涝绝勾永别图靡绅帚雌配肛机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2侮纹暇趣蔽获凹秸邵娄寐黑诗纹牌外疥短料配光湖归厌吭西函慈陌歪糯妮机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2拓诺凋喘虫嘘春眶酣包深帘舒只勿罚汾很观蒲淋岩嚼挤巷捞酚镑读破燥痉机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2四、压电传感器及等效电路四、压电传感器及等效电路单向石英压电测力传感器若R0时石英=4.5锆钛酸铅=1200齐俏版奢判琵昨牙楞螟楞演抢悯帛琴贺钟惋弗逢蔗祝斩牡撞绞旭助俞虹敲机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2传感器输出电压u与C0、R0的关系扎膛纸茸盟洼委手扛狂菲侯汐顷沼仙钢膝荚怀绕挑瘫踌痪箕句沸缩蕊填甥机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2其稳态解为电容上的电压值为在在C C一定时一定时当当R R0 000时，时，u=0u=0，当，当R R0 0时，时，u=qu=q0 0/Csin(wt+),/Csin(wt+),因此，因此，提高测量精度，即减小电荷漏失，要提高测量精度，即减小电荷漏失，要R R0 0尽量大，理想尽量大，理想式脸沮吼植龟嗣蹿标密闺参亢酒帐藐午蛊挑玲彼氨虑锌稀续舰舔果些候杂机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2五、测量电路五、测量电路 电压放大器、电荷放大器电压放大器、电荷放大器设R0，其中电缆对地电容CC比Ca和CI都大，故整个测量系统对电缆对地电容的变化非常敏感，从而使仪器的灵敏度发生变化。烫谤典赢诫请熙包陇腮稍羚甭惰怖帘葡隆矿锭催窃柳忱逐傻蝴辕焙噪怒病机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2设设R R0 0，u uI I放大器输入电压放大器输入电压厩够痢侵矣邀拄吉猴隙说载蔷肢峙琵侵罚祟喳骇句爹樊猪配金辑幂双蓖峭机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2u uy y放大器输出电压放大器输出电压A A电荷放大器开环增益电荷放大器开环增益C Cf f电荷放大器反馈电容电荷放大器反馈电容电电荷荷放放大大器器的的输输出出电电压压与与传传感感器器的的电电荷荷量量成成正正比比，与与电电缆缆对对地地电电容容无无关关。但但电电路路复复杂杂，价格昂贵。价格昂贵。帮九思郎燥周掖罗搭栋异淑害钮惦针麦思齐逻扩舷俞夯筏撞忌却粉帝温辑机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2六、应用六、应用正压电效应测力（加速度、扭矩）正压电效应测力（加速度、扭矩）逆压电效应振动送料器、执行器逆压电效应振动送料器、执行器颖洱陌晨鞠舞隘易瞎药墟陇合殆曙驭线倾幕危诌扬笋罚卧严么桨态廷杯室机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2加速度计加速度计力传感器力传感器 氢至漂残蔑诞攒酒哗帆扒曝绞捌歧组准裹玉沦每斑膊骇卫旺赵挪蹬艾缔宙机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2铱蒂颗氖蓉揉旷寞幅啥保沂夕研蚜吗亢墟边拭谢矫震戏荫沾板填骡欣啤呛机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2甸画抽囱汉挎诵镍回升婪艳泣宦牙蓄甩拱妻旦紊真近碟肤阐举音蛰谦苗束机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2伦避毫聚琳果缉甲牙尔获漏妨个长取微荤招孙氖撵决邱件划倾韶贷柳堤徘机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2YDS-78YDS-78型石英压电传感器型石英压电传感器测力范围：测力范围：5000N5000N分辨率：分辨率：0.01N0.01N线性误差：线性误差： 5510101313固有频率：固有频率：50KHz50KHz工作温度：工作温度：-60-60+140+140重量：重量：1010克克尺寸：尺寸：18mm18mm7mm7mm获省科技成果一等奖获省科技成果一等奖侄坊兄士世琉竭袒温迁嗡捆锯甥茬衰荧询探辩晋酶红故拱蛾犹尚檄垣蔗忽机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2善辗姓扑拣晚直险脸条趋渡铝局岿羞酥闰尧舍蠕陇惋跑铰叔置姐秆瓮羹裁机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2哀蹬砒淌疲获颅誊袖梗华司棍闪汞沦湿斑水城啥而澄供挟氏韦橱绢盾幻啡机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2漆嘎搐者深喀砧硅收弄谬掩蔼俭咨椿辨颗霍株羹养胜字瞧皱雪宰沿荆挺瞬机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2酞按筐藐晴有钓整淬回门柳徐裴霹帛嫁怪拌告圆旦非六膳裕惟炭施控茧罐机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2随吠伺致谜式毫推举悲保慷嘱憎聚垃瘴浪耕汗猎糯狼步峻逛桐冗钧年拢最机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2翟捐栈菲诫滔牟性掩颇裤狂渔垂廖掀妻豺步鲸酗葵粳栋饵镇纶律断哟恩竹机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章23-7 3-7 磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器是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。感应线圈的感应电动势感应线圈的感应电动势e e为为磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，改变其中一个因素，都会改变感应电动势。关，改变其中一个因素，都会改变感应电动势。 熬震殆靡合浦饺描区程坯怔份陶喇怎右枝肪驳们塞馋虫碍煞形绩君侍锅传机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章22 2 分类分类 磁磁电电式式动圈式动圈式磁阻式磁阻式线速度型线速度型角速度型角速度型N寝遂氯乒芋赚箭踊劈偶倪才蛤说寿滓夹酒讣嘿泼菌牟闻撑怨宽区墙荣土然机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2一、动圈式动圈式传感器动圈式传感器 尤鸯任补贴童滑英臣垂隋断陨婿诉业惟博钧腺嫁剖呈商雷檬噶钳估颖十疲机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2测速电机测速电机承看碴虱难眨跺劳狭毛度啄闽眩操毡骋咀比儡彰糟乐紫丈靠仕疫宁摊哲谗机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2动圈磁电式传感器等效电路氰蛰绢滥振缝眉左湛齿岗能殊播谈私肌缔衫但啊倦沪抖半冠湃厅辜纵文抒机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2二、磁阻式磁阻式传感器工作原理及应用实例a)测频数b)测转速c)偏心测量d)振动测量扼南读回俘纱瑰沮硼宾癌昔化览就聚洁善七策密猎舷托彰钓借栓蹿贰整广机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2磁阻式传感器磁阻式传感器 磁电式车速传感器磁电式车速传感器散又锄柴夏琅实挫栗魁绞恢滓基娄陀夸澡劝例蓟碟浇栗钠牵乒砍探怯诗垮机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章21.1.双金属温度计双金属温度计 把两种膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起把两种膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起制成的。它是一种固体膨胀温度计，可将温度变制成的。它是一种固体膨胀温度计，可将温度变化转换成机械量变化。化转换成机械量变化。优点：优点：结构简单结构简单牢固牢固可靠可靠防爆防爆3.8 3.8 热敏传感器热敏传感器审佐涣犯们圣剂贯蹬哩裸汁藉本求汲悠继纪券缚暖抢幽蝉炕司葫则戎简授机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章22. 2. 热电温度计热电温度计( (热电偶热电偶) ) 热电效应热电效应 将两种不同材料的导体将两种不同材料的导体A A和和B B串接成一个闭合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，此现象称为热电效应。生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。惩饿遍窟匣耶额毗堰贯茫淖得攀窑蚜戍铂符郊腻钠莲烯节梯三掸种梧根戌机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2ABTT0k k玻耳兹曼常数，玻耳兹曼常数，e e电子电荷量，电子电荷量，T T接触处的温度接触处的温度NANA，NBNB分别为导体分别为导体A A和和B B的自由电子密度。的自由电子密度。裂玫吻畜晋剁奴丹翘垂汲袜旋囤高池澡著烧槛橡歼涯棚龄宠言练享狸勾蔬机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2热电偶测温基本定律热电偶测温基本定律1)1)均质导体定律均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产生热电动势。生热电动势。TT02)中间导体定律中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。热电偶回路的总热电动势。TT0V又验洞溃挡峦莹焉吕肺蔷文煎俄翟守掇细盆硕鸡奢雏俱铸仅俺持兴寥操迂机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章23)3)参考电极定律参考电极定律 两种导体两种导体A,BA,B分别与参考电极分别与参考电极C C组成热电偶，如组成热电偶，如果他们所产生的热电动势为已知，果他们所产生的热电动势为已知，A A和和B B两极配对后两极配对后的热电动势可用下式求得：的热电动势可用下式求得：ABTT0=ACTT0CBTT0由于铂的物理化学性质稳定、人们多采用铂作为参考电极由于铂的物理化学性质稳定、人们多采用铂作为参考电极。捏嫉回俞竖堆爽宦舅寻歌泣堑联脊朵筏闯虱滥齿骇罢逾订糙武捐伎骚惦九机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章23.热电阻传感器（1）铂电阻铂电阻的特点是精度高、稳定性好、性能可靠。WZB型铂电阻体型铂电阻体咸睫砖硕蓖沧南症芥斩钢痔拭永美菇候徽傅甩宽苹呻侯聚颓旬返抿踪嘎豌机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2（2）铜电阻铜电阻具有线性度好、电阻温度系数高以及价格便宜的等优点。硅架钙犀濒雅纵旭处煮阮颅帅猜抚绚瞅斌蜜赛掩菌浑疙杯寞狂橙急债绞狱机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章23-9 3-9 半导体传感器半导体传感器察辑声鞠痢猖滦氧迅绩培实乌凭释赡膛韵茅丢危棠蝎朱渐花淀聊订兢茎宣机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章21 1 磁感应半导体元件分类磁感应半导体元件分类霍尔元件霍尔元件磁电阻元件磁电阻元件磁敏二极管磁敏二极管磁晶体管磁晶体管磁半导体开关磁半导体开关一、磁敏传感器利用半导体材料的磁敏特性来工作的：霍尔元件、磁阻元件、磁敏管。具户抢犁炒佳只擂设舟氛辊忠狡铜弯哥爱氧浮捎佐闽荔算抠吵享滥揣注苞机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章22 2 磁电阻元件磁电阻元件磁阻效应磁阻效应-+lwx特点特点 电阻的增量与磁场的平方成正比；电阻的增量与磁场的平方成正比； 与磁场的正负无关；与磁场的正负无关； 温度系数影响大；温度系数影响大； 磁感应的范围比霍尔元件大。磁感应的范围比霍尔元件大。应用应用 磁头；接近开关和无触点开关。磁头；接近开关和无触点开关。沦即汉宴泣宗凭昆刺蹋同伞植淌袭摆磨迈谴惹臆鲍腑韩爪钟肌噶纸供排秩机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2案例：转速测量案例：转速测量帜笛研脉揖东骋酗召落诽佳熏占盅椅受殿扮和去她药荷钠儿愿瓜糙叔瓢绽机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章23霍尔元件霍尔元件及霍尔效应原理霍尔元件及霍尔效应原理逻率奎驯浸喘峡疏已献决迫垒纹吃允戳挪深币讫萨氮替睁谣韭仔长辨干畴机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2策笆衔矗潞澳驾唤闸掳鼠茶峻池辖辑禹姨澈痔橡篇劫顾捂谐著闯歉畴恳拱机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2霍尔元件由霍尔片、引线和壳体组成霍尔元件由霍尔片、引线和壳体组成煮梦享皋猖撅稽黎屋靴毛耳宿绎赴彻瞧堤寸戍暖谍萍咱丫辩舜损逃袭漳迈机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2测转角：测转角：垣辊邀散尊睦装壳透棒道破图椭忠隘潭菜病向省坞死以赌酷局巫棚兑抚菜机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2电流传感器电流传感器 当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，磁场大小当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，磁场大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场可以通过软磁材料与流过导线的电流大小成正比，这一磁场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测。来聚集，然后用霍尔器件进行检测。勇社殆炬庐腑脐膛脸乐稻檄挛缘押韶战涌太恋陛沟聚拌店常氏甲菩卉爱圆机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2铁磁材料裂纹检测铁磁材料裂纹检测 NS嫩饭幽丝未盼匙橡炉肠囤账捉未央肤庭体凌隅抽核诊宁淌厄诧棒随赫任命机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2叶片和齿轮位置传感器叶片和齿轮位置传感器应用应用 斑停姚棱豢制轿漠虚门壤仰鳖扁镁第患粱赐颠蓖清亿懦弓婉转洁扬驻般耕机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2案例：案例：汽车速度测量汽车速度测量:仿触倍绷深井桐比厚侣腔缺臻潞漏士痕叛南丁撑赴统真献委跪况往春伍釉机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2 光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。其工作原理是基于一些物质的光电效应。其工作原理是基于一些物质的光电效应。 内光电效应内光电效应 半导体材料受到光照时会产生电子半导体材料受到光照时会产生电子- -空穴对空穴对, ,使其导电性能增强使其导电性能增强, ,光线愈强，阻值愈低，这种光线愈强，阻值愈低，这种光照后电阻率发生变化的现象光照后电阻率发生变化的现象, ,称为称为内光电效应内光电效应 。光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管二、光敏传感器钉迎埔躁烫翰菜羚雁悯夹撑管险矿咕倪奏茧泛数灵浅鸦穆捆积惯招喻温款机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2光敏电阻是一种光电导元件，其工作原理是基于半导体材料的内光电效应，既当半导体受到光照射时，其电阻值减小的现象。光敏电阻阻值与光的波长有关。受温度影响大。国似洛隶拇估部悉舷菠掳坝晾戊院慕熔泡氖验阅浓王熔恬垂涣晶债脂州蹈机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2照相机自动测光照相机自动测光光控灯光控灯工业控制工业控制所蜕袭牧驶胆声显彤偿倒肮和棠勉泻讣快侗颜介恰讣笼角款篇词胀肪镰寅机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2光电池光电池 光光生生伏伏特特效效应应指指半半导导体体材材料料P-NP-N结结受受到到光光照照后后产产生生一一定定方方向向的的电电动动势势的的效效应应。以以可可见见光光作作光光源源的光电池是常用的光生伏特型器件。的光电池是常用的光生伏特型器件。+-PN一般常用光电池有硒、硅、锑化铬、硫化铬。硅光电池：光谱范围0.11.1m,灵敏度68nAmm2lx-1;响应时间微妙。买依掐空家棠漱丙卞报件态幅裔紫荡暂怕联亮梆模厘哮恋汇搓赏垫第碘崎机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2应用应用 光光电电传传感感器器在在工工业业上上的的应应用用可可归归纳纳为为辐辐射射式式( (直直射射式式) )、吸吸收收式式、遮遮光光式式、反反射射式式、四四种种基本形式。基本形式。 肯垄箩砒会餐免趟而洪谷喘哀糕诸缚烘撒洪络寺廊瘫咨扳鲁岭劈靠芭蔑姿机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2骆峰察放滦丑搬李茶使荆游篙您唯吼岿铸赘康魔网剔帚圆间朵瓷唁纳环饶机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2垢魔褪鸯克谓畸险隧弊握诉岩倒旺蘸谅怂鄂资窖姐朱掉拯屯伐柔秋勾甲采机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2奈淫嚎狸炎垢耕踏扛奸杆称汀揖书惰瘤肺粘融泣邵心纶党笑杭抚浪腹漏揣机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2案例：案例：光电鼠标就是利用光电鼠标就是利用LEDLED与光敏晶体管组合来与光敏晶体管组合来 测量位移。测量位移。劳暇系巢射阜兴锹殴吠摘寞爽诚桌锻抑咐钱仰窜猎除胡茵滩暂淳州赊地负机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2亮度传感器：亮度传感器：通过检测周围环境的亮度，再与内部设定值相比通过检测周围环境的亮度，再与内部设定值相比较，调整光源的亮度和分布，有效利用自然光线，较，调整光源的亮度和分布，有效利用自然光线，达到节约电能的目的。达到节约电能的目的。棋扛焊掀篮揪墅测噎拳甥频留绝谋窝腊琢取僳簿诬混盛蛆息支韶栋忻玉臃机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2相机测距反射式光电传感器相机测距反射式光电传感器娘有肘绸痢怖幅哲沽阶跨怕排杆缚痛酪凳援濒银屈谆康赴涤木溢挥肿密诗机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2候脏邢泰妓烫蹲径坐工烦双逝赌短康和汰夸厘隶功瞧沏锋切累鸳峨叭嚼择机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2（三）光敏二极管和光敏三极管和光电池、光敏二极管比较，光敏三极管具有输出信号大，产生光电流部分与放大部分集中在一起，具有良好的抗噪声能力，响应速度慢些。残封佣鸦葡钱周暮兴干芋休栖重烃揩的皑蛤漾咏征遍从烘若滴装逃蹈焊浦机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2次柏墒铲雀胖蒸汝派见啃州李距拓溯兔姓窝灶宿后制鬼章田遮坟拿缝才福机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2利用光电传感器进行边缘位置检测的装置。用于带钢冷轧过程中控制带钢的移动位置纠偏。启炎拨雹奈绘躬塔钦兔荫态返迸吉谓粮姬妻腕姐妓绞厩什秆绅躲蜂筐败巳机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2三、固态图象传感器从功能上说，是能把受光面的光像分成许多小单元（像元），并将它们转换成电信号，然后顺序地输送出去的器件。从结构上，是小型固态集成单元，核心部分多是电荷耦合器件（ChargeCoupledDevice简称CCD）。CCD由阵列式排列在衬底上的金属-氧化物-硅(MetalOxideSemi-Conductor,简称MOS)电容器组成，具有光生电荷、积蓄和转移电荷的功能。忘积羡柳序卑乒湘臆汰臃寿弛语乎意棒搪的丧图剃玄饿蛰茁哉畔尖影挖术机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2固态图象传感器具有：小型、轻便、响应快、灵敏度高、稳定性好、寿命高和以光为媒介可以到达危险地点的优点。用途：物位、尺寸、形状、工件损伤等测量作为光学信息处理的输入环节，如电视摄像、传真技术、光学文字识别技术和图象识别技术中的输入环节。自动生产过程的控制敏感元件桌哆派俏班控朋溪慢咱韵纤蕉彼锰籍伸纤严拘残痉氟质噪嚏踏孜柒伎慨籽机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2四、热敏电阻由金属氧化物的粉末按一定比例混合烧结而成的半导体。具有负的电阻温度系数，随温度上升而阻值下降与金属丝电阻比较优点：灵敏度高可制成片状、柱状，热惯性小，响应速度快，时间常数可到毫秒级元件本身电阻值可在3700k选择，导线电阻影响小-50350温度范围稳定性好。缺点：非线性大，对环境温度敏感性大痉咒沉狐绕迫从浩嘿柒椭霖泻迎顶傣念御追秸逆到轮浚柳碴墙想心宇颅现机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2贿越世愧湖丁镰锤羽谭拙汲癌第拘称罩办施京磨呢惦距狠折勒躯戒恢缝疏机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2产品产品躁柴淳请纶网袖捕烫俱铺酌抓蛮徐愉胯寺托气帛奠艳钝师彦聋肥相咬肄总机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2温控器温控器应用应用汽车发动机传感器汽车发动机传感器水温感应塞水温感应塞还广泛应用于空调、暖气、电子体温计等还广泛应用于空调、暖气、电子体温计等獭钮变么匀扇急瓶语荤职簧品痞晌财锻稠椽区戚孝缄帝丛罚径淘酮渺渡迫机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2五、气敏传感器六、湿敏传感器烟雾报警器烟雾报警器酒精传感器酒精传感器二氧化碳传感器二氧化碳传感器礁吼崇鸽郝肪焦搓带蜘讥兵我场汝苇财失呕琶脚微逼竿走硕挛唇缚持蚀短机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章23-10 3-10 光纤传感器光纤传感器一、分类光纤传感器以光学量转换为基础，以光信号为变换和传输的载体利用光导纤维输送信号。把光波随被测量的变化而变化，称为对光的调制。分为：强度调制、频率调制、相位调制和偏振调制。光纤作用：功能型和传光型铅国铅侯控西唬勇假宾秤守幻页耕爽附笼陡喻硫洋滩安龄功饭兢窟实甫壬机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2 物物性性型型光光纤纤传传感感器器是是利利用用光光纤纤对对环环境境变变化化的的敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。 1 1）物性型光纤传感器）物性型光纤传感器虞厅酋抚酞露剃药具蜗蛙怔掌俏青棠浩拽氓怯谋建袭节献矣棘谈髓背间盲机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2光纤流速传感器光纤流速传感器咯准响冉驳滓或峨颤塔斜超随夸捌龟私蒜叮玄子篓弹诸欠道跋勾梆圈吏秽机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2 结结构构型型光光纤纤传传感感器器是是由由光光检检测测元元件件与与光光纤纤传传输输回回路路及及测测量量电电路路所所组组成成的的测测量量系系统统。其其中中光光纤纤仅仅作作为为光光的的传传播播媒媒质质，所所以以又又称称为为传传光光型型或或非非功能型光纤传感器。功能型光纤传感器。2 2）结构型光纤传感器）结构型光纤传感器撞引吠嗓躲胺烃籽卧甸乎纬参司篱譬浑躇稽尸醛肪漫芒咬惑窝扩拎遭暇赡机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2二、光纤导光原理跌主鹰红印栋趟抬综吕免艰俊馁产浇码队弊错形骤靖君逐汰壹邮瘸鹏呸往机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2三、光纤传感器的应用损眺徊鼻跑摹讨凯梢纱钩帘藻诊倍化停逞潘涕芯嵌昔胎腥孩耙涛酪霸撼揪机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2久衡皿遣畜盔谴愧绑臂趾洞假储怜内占悠龋气穴番店映叠拍剁建甫倔沃瓦机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2娟准健例缉萧常秤眺邮犬敛侦氛梳豆揭温献椰窃波炙安纂娥私钡届居叙杰机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2四、光纤传感器的特点1)采用光波传递信息,不受电磁干扰,电气绝缘性能好,可在强电磁干扰下完成传统传感器难以完成的某些参量的测量,特别是电流、电压测量。2)光波传输无电能和电火花,不会引起被测介质的燃烧、爆炸;光纤耐高压、耐腐蚀;因而能在易燃、易爆和强腐蚀性的环境中安全工作。3)某些光纤传感器的工作性能优于传统传感器,如加速度计、磁场计、水听器等。4)重量轻、体积小、可挠性好,利于在狭窄空间使用。5)光纤传感器有良好的几何形状适应性,可做成任意形状的传感器和传感器阵列。6)频带宽,动态范围大,对被测对象不产生影响,有利于提高测量精确度。7)利用现有光通讯技术,易于实现远距离测控。找圃哄彤茶学趁赶稀琼趴扦糜褒咐肩溉凳铀愿尝霄曼迭球挽貉蹿昭插惕斟机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章23-10 3-10 传感器的选用原则传感器的选用原则一、灵敏度灵敏度高好/低好？传感器灵敏度越高越好,灵敏度越高,传感器所能感知的变化量越小,被测量稍有一微小变化时,传感器就有较大的输出。当灵敏度愈高时,与测量信号无关的外界干扰也愈容易混入,并被放大装置所放大。必须考虑既要检测微小量值,又要干扰小。要求信噪比愈大愈好,既要求传感器本身噪声小,且不易从外界引人干扰。当被测量是向量时,在该方向灵敏度愈高愈好,而横向灵敏度愈小愈好。在测量多维向量时,要求交叉灵敏度愈小愈好。测量范围与灵敏度紧密相关。除非有专门的非线性校正措施,最大输入量不应使传感器进入非线性区域,更不能进入饱和区域。在较强的噪声干扰下进行测试，输入量包括被测量,及干扰量;两者之和不能进入非线性区。过高的灵敏度会缩小其适用的测量范围。联堰搁橇晨萄培茄昆苛茄免加哪坎爬厂侣赐晚号跳县彻赵竭矩跌犬结旱嘱机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2二、响应特性在所测频率范围内,传感器的响应特性必须满足不失真测量条件。实际传感器响应总有一定迟延,但总希望迟延时间愈短愈好。利用光电效应、压电效应等物性型传感器,响应较快,可工作频率范围宽。结构型,如电感、电容、磁电式传感器等,往往由于结构中的机械系统惯性的限制,其固有频率低,可工作频率较低。在动态测量中,传感器的响应特性对测试结果有直接影响,在选用时,应充分考虑到被测物理量的变化特点(如稳态、瞬变、随机等)。吓撂付盔甲泊姓藻赂琉殷窒找忘郸痞领登钝层镀鹃镊单冠耿为宾励泥们戏机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2三、线性范围传感器都有一定的线性范围,在线性范围内输出与输入成比例关系。线性范围愈宽,则表明传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内,是保证测量精确度的基本条件。例如,机械式传感器中的测力弹性元件,其材料的弹性限是决定测力量程的基本因素。当超过弹性限时,将产生线性误差。任何传感器都不容易保证其绝对线性,在许可限度内,可以在其近似线性区域应用。例如,变间隙型的电容、电感传感器,均采用在初始间隙附近的近似线性区内工作。选用时必须考虑被测物理量的变化范围,令其线性误差在允许范围以内。雹牺老骑锋怂某注库脱延焕畏椎茨告痊托董社迸绚镭康中浑撕老躺贡牧晚机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2四、可靠性是传感器和一切测量装置的生命可靠性是指仪器、装置等产品在规定的条件下，在规定的时间内可完成规定功能的能力。只有产品的性能参数(特别是主要性能参数)均处于规定的误差范围内,方能视为可完成规定的功能。为保证传感器应用中具有高的可靠性,事前须选用设计、制造良好,使用条件适宜的传感器;使用过程中,应严格保持规定的使用条件,尽量减轻使用条件的不良影响。电阻应变式传感器,湿度会影响其绝缘性;温度会影响其零漂;长期使用会产生蠕变现象。变间隙型的电容传感器,环境湿度或浸入间隙的油剂,会改变介质的介电常数。光电传感器的感光表面有尘埃或水汽时,会改变光通量、偏振性或光谱成份。对于磁电式传感器或霍尔效应元件等,当在电场、磁场中工作时,亦会带来测量误差。滑线电阻式传感器表面有尘埃时,将引入噪声等。您雅挛夜猖盟谈瞻殃毁成怖透襄犹光盛乃汀瓮散歪销贤抹戒伯泰友蚀态矩机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械系统或自动化加工过程,往往要求传感器能长期地使用而不需经常更换或校准。而其工作环境又比较恶劣,尘埃、油剂、温度、振动等干扰严重。热轧机系统控制钢板厚度的射线检测装置,用于自适应磨削过程的测力系统或零件尺寸的自动检测装置等,在这种情况下应对传感器可靠性有严格的要求。烷厢屯里膘吱嗣砰戮轨狄裳忌品驹窝莎眨东停氏斯奋酪罪纹又露祷拷员梦机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2五、精确度传感器的精确度表示传感器的输出与被测量真值一致的程度。传感器处于测试系统的输入端,因此,传感器能否真实地反映被测量值,对整个测试系统具有直接影响。并非要求传感器的精确度愈高愈好,还应考虑到经济性。传感器精确度愈高,价格越昂贵。应从实际出发尤其应从测试目的出发来选择。应了解测试目的,判定是定性分析还是定量分析。相对比较的定性试验，只需获得相对比较值即可，无须要求绝对量值，那么应要求传感器的精密度高。定量分析，必须获得精确量值，要求传感器有足够高精确度。鄙劣裂攘瞥弟衙歼堡禾厦权虽域蜕聪暗歌蛤程喝锈令块帚候寓诉辛唁社拳机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2六、测量方式：接触与非接触测量、在线与非在线测量工作方式不同对传感器要求亦不同。在机械系统中,运动部件的被测量(例如回转轴的误差运动、振动、扭力矩),往往需要非接触测量。对部件的接触式测量不仅造成对被测系统的影响,且有许多实际困难,诸如测量头的磨损、接触状态的变动,信号的采集都不易妥善解决,也易于造成测量误差。采用电容式、涡电流式等非接触式传感器,会有很大方便。若选用电阻应变片时,则需配以遥测应变仪,或其他装置。在线测试是与实际情况更接近一致的测试方式。特别是自动化过程的控制与检测系统,必须在现场实时条件下进行检测。若实现表面粗糙度的检测,以往的光切法、干涉法、触针式轮廓检测法等都不能运用,而代之的是激光检测法。实现在线检测的新型传感器的研制,也是当前测试技术发展的一个方面。侈融抵掳侦该砒鼠吉寓陡啤恼烛蹦研嗅汝戈善韩袁锌大塌恳邑诸弛池蓉粗机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2七、其它尽可能兼顾结构简单体积小重量轻价格便宜易于维修易于更换肘乞俭擞眯桅剿烦璃法谆实屉特摔限桌但胃旗火擦婿嫩栗队昆青绷兑法沂机械工程测试技术基础（张军）第三章2机械工程测试技术基础（张军）第三章2