常用传感器原理及应用精编.ppt

三、压电元件常用的结构形式 ???? 在实际使用中，如仅用单片压电元件工作的话，要产生足够的表面电荷就要很大的作用力，因此一般采用两片或两片以上压电元件组合在一起使用。由于压电元件是有极性的，因此连接方法有两种：并联连接和串联连接。 并联连接：两压电元件的负极集中在中间极板上，正极在上下两边并连接在一起，此时电容量大，输出电荷量大，适用于测量缓变信号和以电荷为输出的场合。 串联连接：上极板为正极，下极板为负极，在中间是一元件的负极与另一元件的正极相连接，此时传感器本身电容小，输出电压大，适用于要求以电压为输出的场合，并要求测量电路有高的输入阻抗。 4.5 磁敏传感器 磁敏传感器的磁敏元件对磁场敏感，能够将磁学物理量转换成电信号。磁敏元件有霍尔元件、磁敏电阻、磁敏管等。 一、霍尔效应 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。 二、霍尔元件 基于霍尔效应工作的半导体器件称为霍尔元件，霍尔元件多采用N型半导体材料。霍尔元件越薄(d越小)，kH就越大，薄膜霍尔元件厚度只有1μm左右。 目前最常用的霍尔元件材料有锗(Ge)、硅(Si)、锑化铟(InSb)、砷化铟(InAs)等半导体材料。 三、应用举例 a端通入电流I，根据霍尔效应，左半部产生霍尔电势VH1，，右半部产生露尔电势VH2，其方向相反。因此，c、d两端电势为VH1—VH2。如果霍尔元件在初始位置时VH1=VH2，则输出为零；当改变磁极系统与霍尔元件的相对位置时，即可得到输出电压，其大小正比于位移量。 霍尔元件可以用来测量磁场强度、位移、力等，体积小，使用方便，无接触测量。 第四章 常用传感器原理及应用 4.1 概述 4.2 电阻应变式传感器 4.3 电感式传感器 4.4 电容式传感器 4.5 压电式传感器 4.6 磁敏传感器 4.7 光电式传感器 4.8 集成传感器 4.1 概述 一、传感器的定义 传感器（transducer/senor）是将被测量按一定规律转换成 便于应用的某种物理量的装置。通常将传感器看作是一个把被测非电量转换成电量的装置。 测力计 压力计 温度计 二、传感器的组成 传感器通常由三部分组成： 敏感元件： 直接感受被测量,输出与被测量成确定关系。 转换元件： 敏感元件的输出就是转换元件的输入,它把输入转 换成电量参量 。 转换电路： 把转换元件输出的电量信号转换为便于处理、显 示、记录或控制的有用的电信号的电路。 三、传感器的类型 1、按被测对象分：位移传感器、压力传感器和压力传感器等； 2、按工作原理分：电阻应变式、电感式、电容式和压电式等； 3、按被测量的转换特征分：结构型和物性型。 结构型传感器：是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转换的。例如，电容式传感器依靠极板间距离变化引起电容量变化；电感式传感器依靠衔铁位移引起自感或互感变化等。 物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换的。例如利用水银的热胀冷缩现象制成水银温度计来测温；利用石英晶体的压电效应制成压电测力计等。 4、按照能量的传递方式分：能量控制型和能量转换型。 能量控制型传感器是从外部供给辅助能量使其工作的，并由被测量来控制外部供给能量的变化；能量转换型传感器是直接由被测对象输入能量使其工作的，例如，热电偶温度计、弹性压力计等 。 4.2 电阻应变式传感器 一、电阻应变式传感器 电阻应变式传感器是一种利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器，最常用的传感元件为电阻应变片。 应用范围：可测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数。 1、金属电阻应变片 金属电阻应变片的工作原理是基于金属的电阻应变效应工作的。 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，称为金属的电阻应变效应。 金属应变片的结构和测量原理 电阻丝应变片是用直径为0.025mm具有高电阻率的电阻丝制成的。为了获得高的阻值，将电阻丝排列成栅状，称为敏感栅，并粘贴在绝缘的基底上。电阻丝的两端焊接引线。敏感栅上面粘贴有保护作用的覆盖层。 原理公式： K0称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。通常K0=1.7～3.6 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。 应用： 将应变片粘贴于弹性体表面或者直接将应变片粘贴于被测试件上。弹性体或试件的变形通过基底和粘结剂传递给敏感栅，其电阻值发生相应的变化，通过转