汽車電子學(xué)課件第3章 傳感器.ppt

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1、第三章、傳感器測(cè)量原理本章學(xué)習(xí)要求：1.了解傳感器的分類2.掌握常用傳感器測(cè)量原理3.了解傳感器測(cè)量電路3.1概述1.傳感器定義傳感器是借助于檢測(cè)元件接收一種形式的信息，并按一定的規(guī)律將所獲取的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多為電信號(hào)。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。物理量電量2.傳感器的構(gòu)成傳感器一般由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件是傳感器的核心，它的作用是直接感受被測(cè)物理量，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對(duì)敏感器件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。dV3.傳感器的分類(1)按被測(cè)物理

2、量分類:(2)按工作的物理基礎(chǔ)分類:(3)按信號(hào)變換特征:(4)按敏感元件與被測(cè)對(duì)象之間的能量關(guān)系:位移,力,溫度等.機(jī)械式,電氣式,光學(xué)式,流體式等.物性型,結(jié)構(gòu)型.能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型.4.常見的被測(cè)物理量機(jī)械量:長(zhǎng)度,厚度,位移,速度,加速度,旋轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)數(shù),質(zhì)量,重量,力,壓力,真空度,力矩,風(fēng)速,流速,流量;聲:聲壓,噪聲.磁:磁通,磁場(chǎng).溫度:溫度,熱量,比熱.光：亮度，色彩A物性型與結(jié)構(gòu)型傳感器物性型:依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換.例如:水銀溫度計(jì),壓電測(cè)力計(jì).結(jié)構(gòu)型:依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)變.例如:電容式和電感式傳感器

3、.B能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型傳感器能量轉(zhuǎn)換型:直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作.例如:熱電偶溫度計(jì),壓電式加速度計(jì).能量控制型:從外部供給能量并由被測(cè)量控制外部供給能量的變化.例如:電阻應(yīng)變片.3.2電阻式傳感器電阻式傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器,按工作的原理可分為:變阻器式、電阻應(yīng)變式、熱敏式、光敏式、電敏式.123132直線型旋轉(zhuǎn)型1變阻器式傳感器(1)工作原理等效電路分析:Rp-總電阻;xp-變阻總長(zhǎng);RL負(fù)載電阻;x-電刷移動(dòng)量.132xxpEinEoutRxRLRp-Rx0x100%100%Output0負(fù)載效應(yīng)(2)變阻器式傳感器的性能參數(shù):1

4、)線性(或曲線的一致性);4)移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)角度范圍;2)分辨率;5)電阻溫度系數(shù);3)整個(gè)電阻值的偏差;6)壽命;(3)變阻器式傳感器的分類變阻器按電阻元件分單圈電位器直線滑動(dòng)式電位器多圈電位器混合式電位器導(dǎo)電塑料電位器金屬陶瓷電位器線繞電位器(4)變阻器式傳感器的特點(diǎn)電阻器制作特點(diǎn)繞線式直徑0.012-0.1mm的鎳鉻合金的精密電阻絲繞在絕緣的薄膜銅絲或絕緣膠木板等卷芯上而制作電阻溫度系數(shù)非常好，為±5-20*10-6/0C;精度,穩(wěn)定性,重復(fù)性比薄模式好,分辨力低于薄模式.金屬陶瓷式電阻膠印在陶瓷基板上,并用高溫?zé)贫?分辨力高,環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)前,電阻溫度系數(shù),為

5、±200*10-6/0C左右.導(dǎo)電-塑料式將基板的樹脂與電阻墨制成一體,獲將電阻膠涂于薄膜基片上.分辨力,壽命,高速現(xiàn)響應(yīng)特性好,電阻溫度系數(shù)為±400*10-6/0C混合式導(dǎo)電性樹脂涂于限繞式電阻元件上兼有繞線式和導(dǎo)電-塑料式的優(yōu)點(diǎn),電阻溫度系數(shù)為±150*10-6/0C(5)應(yīng)用案例：重量的自動(dòng)檢測(cè)--配料設(shè)備重量設(shè)定原材料比較原理用彈簧將力轉(zhuǎn)換為位移;再用變阻器將位移轉(zhuǎn)換為電阻的變化案例：煤氣包儲(chǔ)量檢測(cè)原理直接將代表煤氣包儲(chǔ)量的高度變化轉(zhuǎn)換為鋼絲的電阻變化煤氣包鋼絲特點(diǎn)：（1）測(cè)量量程大；（2）防爆；（3）可靠；（4）成本低。2電阻應(yīng)變式傳感器--應(yīng)變片金屬電

6、阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值隨著它所受機(jī)械變形(伸長(zhǎng)或縮短)的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。1)工作原理金屬應(yīng)變片的電阻R為(1)當(dāng)?不變時(shí)金屬應(yīng)變計(jì)(2)當(dāng)?變化時(shí)半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)2)金屬應(yīng)變計(jì)金屬應(yīng)變計(jì)有:絲式和箔式優(yōu)點(diǎn):穩(wěn)定性和溫度特性好.缺點(diǎn):靈敏度系數(shù)小.3)半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)變靈敏度大;體積小;能制成具有一定應(yīng)變電阻的元件.缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。4)應(yīng)變片的主要參數(shù)1）幾何參數(shù)：表距L和絲柵寬度b，制造廠常用b×L表示。2）電阻值：應(yīng)變計(jì)的原始電阻值。3）靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計(jì)變換性能

7、的重要參數(shù)。4）其它表示應(yīng)變計(jì)性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。案例：橋梁固有頻率測(cè)量原理在橋中設(shè)置一三角形障礙物，利用汽車礙時(shí)的沖擊對(duì)橋梁進(jìn)行激勵(lì)，再通過應(yīng)變片測(cè)量橋梁動(dòng)態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。5)應(yīng)用案例：電子稱原理將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。3.3電感式傳感器電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被測(cè)量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。分類:電感式傳感器自感型可變磁阻型渦流式互感型1自感型--可變磁阻式a)可變導(dǎo)磁面積型b）差動(dòng)型c）單螺管線圈型d）雙螺管線圈差動(dòng)原理:電磁感應(yīng)雙螺管線圈差動(dòng)型傳感器