《传感器原理与应用》课程教学课件（讲稿）总结复习

学习目的与要求 目的：掌握各种传感器的工作原理、测量电路，主要 特性，应用范围等；了解传感器信号的加工调理。 成绩评定 ·平时成绩30分； ·期末闭卷考试70分。 ·题型： 填空、选择约30~35% 简答题约占15~20% 计算题约占30~35% 综合题约占10~15%

学习目的与要求 目的：掌握各种传感器的工作原理、测量电路，主要 特性，应用范围等；了解传感器信号的加工调理。 成绩评定 • 平时成绩30分； • 期末闭卷考试70分。 • 题型： 填空、选择约30~35％ 简答题约占15~20％ 计算题约占30~35％ 综合题约占10~15％

第1章概述 1.检测系统的组成 一个完整的检测系统包括三部分：传感器(sensor/transducer)、信 号调理器(signal conditioner)和输出单元(output unit),其结构 如图1-1所示。 标准 显示或记录装置 被测量 电信号 电信号 敏感/转换元件 信号调理器 通信接口 2.传感器的组成和分类： 控制装置 被测量 敏感 转换 基本转 电量 元件 件 换电路 敏感元件：直接感受被测量。 转换元件：把敏感元件的输出转换为电路参量。 基本转换电路：将电路参数转换成电量输出

1.￾￾检测系统的组成 一个完整的检测系统包括三部分：传感器 (sensor／transducer)、信 号调理器 (signal conditioner) 和输出单元 (output unit) ，其结构 如图1-1 所示。 第1章 概述 2.传感器的组成和分类： 敏感元件：直接感受被测量。 转换元件：把敏感元件的输出转换为电路参量。 基本转换电路：将电路参数转换成电量输出

目前较为普遍的划分标准有两种： 一是按输入被测量分，二是按工作原理分。 3.传感器的静态性能指标有：灵敏度、阈值、分辨力、线性度、 滞后度、精度等。 (1)灵敏度(sensitivity)：传感器在稳定条件下，输出变化 量与输入变化量之比。对于线性传感器，灵敏度为 Dy (2)线性度(inea) 或非线性误差 ：度量传感器 输出输入之间线性程度的一种指标，定义为输出一输入特性曲线与 理论直线之间的最大偏差与输出满度值之比，即 84 Dyms 100%

目前较为普遍的划分标准有两种： 一是按输入被测量分，二是按工作原理分。 ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾3.传感器的静态性能指标有：灵敏度、阈值、分辨力、线性度、 滞后度、精度等。 ￾￾￾￾￾￾（1） 灵敏度（sensitivity）：传感器在稳定条件下，输出变化 量与输入变化量之比。对于线性传感器，灵敏度为 ￾￾￾￾￾￾￾￾（2） 线性度（linearity）或非线性误差￾￾￾￾￾￾￾：度量传感器 输出输入之间线性程度的一种指标，定义为输出—输入特性曲线与 理论直线之间的最大偏差与输出满度值之比，即

满度引用误差（简称满度误差） mm 该误差是为了评价测量仪表精度而引入的，但实际中常用 最大引用误差（满度引用误差）来表述。 测量仪表精度分为0.1、0.2、0.5、1.5、2.0、2.5、 5.0等

￾￾￾￾￾￾该误差是为了评价测量仪表精度而引入的，但实际中常用 最大引用误差（满度引用误差）来表述。 ￾￾￾￾￾￾测量仪表精度分为0.1、0.2、0.5、1.5、2.0、2.5、 5.0等。 ￾￾￾￾￾￾￾满度引用误差（简称满度误差）

电阻传感器 Strain gage transducer 非电量一·应变 电阻应变片 电阻变化→电量 弹性元件 传感器 1.电阻应变效应与压阻效应 导体或半导体材料在外应力作用下，会产生机械变形，其电阻值出 将随着发生变化，这种现象称为电阻应变效应。 固体受到作用力后，电阻率发生变化，这种效应称为压阻效应。 2.应变片的灵敏度和电阻值 k=DR/R 应变片的电阻值 e 目前常用的电阻系列有：602、1202、2002、3502、 5002、10002、15002等

应变式电阻传感器 非电量 应变 电阻应变片 弹性元件 电阻变化 电量 传感器 Strain gage transducer 固体受到作用力后，电阻率发生变化，这种效应称为压阻效应。 1￾.电阻应变效应与压阻效应 导体或半导体材料在外应力作用下，会产生机械变形，其电阻值也 将随着发生变化，这种现象称为电阻应变效应。 电阻传感器 应变片的电阻值 目前常用的电阻系列有：60Ω、120Ω、200Ω、350Ω、 500Ω、1000Ω、1500Ω等， 2.应变片的灵敏度和电阻值

电阻传感器 2.电阻应变式传感器的测量电路 直流电桥(direct current bridge) 1)直流电桥的平衡条件 RR-RR RV (R+R)(R+R) RR=RRs 2)电压灵敏度K, 和非线性误差g, Uo DRE U DR 0+n}R K E DR/R &- R (1+n) U。 1+n+DR R 1=1即等臂电桥时，电压灵敏度K有最大值。 此时的输出电压为 E DR E Uo Ku 4

直流电桥（direct￾current￾bridge) ￾￾￾￾￾1）直流电桥的平衡条件 2.￾电阻应变式传感器的测量电路 即等臂电桥时，电压灵敏度￾￾￾￾￾有最大值。 此时的输出电压为￾￾ 2）电压灵敏度￾￾￾￾￾￾￾和非线性误差 电阻传感器

电阻传感器 3.采用差动电桥-一提高电压灵敏度同时减小或消除非线性误差 (a)半桥差动电路 K.=E/2g=0 (b)全桥差动电路 U-BDR,Ko-E R 81=0 D (a)半桥差动电路 (b)全桥差动电路

3.￾采用差动电桥 -提高电压灵敏度同时减小或消除非线性误差 (a)半桥差动电路￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾(b)全桥差动电路 ￾￾￾￾￾ (a)半桥差动电路 ￾￾(b)全桥差动电路 ￾￾￾￾￾ 电阻传感器

电容传感器 电容式传感器分类 d一变极距（间隙）式：测量微小线位移 eA e,eA S一变面积式：测角位移或较大线位移 d d :一变介电常数式：测液位、湿度、密度 化产 2peh h In(R/r) 几种电容式传感器结构图

—变极距（间隙）式：测量微小线位移 S —变面积式：测角位移或较大线位移 ε—变介电常数式：测液位、湿度、密度 几种电容式传感器结构图 电容传感器 电容式传感器分类

电容传感器 变极距（间隙）式 DCC 1 心灵敏度： K- Dd Dd 非线性误差： 100% d 采用差动结构提高灵敏度，减小非线性 ☑灵敏度： K=DC/C =2 Dd do ⑦非线性误差： g-(D410 灵敏度提高2倍， 非线性误差变为 原来的平方

ü灵敏度： ü非线性误差： 采用差动结构提高灵敏度,减小非线性 C1 C2 ￾ 1 Ø灵敏度 ￾ 2 : Ø非线性误差 : 灵敏度提高2倍， 非线性误差变为 原来的平方。 电容传感器 变极距（间隙）式

电容传感器 【例】：单组式变面积型平板形线位移电容传感器，两极板相对 覆盖部分的宽度为4mm,两极板的间隙为0.5mm,极板间 介质为空气，试求其静态灵敏度？若两极板相对移动2m, 求其电容变化量。 eA eb(a-Dx)eba ebDx d d d d =co-d De= eb eb Dx =Co Dx K- eb 8.851012'4 d 68.8 pf mm a d 0.5 DC=KDX=68.8'2=137.6pf

【例】：单组式变面积型平板形线位移电容传感器，两极板相对 覆盖部分的宽度为4mm，两极板的间隙为0.5mm，极板间 介质为空气，试求其静态灵敏度?若两极板相对移动2mm， 求其电容变化量。 电容传感器