中国科学技术大学：《工程试验理论和现代测量技术》第二章 传感器的基本类型和工作原理

第二章传感器的基本类型 和作原理 程晓舫 中国科学技术大学 工程科学学院 热科学和能源工程系

1 第二章 传感器的基本类型 和工作原理 程晓舫 中国科学技术大学 工程科学学院 热科学和能源工程系

S2传感器的基本类型和作原理 6§2.1概述 §2.2电阻式传感器 §2.3电感式传感器 6§2.4电容式传感器 6§2.5压电式传感器 6§2.6磁电式传感器 §2.7霍尔传感器 6§2.8热电式传感器 6§2.9光电式传感器 §2.10传感器阶数和传递函数

2 §2 传感器的基本类型和工作原理 §2.1 概述 §2.2 电阻式传感器 §2.3 电感式传感器 §2.4 电容式传感器 §2.5 压电式传感器 §2.6 磁电式传感器 §2.7 霍尔传感器 §2.8 热电式传感器 §2.9 光电式传感器 §2.10 传感器阶数和传递函数

s2.1概述 囹传感的定义:将一种物理变量转变成另一种更合适的物理 变量。 传感器静态函数:y=f(x,N) 传感器的要求 是单调函数:×04 by ox of △x+ 确保在测量范围内输入量和输出量一一对应 是的恒定函数: aN 使环境变化的影响因素降至为零

3 §2.1 概述 传感的定义：将一种物理变量转变成另一种更合适的物理 变量。 • 传感器静态函数： 传感器的要求 • 是 的单调函数： –确保在测量范围内输入量和输出量一一对应 • 是 的恒定函数： –使环境变化的影响因素降至为零 y = f (x,N) N N f x x f y     +    = x  0   x f = 0   N f N

s2.1概述 更合适的物理变量:电—电测法 电测仪表惯性小、无摩擦,适于动态测量 易改变量程,故测量范围大 可进行数学运算 易于集中监测和远距离测量 易于与调节、控制设备可靠联系 E电测传感器类型 ●能量型 直接输出电能:电压、电流 参数型 改变电路参数:电阻、电感、电容

4 §2.1 概述 更合适的物理变量：电——电测法 – 电测仪表惯性小、无摩擦，适于动态测量 – 易改变量程，故测量范围大 – 可进行数学运算 – 易于集中监测和远距离测量 – 易于与调节、控制设备可靠联系 电测传感器类型 • 能量型 – 直接输出电能：电压、电流 • 参数型 – 改变电路参数：电阻、电感、电容

s2.2电阻式传感器 §2.2.1电位计式 电阻定律 R 力E A-△A 图2.5电阻体 5

5 §2.2 电阻式传感器 §2.2.1 电位计式 • 电阻定律 A l R = 

s2.2电阻式传感器 6§2.2.2应变式 △R△O△l△A 电阻定律 R L A 体积计算 应变(材料力学) △F△4△l 密度计算 △D△ △R △R =2E R R 灵敏系数 K0=1.6-3.6 6

6 §2.2 电阻式传感器 §2.2.2 应变式 • 电阻定律 • 体积计算 • 应变（材料力学） • 密度计算 • 灵敏系数 K0=1.6-3.6 l l V V l l A A V V A A l l R R  =  =   +  =   −  +  =        0 2 , K R R R R =  = 

s2.2电阻式传感器 §2.2.3热电阻 材料的电阻率与温度有关 金属的电阻随温度升高而变大 R=Ro+a 半导体的电阻随温度升高而减小 R B/ 0e

7 §2.2 电阻式传感器 §2.2.3 热电阻 • 材料的电阻率与温度有关 –金属的电阻随温度升高而变大 –半导体的电阻随温度升高而减小 R R ( t) t = 0 1+ B T t R R e = 0

s2.2电阻式传感器 了.0 6.0 l60 c3.0 80 2 200100010200300400500070 200 120 r:'L 酽:t 图4-6金属电阻随温度变化的曲线 图4-7半导体热敏电阻特性曲线 第三节电感式传感器 8

8 §2.2 电阻式传感器

s2.2电阻式传感器 §2.2.4电阻式传感器的阶数和传递函数 ?阶仪表 传递函数 E电位计式 R=p 零阶 K △R △R A 2E, 应变式R R 阶 K= RK R+at 热电式 R 零阶 K=ORo R= ro B/T 热电式 零阶 K=-BR/T2 9

9 §2.2 电阻式传感器 §2.2.4电阻式传感器的阶数和传递函数 ？阶仪表 传递函数 电位计式 零阶 应 变 式 零阶 热 电 式 零阶 热 电 式 零阶 A l R =  RRt  tR = R =R =R0K 0(1e + B T t) A K  = K = RK0 K =R0 2 K = −BRt /T  0 2 , K R R R R =  =  R R ( t) t = 0 1+ B T t R R e = 0

s2.3电感式传感器 L=w/RM ·L:电感量 R l1,28 W:线圈匝数 A10 ·Rm:总磁阻 导磁体磁导率 1:空气隙导率 20 S:空气隙厚度 ·A:空气隙面积

10 §2.3 电感式传感器 • L ：电感量 • w ：线圈匝数 • Rm：总磁阻 • ：导磁体磁导率 • ：空气隙导率 • ：空气隙厚度 • A ：空气隙面积 L w RM / 2 = =  + A A l R i i i M 0 2      2 0 2 w A L    i 0