【正文】 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 案例：機(jī)器人握力測量 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 案例： 振動(dòng)式地音入侵探測器 適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、打洞、爆破等破壞行為均可及時(shí)發(fā)現(xiàn)。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 電容式傳感器 變換原理 :將被測量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化 兩平行極板組成的電容器 ,它的電容量為 : ??? AC 0?+ + + ? A ? δ 、 A或 ε 發(fā)生變化時(shí) ， 都會(huì)引起電容的變化 。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 電容式傳感器 a)極距 δ 變化型 + + + ??? AC 0?+ + + 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 駐極體電容傳聲器 它采用聚四氟乙烯材料作為振動(dòng)膜片。這種材料經(jīng)特殊電處理后，表面永久地駐有極化電荷，取代了電容傳聲器極板，故名為駐極體電容傳聲器。特點(diǎn)是體積小、性能優(yōu)越、使用方便。 電容式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 b)面積變化型 ??? AC 0?角位移型 + + + 電容式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 ??? AC 0?平面線位移型 電容式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 柱面線位移型 . ??? AC 0? 電容式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 產(chǎn)品 . 陶瓷電容壓力傳感器 液體壓力作用在陶瓷膜片的表面，使膜片產(chǎn)生 位移。 電容式傳感器 壓力變送器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 c) 介質(zhì)變化型 ??? AC 0? 電容式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 產(chǎn)品 . 電容式液位傳感器（液位計(jì) /料位計(jì)） 電容式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 電容式接近開關(guān) 振蕩電路 被測物體 感應(yīng)電極 被測電容 測量頭構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，另一個(gè)極板是物體本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時(shí)，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化 .接近開關(guān)的檢測物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。 電容式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 電容式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 3 測量電路 a)電橋電路 電容式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 b) 諧振電路 LCfπ210 ? 電容式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 c) 運(yùn)算放大器電路 電容式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 復(fù)習(xí) ??? AC 0? 電阻、電容、電感傳感器 ?變阻器式傳感器 金屬應(yīng)變片 半導(dǎo)體應(yīng)變片（靈敏度） AlρR ??電阻 電容 ?變極距型 變面積型 變介質(zhì)型 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 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 第 3章 常用傳感器和敏感元件 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 電感式傳感器 1 自感型 可變磁阻式 ??2002 ANL ?原理 :電磁感應(yīng) 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 電感式接近傳感器（金屬） 測量范圍： 電感式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2 渦流式 原理 :渦流效應(yīng) 電感式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 原線圈的等效阻抗 Z變化： ),( ????ZZ ? 電感式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 電感式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 產(chǎn)品： 電感式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 案例：連續(xù)油管的橢圓度測量 Coiled Tube Eddy Sensor Reference Circle 電感式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 案例：無損探傷 原理 裂紋檢測，缺陷造成渦流變化。 火車輪檢測 油管檢測 電感式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2 互感型 差動(dòng)變壓器 電感式傳感器 工作原理 :互感現(xiàn)象 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 差動(dòng)變壓器 測量電路 電感式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 差動(dòng)變壓器位移傳感器 電感式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 案例： 板的厚度測量 ~ 電感式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 案例： 張力測量 電感式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 磁電、壓電、熱電傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 磁電式傳感器 : 磁電式傳感器是把被測量的物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢的一種轉(zhuǎn)換器。 dtdWe ???感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢 e為 磁通變化率與磁場強(qiáng)度、磁阻、線圈運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，改變其中一個(gè)因素，都會(huì)改變感應(yīng)電動(dòng)勢。 ?? c o s??? SB ),( ?? mdtd RB? 磁電、壓電與電熱式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2 分類 磁電式 動(dòng)圈式 磁阻式 線速度型 角速度型 N 磁電式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 動(dòng)圈式傳感器 線速度型 磁電式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 角速度型 測速電機(jī) 磁電式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 磁阻式傳感器 磁電式車速傳感器 磁電式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 N S 案例：鼠籠電機(jī)轉(zhuǎn)子斷細(xì)條檢測 磁電式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 壓電式傳感器 :壓電效應(yīng) + 并聯(lián) + 串聯(lián) 某些物質(zhì)，如石英，受到外力作用時(shí)，不僅幾何尺寸會(huì)發(fā)生變化，而且內(nèi)部會(huì)被極化，表面產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回到原來的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。 F + q=DF 磁電、壓電與電熱式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 壓電式傳感器 :壓電效應(yīng) 磁電、壓電與電熱式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 壓電式傳感器 :壓電效應(yīng) 磁電、壓電與電熱式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 壓電式傳感器 :壓電效應(yīng) 磁電、壓電與電熱式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 壓電式傳感器 磁電、壓電與電熱式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 壓電式傳感器 磁電、壓電與電熱式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 壓電式傳感器 磁電、壓電與電熱式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 壓電式傳感器 磁電、壓電與電熱式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 壓電式傳感器 測量電路 壓電式傳感器輸出電信號(hào)很微弱，通常應(yīng)把傳感器信號(hào)先輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，經(jīng)過阻抗變換后，方可輸入到后續(xù)顯示儀表中。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 產(chǎn)品 壓力變送器 加速度計(jì) 力傳感器 壓電式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 案例：飛機(jī)模態(tài)分析 壓電式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 復(fù)習(xí) 磁電、壓電傳感器 磁電式 動(dòng)圈式 磁阻式 線速度型 角速度型 N 線圈在磁場中做切割磁力線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 磁電、壓電、熱電傳感器 熱電傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 熱電式傳感器 熱電式傳感器 把兩種膨脹系數(shù)不同的金屬薄片焊接在一起制成的。它是一種固體膨脹溫度計(jì)，可將溫度變化轉(zhuǎn)換成機(jī)械量變化。 優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單 牢固 可靠 防爆 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 熱電式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 熒光燈啟輝器 熒光燈 零線 火線 當(dāng)電路接通，啟輝器兩端極片得電，擊穿惰性氣體而導(dǎo)電（輝光放電），雙金屬片發(fā)熱彎曲而與靜觸板接通形成閉合電路。 18s后降溫雙金屬片斷開，電路中電流突然中斷，使鎮(zhèn)流器兩端產(chǎn)生一個(gè)比電源電壓高得多的感應(yīng)電動(dòng)勢， 在強(qiáng)電場的作用下，引起管內(nèi)汞蒸氣電離而形成弧光放電 . 熱電式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 (熱電溫度計(jì) ) 熱電效應(yīng) 將兩種不同材料的導(dǎo)體 A和 B串接成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。 熱電式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 熱電偶測溫基本定律 1)均質(zhì)導(dǎo)體 由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的橫截面積、長度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動(dòng)勢。 T T0 2)接點(diǎn)溫度決定熱電動(dòng)勢 若熱電偶接點(diǎn)處溫度相同，則熱電偶回路的熱電動(dòng)勢為零，即使導(dǎo)體材料不同。 熱電式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 熱電偶測溫基本定律 3)導(dǎo)體溫度 熱電偶 AB的熱電動(dòng)勢和導(dǎo)體材料 A、 B中間的溫度無關(guān)，只和接頭處溫度相關(guān)。熱電動(dòng)勢大小是溫度函數(shù)的差，而不是溫度差的函數(shù)。 T T0 4)中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只要其兩端的溫度相等，該導(dǎo)體的接入就不會(huì)影響熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢。 T T0 V 熱電式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 5)參考電極定律 兩種導(dǎo)體 A,B分別與參考電極 C組成熱電偶，如果他們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢為已知， A和 B兩極配對后的熱電動(dòng)勢可用下式求得： A B T T0 = A C T T0 + C B T T0 由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、人們多采用鉑作為參考電極 。 熱電式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 熱電式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 熱電式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 復(fù)習(xí) ??? AC 0? 電阻、電容、電感傳感器 ?變阻器式傳感器 金屬應(yīng)變片 半導(dǎo)體應(yīng)變片（靈敏度） AlρR ??電阻 電容 ?變極距型 變面積型 變介質(zhì)型 電感 電感式傳感器 自感型 可變磁阻型 渦流式 互感型 ??2 002 ANL ?),( ????ZZ ?蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 復(fù)習(xí) 磁電傳感器 磁電式 動(dòng)圈式 磁阻式 線速度型 角速度型 N 線圈在磁場中做切割磁力線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 復(fù)習(xí) 壓電傳感器 正壓電效應(yīng)： 某些物質(zhì)沿某一方向受力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生變形，同時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，在這種材料的兩個(gè)表面產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉時(shí)候，又重新恢復(fù)不帶電的狀態(tài)。 逆壓電效應(yīng)： 當(dāng)在某些物質(zhì)的極化方向上施加電場，這些材料在某一方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或者機(jī)械壓力；當(dāng)外加電場撤去時(shí)，這些變形或者應(yīng)力也隨之消失。 壓電效應(yīng)主要特性： 可逆性；瞬時(shí)性；不穩(wěn)定性。 壓電傳感器不能做靜態(tài)測量。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 復(fù)習(xí) 熱電傳感器 熱電偶： 原理 熱電效應(yīng)： 將兩種不同材料的導(dǎo)體串接成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 復(fù)習(xí) 熱電傳感器 熱電偶： 特性 :均質(zhì)導(dǎo)體定律 ? 由一種勻質(zhì)導(dǎo)體所組成的閉合回路 ， 不論導(dǎo)體的截面積如何及導(dǎo)體的各處溫度分布如何 ， 都不能產(chǎn)生熱電勢 。 如果熱電偶的熱電極是非勻質(zhì)導(dǎo)體 ， 當(dāng)熱電偶的偶絲溫度分布不同時(shí) ， 則熱電偶將產(chǎn)生附加電勢將會(huì)造成測量誤差 。 所以熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)之一 。 mV 熱電極是勻質(zhì)導(dǎo)體時(shí)，不論其溫度如何分布，總有 E(T,T0)＝ 0 若 E≠0，說明熱電極是非