傳感器第4次課--能量控制型傳感器(已修改)
2025-05-13 18:07 本頁面
【正文】 能量控制型傳感器 廣東工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 本次課需要掌握 下列傳感器的原理和使用 電位器式傳感器 應(yīng)變片式電阻傳感器 電感式傳感器 電容式傳感器 傳感器分類 按輸出量類 按能量關(guān)系 ⑴ 有源傳感器（能量轉(zhuǎn)換型傳感器） —— 能將非電量直接轉(zhuǎn)換成電信號，所以有時(shí)被成為“換能器”。例如壓電式（超聲波換能器）、熱電式（熱電偶）、光電式（光電池）等。 ⑵ 無源傳感器（ 能量控制型傳感器 ） —— 自身無能量轉(zhuǎn)換裝置，被測量僅能在傳感器中起能量控制作用，必須有輔助電源供給電能。如電容式、壓阻式等 按工作原理 按輸入量類 電阻式傳感器 核心器件：線繞電位器、電阻應(yīng)變片等。 主要應(yīng)用：力學(xué)參數(shù)的測量 (位移、壓力、荷重、加速度等 )。 分類二：線繞式 分類一：薄膜式 分類三：光電式 薄膜式電位器內(nèi)部圖 線繞式電位器的結(jié)構(gòu)和工作原理 x U0 階梯特性 計(jì)算題： 電位器式傳感器電阻為 10K歐，電刷最大行程為 10cm,消耗功率為40mW，試求當(dāng)輸入位移為 3cm時(shí)，傳感器輸出電壓多少？ 類似 P4810 左：波登管位移帶動(dòng)儀表指示 右：波登管位移帶動(dòng)電位器滑動(dòng)電刷 壓力傳感器示意圖 膜盒內(nèi)腔通入被測流體，膜盒中心發(fā)生位移，推動(dòng)連桿上移，使得曲柄軸帶動(dòng)電刷在電位器電阻絲上滑動(dòng) 電位器式位移傳感器示意圖 A B C 問題：示意圖中的 A B C實(shí)際分別接到什么地方？ 測量小位移的傳感器示意圖 A B C 問題：示意圖中的 A B C實(shí)際分別接到什么地方？ 我們可以做這樣一個(gè)較簡單的實(shí)驗(yàn)：取一根細(xì)電阻絲，兩端接上一臺 3 1/2位數(shù)字式歐姆表（分辨率為 1/2022），記下其初始阻值（圖中為 ?）。當(dāng)我們用力將該電阻絲拉長時(shí)，會發(fā)現(xiàn)其阻值略有增加（圖中增加到為 ?）。 應(yīng)變片的工作原理 電阻應(yīng)變效應(yīng)：導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的電阻發(fā)生相應(yīng)的變化。 電阻應(yīng)變片工作原理 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)，其電阻值隨著所受機(jī)械變形 (伸長或縮短 )的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。 金屬應(yīng)變片 電阻 R公式： AlR /?? ?電阻率 長度 截面積 A B C 電阻應(yīng)變片分三種 ： 應(yīng)變片 應(yīng)變片 變片 金屬絲式或箔式結(jié)構(gòu)示意圖 各類箔式應(yīng)變花 箔式應(yīng)變花： 一種具有兩個(gè)或兩個(gè)以上不同軸向敏感柵的電阻應(yīng)變計(jì)，用于確定平面應(yīng)力場中主應(yīng)變的大小和方向 AlR /?? ?電阻率 長度 截面積 根據(jù)電阻公式，如果改變電阻率也可以達(dá)到改變電阻的目的， 半導(dǎo)體應(yīng)變片就是改變電阻率的傳感器 半導(dǎo)體應(yīng)變片結(jié)構(gòu)圖 半導(dǎo)體應(yīng)變片 主要是利用硅半導(dǎo)體材料的 壓阻效應(yīng) 而制成的。如果在半導(dǎo)體晶體上施加作用力，晶體除產(chǎn)生應(yīng)變外，其 電阻率 會發(fā)生變化。這種由外力引起半導(dǎo)體材料電阻率變化的現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體的 壓阻效應(yīng) 。 半導(dǎo)體應(yīng)變片是直接用單晶鍺或單晶硅等半導(dǎo)體材料進(jìn)行切割、研磨、切條、焊引線、粘貼一系列工藝制作過程完成的。 半導(dǎo)體式電阻應(yīng)變片 ? 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度大（比金屬式大 100倍） 。體積小 。 ? 缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。 靈敏度大：從半導(dǎo)體三極管的放大作用理解半導(dǎo)體的電阻很容易發(fā)生很大的變化 溫度穩(wěn)定性差：可以從兩方面理解 ， LM35溫度集成電路，以及后續(xù)半導(dǎo)體熱敏電阻 問題：下表中，哪幾個(gè)型號是半導(dǎo)體應(yīng)變片，依據(jù)是什么 ? 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 (本實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)變片為 350歐姆 )。 3）靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計(jì)變換性能的重要參數(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）。 應(yīng)變片單臂電橋測量電路 V E R1 R2 R3 R4 244 )1( nnERRUK oU ????根據(jù) P27的推算得到 電橋電壓靈敏度 (輸出電壓與電阻變化率的比 )KU的公式 ,公式表明 :KU與橋臂比 n有關(guān) ,與 E成正比
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