【正文】 x, r(x)可以用來(lái)確定電位器的骨架形狀 。其靈敏度 式中 α —轉(zhuǎn)角 [rad] kα— 單位弧度對(duì)應(yīng)的電阻值 。 當(dāng)導(dǎo)線分布均勻時(shí) ， ki為一常數(shù) 。 AlR ?? 常用電位計(jì)式傳感器有直線位移型 、 角位移型和非線性型等 。 322 電位計(jì)式傳感器 二 、 電位計(jì)式傳感器 電位計(jì)式傳感器也稱為變阻器式傳感器 ， 它通過(guò)改變電位器觸頭位置 ， 把位移轉(zhuǎn)換為電阻的變化 。 實(shí)驗(yàn)表明，在金屬絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻相對(duì)變化與軸向應(yīng)變成正比。 變形 變性 167。dr/r dr/r為金屬絲半徑的相對(duì)變化，即徑向應(yīng)變?yōu)?ε r。 一、導(dǎo)電材料的電阻效應(yīng) 當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí) ， 其電阻值將發(fā)生變化 ， 這種現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng) 。（實(shí)際有影響） 加速度傳感器 167。 四、傳感器的命名法 ? 由 主題詞 加 四級(jí)修飾語(yǔ) 構(gòu)成 傳感器 被測(cè)量 轉(zhuǎn)換原理 特征描述 主要技術(shù)指標(biāo) （量程、靈敏度、準(zhǔn)確度等） ? 例：傳感器 位移 應(yīng)變式 100㎜ 習(xí)慣上用反序法，也可用簡(jiǎn)稱。 ? 按輸入量分類 ?優(yōu)點(diǎn) ：比較明確地 表達(dá)了傳感器的用途， 便于使用者根據(jù)用途選用。這些常數(shù)的大小，決定了傳感器的主要性能。 傳感器的組成 氣體壓力傳感器 1殼體 2膜盒 3電感線圈 4磁芯 5轉(zhuǎn)換電路 壓力 位移 電感 （敏感元件） （轉(zhuǎn)換元件） （測(cè)量電路） 傳感器的組成 熱電偶 壓電式加速度傳感器 三、傳感器的分類 ? 傳感器是知識(shí)技術(shù)密集的行業(yè)，與許多學(xué)科有關(guān)，種類繁多，分類方法也很多。 二、傳感器的組成 二、傳感器的組成 ? 一般的，傳感器由敏感元件、二次變換部分、輔助部分組成。 ? 傳感器功用：感知被測(cè)信息，并傳遞給檢測(cè)裝置 傳感器及傳感技術(shù) ? 可從以下幾個(gè)方面理解： ①傳感器是測(cè)量器件或裝置，能完成檢測(cè)任務(wù)； ②輸入量為位移、壓力、溫度、重量等被測(cè)量，是非電量； ③輸出量通常為 易于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示 的電物理量（如：電壓、電流、頻率、功率等），也可以是氣、光等物理量； ④輸出、輸入有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。 ? 傳感器是將感知到的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成易測(cè)量的信號(hào)，把相應(yīng)的信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 33 電容式傳感器 167。第三章 傳感器 167。 34 電感式傳感器 167。 167。 ? 應(yīng)用 ?工業(yè)自動(dòng)化、全自動(dòng)、半自動(dòng)生產(chǎn)線 （石油、化工、鋼鐵、鐵路、機(jī)械、電力） ?自動(dòng)控制系統(tǒng) （正確的信息檢測(cè) 準(zhǔn)確的控制） 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域 ? ?速度、里程、發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度、燃料剩余量 ?安全氣囊系統(tǒng)、防盜裝置、黑匣子 ?發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸壓力（日本豐田汽車） ? ?電子爐灶、洗碗機(jī)、遙控電視、錄像機(jī)、電飯煲 ?微波爐（松下電器采用濕度傳感器） ?電冰箱（溫控器 — 控制壓縮機(jī)的開關(guān)） ?家庭自動(dòng)化（安全監(jiān)視與報(bào)警、空調(diào)與照明控制、家務(wù)勞動(dòng)自動(dòng)化、人身健康管理） 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域 ? ? 傳統(tǒng)機(jī)器人（臂的位置和角度傳感器） ? 智能機(jī)器人（觸覺(jué)、壓覺(jué)、重量、視覺(jué)等） ? 醫(yī)療及人體醫(yī)學(xué)上 的應(yīng)用 ?應(yīng)用醫(yī)學(xué)傳感器（ B超儀、 CT、核磁共振等） ?醫(yī)療保健產(chǎn)品：電子血壓計(jì)、脈搏計(jì)、電子溫度計(jì)。 傳感器的組成 ? 敏感元件（預(yù)變換器） :它是直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。 ? 按工作機(jī)理：物理型、化學(xué)型、生物型； ? 按構(gòu)成原理：結(jié)構(gòu)型、物性型 ； ?結(jié)構(gòu)型傳感器是利用物理學(xué)中場(chǎng)的定律構(gòu)成的，包括動(dòng)力場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)定律，電磁場(chǎng)的電磁定律等；這類傳感器的特點(diǎn)是傳感器的工作原理是 以傳感器中元件相對(duì)位置變化引起場(chǎng)的變化為基礎(chǔ) ，而不是以材料特性變化為基礎(chǔ)。因此，物性型傳感器的性能隨 材料的不同而異。 ?缺點(diǎn) ：沒(méi)有區(qū)分每種傳感器在轉(zhuǎn)換機(jī)理上有何共性和差異，不便于使用者比較各種傳感器的原理異同點(diǎn)。 五、對(duì)傳感器的性能要求 ? 可靠性：指?jìng)鞲衅髟谝?guī)定的使用條件和期限內(nèi)保持其準(zhǔn)確計(jì)量性能的能力。 32 電阻式傳感器 受位移、壓力、光熱 …… 的作用 R R+△ R ? 電阻式傳感器是利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將被測(cè)物體的變形轉(zhuǎn)換成電阻變化，在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出的傳感器。 SlR ??SlR lnlnlnln ??? ?SdSldldRdR ?????設(shè)有一根長(zhǎng)度為 l、截面積為 S、電阻率為 ρ的金屬絲，其電阻 R為 兩邊取對(duì)數(shù)，得 等式兩邊取微分， l △ l 167。 εr= –με 由材料力學(xué)知： 167。 321 導(dǎo)電材料的電阻效應(yīng) 物理意義：?jiǎn)挝粦?yīng)變引起的電阻相對(duì)變化 。通常 KS在 ～ 。 根據(jù)下式 式中 : ρ—電阻率； l—電阻絲長(zhǎng)度； A— 電阻絲截面積 。 167。 這時(shí)傳感器的輸出 (電阻 )與輸入 (位移 )成線性關(guān)系 。 ?? kddRS ??167。 ? ? ?? drR xx ?? 0? ?xSzR x ?167。所以變阻器式傳感器的分辨力很難優(yōu)于 20μm。 167。 當(dāng)被測(cè)物理量作用在彈性元件上 ， 彈性元件的變形引起應(yīng)變敏感元件的阻值變化 ， 通過(guò)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變成電量輸出 ， 電量變化的大小反映了被測(cè)物理量的大小 。這些部分所選用的材料將直接影響應(yīng)變片的性能。 ?結(jié)構(gòu)： 回線式 （ a） 和 短接式 （ b） 一般至少用兩個(gè)，一個(gè)做測(cè)量，一個(gè)做溫度補(bǔ)償， 或用四個(gè)，兩個(gè)做測(cè)量，兩個(gè)做溫度補(bǔ)償。 167。 對(duì)引線材料的性能要求：電阻率低 、 電阻溫度系數(shù)小 、 抗氧化性能好 、 易于焊接 。使用金屬應(yīng)變片時(shí)，也需用粘結(jié)劑將應(yīng)變片基底粘貼在構(gòu)件表面某個(gè)方向和位置上。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛樹脂、有機(jī)硅樹脂，聚酰亞胺等。金屬箔柵系用光刻技術(shù)制造 ， 適于大批量生產(chǎn) 。 167。 ? 用得較少，自學(xué)了解。 ? 半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是基于 半導(dǎo)體材料的 壓阻效應(yīng) 。 ? 做一批應(yīng)變片 ， 各不相同； ? 同一批應(yīng)變片在不同條件下 ， 變化很大 。 當(dāng)金屬絲做成應(yīng)變片后 ， 其電阻 — 應(yīng)變特性 ，與 金屬單絲情況不同 。 即： K為金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。 ?思考： K與 KS大小的關(guān)系？ 167。 167。 dSC r?? 0?167。在實(shí)際中，極距變化型與面積變化型的應(yīng)用較為廣泛。 33 電容式傳感器 角位移型 ：當(dāng)動(dòng)板有一轉(zhuǎn)角時(shí) ， 與定板之間 相互覆蓋面積就改變 ， 從而改變電容的輸出 。 其電容量 C 式中 b—極板寬度 。 動(dòng)板 (圓柱 )與定板(圓柱 )相互覆蓋 ， 其電容量 式中 D——圓筒孔徑； d——圓柱外徑 。 167。 ? 圖中是這種傳感器的典型實(shí)例。 33 電容式傳感器 另一種結(jié)構(gòu)： d0 d1 ε1 ε0 ?若 d0,d1已知時(shí)，此結(jié)構(gòu)可用來(lái) 測(cè)未知材料的介電常數(shù) ?若 ε 1已知時(shí)，此結(jié)構(gòu)可用來(lái)測(cè)某介電材料的厚度（如紙張、塑料薄膜等） )(0011110011001010???????????ddsdsdsdsdsCCCCC????????167。 顯然 ， 由于靈敏度隨極距而變化 ， 這將引起線性誤差 。 33 電容式傳感器 結(jié)論 ：當(dāng) ?d/d01時(shí)，電容輸出可簡(jiǎn)化為： 此時(shí)， C與 ?d呈線性關(guān)系，同時(shí)，減小 d0可提高傳感器的靈敏度。m的范圍內(nèi)。 33 電容式傳感器 傳感器的相對(duì)非線性誤差 ?為 ： 結(jié)論：要提高靈敏度，應(yīng)減小起始間隙 d0，但非線性誤差卻隨著 d0的減小而