【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 速電機(jī) 上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 磁阻式傳感器 磁電式車(chē)速傳感器 線圈與磁鐵不作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由 運(yùn)動(dòng)物體（導(dǎo)磁材料）來(lái)改變磁路的磁阻 ，而引起磁力線增加和減弱，使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 二 . 壓電式傳感器（物性型傳感器） 利用這一性質(zhì) 廣泛用于 力、壓力、加速度 測(cè)量。它的工作原理是基于某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)。 壓電式傳感器是一種可逆型換能器， 它既能將 機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能 ，又能 將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 —— 變換工作原理 逆壓電效應(yīng)： 如果將這些物質(zhì) (物體 )置于 電場(chǎng)中，其幾何尺寸也會(huì)發(fā)生變化，這種由外電場(chǎng)作用導(dǎo)致物質(zhì) (物體） 產(chǎn)生機(jī)械變形 的現(xiàn)象，稱之為 逆壓電效應(yīng) ，或稱之為電致伸縮效應(yīng)。 壓電效應(yīng)： 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(lái)的狀態(tài) ，這種現(xiàn)象稱為 壓電效應(yīng) 。 上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 2. 壓電材料： 具有壓電效應(yīng)的物質(zhì) (物體 )稱為壓電材料 (或稱為壓電元件 )。 壓電材料 壓電單晶體 (石英、水溶性壓電晶體等 ) 多晶體壓電陶瓷（鈦酸鋇壓電陶瓷等） 上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 天然石英晶體，其結(jié)構(gòu)形狀為一個(gè)六角形晶柱，兩端為一對(duì)稱棱錐。 在晶體學(xué)中?？梢园阉萌ハ啻怪钡妮S，縱軸 Z稱為 光軸， X鈾稱為 電軸， Y軸 稱為 機(jī)械軸 . 上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 壓電效應(yīng) 縱向壓電效應(yīng) （作用力沿電軸 (x鈾 )方向） 橫向壓電效應(yīng) （作用力沿機(jī)械軸 (y軸 )方向） 切向壓電效應(yīng) （沿相對(duì)兩棱加力） 壓電式傳感器 主要是利用縱向壓電效應(yīng)。 作用力沿光軸 (z軸 )方向的不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。 上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 其電容量 C為： 3. 壓電式傳感器及其等效電路 ??? AC r 0?εr— 壓電材料的相對(duì)介電常數(shù)， 石英晶體 εr= F/m 鈦酸鋇 εr=1200 F/m δ— 極板距離（即晶片厚度） A— 壓電晶片工作面面積 形成電場(chǎng) 壓電傳感器可看作是一個(gè) 帶電荷發(fā)生器的電容。 上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 式中： Q為電荷量 (C)； F為作用力 (N)； D為壓電常數(shù) (C/N)，與材質(zhì)及切片的方向有關(guān)。 外力 F與所產(chǎn)生的電荷 Q的關(guān)系： Q=DF （極板上的電荷無(wú)泄漏） 電荷量與作用力成正比。 當(dāng)然，在 作用力終止時(shí)，電荷就隨之消失。 上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 粘結(jié)的方法有兩種，即 并聯(lián)和串聯(lián)。 并聯(lián)情況： + 并聯(lián) C1 C2 C’ C’=C1+C2 當(dāng) C1=C2 = C 時(shí) 則 C’=2C Q’=Q1+Q2=2Q U=U1=U2 時(shí)間常數(shù) η＝ RC’=2RC=η1 并聯(lián)時(shí) ，傳感器的 C變大， Q變大，時(shí)間常數(shù)變大， 故適用于測(cè)量緩變信號(hào)及電荷量輸出信號(hào) . 上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 串聯(lián)情況： C1 C2 C’ 1/C’=1/C1+1/C2 當(dāng) C1=C2 = C 時(shí) 則 C’=C/2 Q’=Q1=Q2=Q U=U1+U2 + 串聯(lián) 時(shí)間常數(shù) η＝ RC’=RC/2=η1/2 串聯(lián)時(shí) ，傳感器的 C變小，響應(yīng)較快，輸出電壓 U變大，故適用于測(cè)量以頻率較高的信號(hào)和電壓作輸出的信號(hào)。 上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 F + Q=DF + 串聯(lián) + 并聯(lián) 上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 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(guò) 阻抗變換 后，方可輸入到后續(xù)顯示儀表中。 前置放大器的作用有兩點(diǎn) 。 其一是將傳感器的 高阻抗輸出變換為低阻抗輸出 。 其二是 放大 傳感器輸出的微弱電信號(hào)。 測(cè)量電路 上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 電纜長(zhǎng)度變化的影響不大，幾乎可以忽略不計(jì)，故而電荷放大器應(yīng)用日益廣泛。 電路有兩種形式 : 前置放大器 電壓放大器 (電阻反饋 ) 電荷放大器 (電容反饋 ) 輸出電壓與輸入電壓 (即傳感器的輸出 )成正比 . 電纜長(zhǎng)度變化的對(duì)測(cè)試影響較大 ,每次使用時(shí)都必須進(jìn)行重新標(biāo)定。 輸出電壓與輸入電荷成正比 . 上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 電壓放大器 (電阻反饋 ) 輸出電壓與輸入電壓 (即傳感器的輸出 )成正比 . 電纜長(zhǎng)度變化會(huì)引起 C的變化，會(huì)導(dǎo)致 uy輸出的變化。對(duì)測(cè)試影響較大 ,每次使用時(shí)都必須進(jìn)行重新標(biāo)定。 )s i n ()1(112000 ??????? tCRCqiRuuy Auu y ??C=Ca+Cc+Ci Cc— 電纜電容 CcCa (Ci) 上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 電荷放大器 (電容反饋 ) uy 上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 電荷放大器的等效電路如上圖所示，由于忽略了漏電阻，所以電荷量為： 式中： ui為放大器輸入端電壓； uy為放大器輸出端電壓， uy =Aui， Ci為放大器輸入電容； Cf為電荷放大器反饋電容。 其中 A為電荷放大器開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)； fyiifyiicai CuuCuCuuCCCuq )()()( ????????上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 上式可簡(jiǎn)化為 : ffy ACCCAqu????)(如果放大器開(kāi)環(huán)增益足夠大，則 kCf(C+Cf),固上式可簡(jiǎn)化為： 如果放大器開(kāi)環(huán)增益足夠大，則 ACf(C+Cf),固上式可簡(jiǎn)化為： (uy≈q/Cf) 上式表明，電荷放大器的輸出電壓與傳感器的電荷量成正此，并與電纜分布電容無(wú)關(guān)。因此，即使聯(lián)接電纜長(zhǎng)度在百米以上，其靈敏度也無(wú)明顯變化，這是電荷放大器的突出優(yōu)點(diǎn)。 壓電式傳感器一般適用于動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)量，不能用于靜態(tài)參數(shù)的測(cè)量（由于電荷泄漏） fy Cqu??上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 5. 壓電式傳感器的應(yīng)用 壓力變送器 加速度計(jì) 力傳感器 上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 案例：飛機(jī)模態(tài)分析 上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 三 熱電式傳感器 (基準(zhǔn)溫度計(jì)和工業(yè)溫度計(jì) ) 熱電式 熱阻式 測(cè)溫傳感器 變換方式 輻射式 膨脹式 接觸式 非接觸式 測(cè)量方法 輸出方式 非電測(cè)型等 自發(fā)電型 上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 溫標(biāo) :溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo) 溫標(biāo) 攝氏溫標(biāo) 華氏溫標(biāo) 熱力學(xué)溫標(biāo) 等 上海大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)自系 第三章 常用傳感器（ 2）－陸明剛 幾種溫標(biāo)的對(duì)比