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机械工程测试技术基础 第三章常用传感器与敏感元件 课机械电阻式传感器及电桥运算放大器演示文稿 当前第1页\共有29页\编于星期一\15点 优选课机械电阻式传感器及电桥运算放大器 当前第2页\共有29页\编于星期一\15点 2. 传感器的作用 （1）它相当于我们的感觉器官 被测物理量进行转换成易测或易传输的信号 （2）是人类感官的延伸：热电偶测量高温 测量仪器与被测事物之间的接口 （3）传感器技术曾是20世纪90年代的关键技术之一，是生 产过程自动控制和智能化的重要因素。 当前第3页\共有29页\编于星期一\15点 3. 传感器的分类 (1)按被测物理量分类: (2)按传感器工作原理分类: (3)按信号变换特征: (4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系: (5)按输出信号分类： 位移,力,温度等. 机械式,电气式,光学式,流体式等. 物性型,结构型. 能量转换型和能量控制型. 模拟式,数字式. 当前第4页\共有29页\编于星期一\15点 A 物性型与结构型传感器 物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换. 例如:水银温度计,压电测力计. 结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. 例如:电容式和电感式传感器. B 能量转换型和能量控制型传感器 能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计,压电式加速度计. 能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化. 例如:电阻应变计中电阻接入电桥上，电桥工作能源由直流电源或交流电源供给，而由被测量变化（如力、压力）引起应变片电阻变化来控制电桥输出。 当前第5页\共有29页\编于星期一\15点 4. 常见的被测物理量 机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度,旋转角,转数, 质量,重量,力,压力,真空度,力矩,风速,流速, 流量; 声: 声压,噪声; 磁: 磁通,磁场; 温度: 温度,热量,比热; 光： 亮度，色彩; 湿度 当前第6页\共有29页\编于星期一\15点 二、 机械式传感器 1、机械式传感器：将被测量如力、压力、温度等物理量变换为机械量（弹性元件本身的弹性变形）输出的传感器。 典型应用例子有：用于测力或称重的环形测力计、弹簧秤等；用于测量流体压力的波纹膜片、波纹管等；用于温度测量的双金属片等。 a) 测力计 b) 压力计 c) 温度计 当前第7页\共有29页\编于星期一\15点 优点：机械式传感器做成的机械式指示仪表具有结构简单、可靠、使用方便、价格低廉、读数直观等优点。 缺点：但弹性变形不易大，以减小线性误差。此外，由于放大和指示环节多为机械传动，不仅受间隙影响，而且惯性大，固有频率低，只宜用于检测缓变或静态被测量。 敏感元件 （弹性体） 机械放大 指示系统 输入量 输出量 弹性变形 力 压力 温度 …... 输出 2、机械式传感器的特点 当前第8页\共有29页\编于星期一\15点 3、选择与应用 为了提高测量的频率范围，可先用弹性元件将被测量转换成位移量，然后用其他形式的传感器（如电阻、电容式等）将位移量转换成电信号输出。 弹性元件具有蠕变、弹性后效等现象。 材料的蠕变（蠕变：应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。）与承载时间、载荷大小、环境温度等因素有关； 而弹性后效[加载（或卸载）后经过一段时间应变才增加（或减小）到一定数值的现象。弹性后效发生在弹性蠕变之后，二者都是在弹性范围内表现出应变的弛豫现象，统称为滞弹性。 ]与材料应力—松弛和内阻尼等因素有关。这些现象最终都会影响到输出与输入的线性关系。 故选用弹性元件时，应从结构设计、材料选择和处理工艺等方面采取有效措施。 微型探测开关--机械传感器,在自动检测、自动控制技术中广泛应用。这种开关能把物体的运动、位置或尺寸变化，转换为接通、断开信号。 当前第9页\共有29页\编于星期一\15点 三 、 电阻式传感器 定义：电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器。 按工作的原理可分为:变阻器式和电阻应变式。 它通过改变电位器触头位置，把位移转换为电阻的变化。 1、变阻器式传感器（电位计式传感器） 当前第10页\共有29页\编于星期一\15点 （1）直线位移型变阻器式 当导线分布均匀时， 为一常数。此时传感器的输出（电阻）与输入（位移）呈线性关系。 1