文档介绍：常用传感器与敏感元件
第一节常用传感器分类
第二节机械式传感器及仪器
第三节电阻、电容与电感式传感器
第四节磁电、压电与热电式传感器
第五节光电传感器
第六节光纤传感器
第七节半导体传感器
第八节红外测试系统
第九节激光测试传感器
第十节传感器的选用原则
将被测量转换为与之对应的,易检测、易传输或易处理信号的装置,称为传感器。直接受被测量作用的元件称为传感器的敏感元件。
传感器处于测试装置的输入端,是测试系统的第一个环节,其性能直接影响整个测试系统,对测试精度至关重要。
第一节常用传感器分类
工程中常用传感器的种类繁多,往往一种物理量可用多种类型的传感器来测量,而同一种传感器也可用于多种物理量的测量。
按被测物理量的不同分:
位移传感器、力传感器、温度传感器等。
传感器有多种分类方法。
按传感器工作原理的不同分:
机械式传感器、电气式传感器、光学式传感器、流体式传感器等。
按信号变换特征分:
物性型传感器与结构型传感器。
物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换的。例如,水银温度计是利用了水银的热胀冷缩性质;压力测力计利用的是石英晶体的压电效应等。
结构型传感器则是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转变的。例如,电容式传感器依靠极板间距离变化引起电容量的变化;电感式传感器依靠衔铁位移引起自感或互感的变化。
按敏感元件与被测对象之间的能量关系分:
能量转换型传感器与能量控制型传感器。
按输出信号类型分:
模拟式传感器和数字式传感器等。
能量转换型传感器,也称无源传感器,是直接由被测对象输入能量使其工作的,例如,热电偶温度计、弹性压力计等。在这种情况下,由于被测对象与传感器之间的能量交换,必然导致被测对象状态的变化和测量误差。
能量控制型传感器,也称有源传感器,是从外部供给能量使传感器工作的,并且由被测量来控制外部供给能量的变化。例如,电阻应变计中电阻接于电桥上,电桥工作能源由外部供给,而由被测量变化所引起电阻变化来控制电桥输出。电阻温度计、电容式测振仪等均属此种类型。
另一类传感器是以外信号(由辅助能源产生)激励被测对象,传感器获取的信号是被测对象对激励信号的响应,它反映了被测对象的性质或状态。例如,超声波探伤仪、γ射线测厚仪、X射线衍射仪等。
需要指出的是,不同情况下,传感器可能只有一个,也可能有几个换能元件,也可能是一个小型装置。例如,电容式位移传感器是位移-电容变化的能量控制型传感器,可以直接测量位移。而电容式压力传感器,则经过压力-膜片弹性变形(位移)-电容变化的转换过程。此时膜片是一个由机械量-机械量的换能件,由它实现第一次变换;同时它又与另一极板构成电容器,用来完成第二次转换。再如电容型伺服式加速度计(也称力反馈式加速度计),实际上是一个具有闭环回路的小型测量系统。这种传感器较一般开环式传感器具有更高的精确度和稳定性。
表3-1汇总了机械工程中常用传感器的基本类型及其名称、被测量、性能指标等。
第二节机械式传感器及仪器
机械式传感器应用很广。在测试技术中,常常以弹性体作为传感器的敏感元件。它的输入量可以是力、压力、温度等物理量,而输出则为弹性元件本身的弹性变形(或应变)。这种变形可转变成其他形式的变量。例如被测量可放大而成为仪表指针的偏转,借助刻度指示出被测量的大小。
优点:具有结构简单、可靠、使用方便、价格低廉、读数直观等。
缺点:惯性大,固有频率低,只宜用于检测缓变或静态被测量。
近年来,在自动检测、自动控制技术中广泛应用的微型探测开关亦被看做机械式传感器。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。
a)测力计 b)压力计 c)温度计
1—工件 2—电磁铁 3—导槽 4—簧片开关
5—电极 6—惰性气体 7—簧片