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传感器与检测技术基础知识(4)

2024-07-15 10:21| 来源: 网络整理| 查看: 265

0.1 什么是传感器

国家标准GB 7665-87对传感器下的定义是:能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置, 通常由敏感元件和转换元件组成

0.2 什么是敏感元件

是指传感器中能直接感受或响应被测量(输入量)的部分

0.3 什么是转换元件

是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和(或)测量的电信号的部分。

1 电阻式传感器——能量控制型传感器 1.1 什么是电阻式传感器

把被测量对象的变化量转换为电阻变化的传感器

1.2 怎么定义电阻

对于长度、截面积一定的金属丝,其阻值R可用下式表示: R = ρ l A R=\rho{\frac {l}{A}} R=ρAl​ L——电阻丝的长度;

A——电阻丝的截面积;

ρ——电阻丝的电阻率, 取决于导体材料的性质

1.3 电阻式传感器的种类 1.3.1 电位器式

这个高中已经讲过基本的内容了,所以这里不详述,大致分为直线位移型变阻式传感器,角位移型变阻式传感器,非线性型变阻式传感器(下图左到右)

在这里插入图片描述

1.3.1.1 对于直线位移型

首先我们根据高中知识可以知道它的变化是线性的,但是这是近似的结果,对于绕线式的电位器来说,如下图:

在这里插入图片描述

当滑臂触点从一圈导线移动至下一圈的时候,电阻值的变化是台阶形的,这限制了电位器的分辨率。实际中能做到绕线间的密度为25圈/mm,对直线移动式装置来说,分辨率最小为 40 μ m 40\mu m 40μm ,而对于一个直径为 5 c m 5cm 5cm 的单线圈转动式电位器来说,其最好的角分辨率约为 0.1 ° 0.1° 0.1°

1.3.1.2 应用举例

落料重量自动检测

在这里插入图片描述

煤气包储量检测

在这里插入图片描述

1.3.1.3 变阻式传感器的性能参数 线性性 分辨率 整个电阻值的偏差 移动或旋转角度范围 电阻温度系数 寿命 1.3.1.4 电位计式传感器的优点 结构简单,尺寸小,重量轻,价格低廉且性能稳定 受环境因素(如温湿度,电磁场干扰等)影响小 可以实现输入输出间任意函数关系 输出信号大,一般不需要放大 1.3.1.5 电位计式传感器的缺点 存在电刷与线圈或电阻膜之间的摩擦,因此需要较大的输入能量; 由于磨损不仅影响使用寿命和降低可靠性,而且会降低精度,所以分辨率较低 动态响应较差,适合于测量变化较缓慢的量 1.3.2 电阻应变片式

1856 年英国物理学家 W. Tomson 发现了金属材料的应变效应,即一根金属导线在其拉长时电阻增大,在受压缩短时电阻减小。这个规律被称为金属材料的电阻应变效应。

1.3.2.1 电阻应变效应

导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时,其电阻值响应发生变化

1.3.2.2 应变片工作原理

对于长度、截面积一定的金属丝,其阻值 R R R 可用下式表示: R = ρ l A R=\rho {\frac{l}{A}} R=ρAl​ 根据上述电阻应变效应,金属应变片电阻 R R R 为 R = ρ l / A R =\rho l/A R=ρl/A, 其中任何一个参数变化均会引起电阻变化,对公式进行微分可得 d R = ρ A d l − ρ l A 2 d A + l A d p dR={\frac{\rho}{A}dl}-{\frac{\rho l}{A^2}dA}+{\frac{l}{A}dp} dR=Aρ​dl−A2ρl​dA+Al​dp 带入 R =



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