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1、 第第1章章 傳感器的定義與分類傳感器的定義與分類1.1 傳感器的定義與分類傳感器的定義與分類1.2 傳感器的基本特性傳感器的基本特性1.3 傳感器的基本誤差傳感器的基本誤差1.4 傳感器中的彈性敏感元件傳感器中的彈性敏感元件1.1傳感器的定義與分類傳感器的定義與分類1.1.1 傳感器的定義傳感器的定義 國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-1987對傳感器下的定義是對傳感器下的定義是:“能感受能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成?！?.1.2 傳感器的分類傳感器

2、的分類 1.根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器兩大類兩大類 (1)物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測信伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測信號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號。號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號。 (2)化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為下一頁返回1.1傳感器的定義與分類傳感器的定義與分類因果關(guān)系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信因果

3、關(guān)系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號。號。 2.按照其用途分類按照其用途分類 壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液面?zhèn)鞲衅?、能耗傳壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液面?zhèn)鞲衅?、能耗傳感器、速度傳感器、熱敏傳感器、加速度傳感器、射線輻射感器、速度傳感器、熱敏傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、振動(dòng)傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感傳感器、振動(dòng)傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器、生物傳感器等。器、真空度傳感器、生物傳感器等。 3.以其輸出信號為標(biāo)準(zhǔn)分類以其輸出信號為標(biāo)準(zhǔn)分類 (1)模擬傳感器將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號。模擬傳感器將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換

4、成模擬電信號。 (2)數(shù)字傳感器將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號數(shù)字傳感器將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(包括直接和間接轉(zhuǎn)換包括直接和間接轉(zhuǎn)換)。 上一頁 下一頁返回1.1傳感器的定義與分類傳感器的定義與分類 (3)膺數(shù)字傳感器將被測量的信號量轉(zhuǎn)換成頻率信號或短膺數(shù)字傳感器將被測量的信號量轉(zhuǎn)換成頻率信號或短周期信號的輸出周期信號的輸出(包括直接或間接轉(zhuǎn)換包括直接或間接轉(zhuǎn)換)。 (4)開關(guān)傳感器當(dāng)一個(gè)被測量的信號達(dá)到某個(gè)特定的閡值開關(guān)傳感器當(dāng)一個(gè)被測量的信號達(dá)到某個(gè)特定的閡值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號。時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號。 4.從所應(yīng)

5、用的材料觀點(diǎn)出發(fā)分類從所應(yīng)用的材料觀點(diǎn)出發(fā)分類 (1)按照其所用材料的類別分金屬聚合物陶瓷混合物按照其所用材料的類別分金屬聚合物陶瓷混合物 (2)按材料的物理性質(zhì)分導(dǎo)體絕緣體半導(dǎo)體磁性材料按材料的物理性質(zhì)分導(dǎo)體絕緣體半導(dǎo)體磁性材料 (3)按材料的晶體結(jié)構(gòu)分單晶多晶非晶材料按材料的晶體結(jié)構(gòu)分單晶多晶非晶材料 5.與采用新材料緊密相關(guān)的傳感器開發(fā)工作，可以歸納為與采用新材料緊密相關(guān)的傳感器開發(fā)工作，可以歸納為下述三個(gè)方向下述三個(gè)方向 在已知的材料中探索新的現(xiàn)象、效應(yīng)和反應(yīng)，然后使它在已知的材料中探索新的現(xiàn)象、效應(yīng)和反應(yīng)，然后使它們能在傳感器技術(shù)中得到實(shí)際使用。們能在傳感器技術(shù)中得到實(shí)際使用。 上一

6、頁 下一頁返回1.1傳感器的定義與分類傳感器的定義與分類 探索新的材料，應(yīng)用那些已知的現(xiàn)象、效應(yīng)和反應(yīng)來改進(jìn)探索新的材料，應(yīng)用那些已知的現(xiàn)象、效應(yīng)和反應(yīng)來改進(jìn)傳感器技術(shù)。傳感器技術(shù)。 在研究新型材料的基礎(chǔ)上探索新現(xiàn)象、新效應(yīng)和反應(yīng)，并在研究新型材料的基礎(chǔ)上探索新現(xiàn)象、新效應(yīng)和反應(yīng)，并在傳感器技術(shù)中加以具體實(shí)施。在傳感器技術(shù)中加以具體實(shí)施。 6.按照其制造工藝分類按照其制造工藝分類 (1)集成傳感器用標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝集成傳感器用標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)制造的。通常還將用于初步處理被測信號的部分電路也技術(shù)制造的。通常還將用于初步處理被測信號的部分電路也集成在同一芯片

7、上。集成在同一芯片上。 (2)薄膜傳感器則是通過沉積在介質(zhì)襯底薄膜傳感器則是通過沉積在介質(zhì)襯底(基板基板)上的，相上的，相應(yīng)敏感材料的薄膜形成的。使用棍合工藝時(shí)，同樣可將部分應(yīng)敏感材料的薄膜形成的。使用棍合工藝時(shí)，同樣可將部分電路制造在此基板上。電路制造在此基板上。 (3)厚膜傳感器利用相應(yīng)材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上厚膜傳感器利用相應(yīng)材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上上一頁 下一頁返回1.1傳感器的定義與分類傳感器的定義與分類制成的，基片通常是氧化鋁制成的，然后進(jìn)行熱處理，使厚制成的，基片通常是氧化鋁制成的，然后進(jìn)行熱處理，使厚膜成形。膜成形。 (4)陶瓷傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷工藝或其某種變種工藝陶

8、瓷傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷工藝或其某種變種工藝(溶膠一凝膠等溶膠一凝膠等)生產(chǎn)。生產(chǎn)。上一頁返回1.2 傳感器的基本特性傳感器的基本特性1.2.1 傳感器靜態(tài)特性傳感器靜態(tài)特性 1.測量范圍和量程測量范圍和量程 傳感器所能測量的最大被測量的數(shù)值為測量上限，最小被傳感器所能測量的最大被測量的數(shù)值為測量上限，最小被測量稱為測量下限。測量上限和測量下限所構(gòu)成的區(qū)間稱為測量稱為測量下限。測量上限和測量下限所構(gòu)成的區(qū)間稱為測量范圍。測量上限和測量下限的代數(shù)差稱為量程，即量程測量范圍。測量上限和測量下限的代數(shù)差稱為量程，即量程=測量上限測量上限-測量下限。測量下限。 2.傳感器的線性度傳感器的線性度 理想情況

9、下，如理想情況下，如圖圖1-1所示，傳感器的靜態(tài)特性輸出是條所示，傳感器的靜態(tài)特性輸出是條直線直線;但通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而但通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常非直線。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線，如用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線，如圖圖1-2所示。所示。下一頁返回1.2 傳感器的基本特性傳感器的基本特性3.傳感器的靈敏度傳感器的靈敏度 靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化Y對輸對輸入量變化入量變化

10、x的比值。的比值。 4.傳感器的分辨力傳感器的分辨力 分辨力是指傳感器可能感受到的被測量的最小變化的能力。分辨力是指傳感器可能感受到的被測量的最小變化的能力。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化，當(dāng)輸入變也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化，當(dāng)輸入變化值未超過某一數(shù)值時(shí)，傳感器的輸出不會發(fā)生變化，即傳化值未超過某一數(shù)值時(shí)，傳感器的輸出不會發(fā)生變化，即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當(dāng)輸入量的變感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當(dāng)輸入量的變化超分辨力時(shí)，其輸出才會發(fā)生變化?；直媪r(shí)，其輸出才會發(fā)生變化。 5.遲滯遲滯 遲滯現(xiàn)象是指傳感器正向特險(xiǎn)曲線遲滯現(xiàn)象是指傳感

11、器正向特險(xiǎn)曲線(輸入量增大輸入量增大)和反向特和反向特性曲線性曲線(輸入量減小輸入量減小)的不一致程度。如圖的不一致程度。如圖1-3所示。所示。上一頁 下一頁返回1.2 傳感器的基本特性傳感器的基本特性 6.傳感器的精度等級傳感器的精度等級 傳感器的精度等級是為了簡單表示傳感器測量結(jié)果的可靠傳感器的精度等級是為了簡單表示傳感器測量結(jié)果的可靠程度而引用的。常見的精度等級有程度而引用的。常見的精度等級有0. 1級、級、0. 2級、級、0. 5級、級、1. 0級、級、1. 5級、級、2. 0級、級、2. 5級、級、5.0級。數(shù)值越小，精級。數(shù)值越小，精度等級越高，測量越精確。度等級越高，測量越精確。

12、 1.2.2 傳感器動(dòng)態(tài)特性傳感器動(dòng)態(tài)特性 所謂動(dòng)態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時(shí)，它的輸出的特所謂動(dòng)態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對某些標(biāo)準(zhǔn)輸性。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)來表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?biāo)準(zhǔn)輸入信號的響入信號的響應(yīng)來表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)與它應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)與它對任意輸入信號的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前對任意輸入信號的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。者就能推定后者。上一頁

13、下一頁返回1.2 傳感器的基本特性傳感器的基本特性最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。 1.階躍響應(yīng)階躍響應(yīng) 輸入為階躍信號時(shí)，傳感器的響應(yīng)被稱為階躍響應(yīng)。從階輸入為階躍信號時(shí)，傳感器的響應(yīng)被稱為階躍響應(yīng)。從階躍響應(yīng)中我們可以得到傳感器在時(shí)間域內(nèi)的響應(yīng)特性。如躍響應(yīng)中我們可以得到傳感器在時(shí)間域內(nèi)的響應(yīng)特性。如圖圖1-4所示輸入信號是幅值為所示輸入信號是幅值為A的階躍信號，此時(shí)傳感器階躍的階躍信號，此時(shí)傳感器階躍響應(yīng)如圖響應(yīng)如圖1-5所示

14、。所示。 2.頻率響應(yīng)頻率響應(yīng) 將各種頻率不同而幅值相等的正弦信號輸入到傳感器，傳將各種頻率不同而幅值相等的正弦信號輸入到傳感器，傳感器的輸出正弦信號的幅值、相位與頻率之間的關(guān)系稱為頻感器的輸出正弦信號的幅值、相位與頻率之間的關(guān)系稱為頻率響應(yīng)特性。其中輸出信號的幅值與輸入信號的頻率的關(guān)系率響應(yīng)特性。其中輸出信號的幅值與輸入信號的頻率的關(guān)系稱為幅頻響應(yīng)稱為幅頻響應(yīng);輸出信號的相位與輸入信號的頻率的關(guān)系稱為輸出信號的相位與輸入信號的頻率的關(guān)系稱為上一頁返回下一頁1.2 傳感器的基本特性傳感器的基本特性相頻特性。頻率響應(yīng)是通過研究穩(wěn)態(tài)過程來分析傳感器的動(dòng)相頻特性。頻率響應(yīng)是通過研究穩(wěn)態(tài)過程來分析傳感

15、器的動(dòng)態(tài)特性的，它可以通過對傳感器在頻域響應(yīng)過程中的波形參態(tài)特性的，它可以通過對傳感器在頻域響應(yīng)過程中的波形參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并對響應(yīng)特性曲線進(jìn)行分析數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并對響應(yīng)特性曲線進(jìn)行分析;也可通過對頻率響也可通過對頻率響應(yīng)性能指標(biāo)應(yīng)性能指標(biāo)(如頻率響應(yīng)范圍、幅值誤差、相位誤差等如頻率響應(yīng)范圍、幅值誤差、相位誤差等)的考的考核來完成。核來完成。返回上一頁1.3 傳感器的基本誤差傳感器的基本誤差1.3.1 傳感器的基本誤差傳感器的基本誤差 任何測量都不可能絕對準(zhǔn)確，都存在誤差，只要誤差在任何測量都不可能絕對準(zhǔn)確，都存在誤差，只要誤差在允許范圍內(nèi)即可認(rèn)為符合標(biāo)準(zhǔn)，傳感器也不例外。所謂傳感允許范圍內(nèi)即可認(rèn)

16、為符合標(biāo)準(zhǔn)，傳感器也不例外。所謂傳感器的誤差，即傳感器的輸出值與理論輸出值的差值。因此要器的誤差，即傳感器的輸出值與理論輸出值的差值。因此要求設(shè)計(jì)與制造傳感器時(shí)，允許有誤差，但必須在規(guī)定誤差的求設(shè)計(jì)與制造傳感器時(shí)，允許有誤差，但必須在規(guī)定誤差的范圍之內(nèi)。為了使傳感器能滿足一定的精度要求，我們要掌范圍之內(nèi)。為了使傳感器能滿足一定的精度要求，我們要掌握誤差的種類及分析產(chǎn)生誤差的原因、克服與減少誤差的方握誤差的種類及分析產(chǎn)生誤差的原因、克服與減少誤差的方法。法。1.測量誤差的基本概念測量誤差的基本概念 由傳感器的定義得知，傳感器是將未知的物理量轉(zhuǎn)換成由傳感器的定義得知，傳感器是將未知的物理量轉(zhuǎn)換成人

17、們可知的電信號，實(shí)際上傳感器就是一種測量器具，所以人們可知的電信號，實(shí)際上傳感器就是一種測量器具，所以傳感器的誤差也就是測量誤差。下面介紹有關(guān)測量的部分名傳感器的誤差也就是測量誤差。下面介紹有關(guān)測量的部分名詞。詞。下一頁返回1.3 傳感器的基本誤差傳感器的基本誤差 2.誤差的分類誤差的分類 在測量中由不同因素產(chǎn)生的誤差是混合在一起同時(shí)出現(xiàn)的。在測量中由不同因素產(chǎn)生的誤差是混合在一起同時(shí)出現(xiàn)的。為了便于分析研究誤差的性質(zhì)、特點(diǎn)和消除方為了便于分析研究誤差的性質(zhì)、特點(diǎn)和消除方.法，下面將對法，下面將對各種誤差進(jìn)行分類討論。各種誤差進(jìn)行分類討論。(1)按表示方法分類按表示方法分類 絕對誤差絕對誤差指

18、示值指示值 與約定真值與約定真值 的差值，即的差值，即 量中常使用修正值量中常使用修正值 。只要得到修正值。只要得到修正值 示值示值 ，便可得，便可得知約定真值知約定真值 。 相對誤差相對誤差針對絕對誤差有時(shí)不足以反映示值偏離約定針對絕對誤差有時(shí)不足以反映示值偏離約定真值大小程度而設(shè)定的，在實(shí)際測量中相對誤差有下列表示真值大小程度而設(shè)定的，在實(shí)際測量中相對誤差有下列表示形式形式:上一頁 下一頁返回xAoAoxAA xAoA1.3 傳感器的基本誤差傳感器的基本誤差(2)按誤差出現(xiàn)的規(guī)律分類按誤差出現(xiàn)的規(guī)律分類 系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差指誤差的數(shù)值是一個(gè)常數(shù)或按一定規(guī)律變化指誤差的數(shù)值是一個(gè)常數(shù)或按一定規(guī)

19、律變化的值。它又可分為恒值誤差和變值誤差。的值。它又可分為恒值誤差和變值誤差。 隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差由于偶然因素的影響而引起的，其數(shù)值大小由于偶然因素的影響而引起的，其數(shù)值大小和正負(fù)號不定，而且難以估計(jì)。但是總體仍服從一定統(tǒng)計(jì)規(guī)和正負(fù)號不定，而且難以估計(jì)。但是總體仍服從一定統(tǒng)計(jì)規(guī)律，它不能通過實(shí)驗(yàn)方法加以消除，但能運(yùn)用統(tǒng)計(jì)處理方法律，它不能通過實(shí)驗(yàn)方法加以消除，但能運(yùn)用統(tǒng)計(jì)處理方法減少其影響。隨機(jī)誤差表現(xiàn)了測量結(jié)果的分散性。在誤差理減少其影響。隨機(jī)誤差表現(xiàn)了測量結(jié)果的分散性。在誤差理論中常用精密度來表征隨機(jī)誤差的大小。隨機(jī)誤差愈小，精論中常用精密度來表征隨機(jī)誤差的大小。隨機(jī)誤差愈小，精密度愈高。密

20、度愈高。 粗大誤差粗大誤差指在一定的條件下測量結(jié)果顯著地偏離其實(shí)指在一定的條件下測量結(jié)果顯著地偏離其實(shí)際值時(shí)所對應(yīng)的誤差。從性質(zhì)上看，粗大誤差并不是單獨(dú)的際值時(shí)所對應(yīng)的誤差。從性質(zhì)上看，粗大誤差并不是單獨(dú)的類別，它本身既具有系統(tǒng)誤差的性質(zhì)，也可能具有隨機(jī)誤差類別，它本身既具有系統(tǒng)誤差的性質(zhì)，也可能具有隨機(jī)誤差的性質(zhì)，只不過在一定測量條件下其絕對值特別大而已。的性質(zhì)，只不過在一定測量條件下其絕對值特別大而已。上一頁 下一頁返回1.3 傳感器的基本誤差傳感器的基本誤差粗大誤差是由于測量方法不妥、各種隨機(jī)因素的影響以及測粗大誤差是由于測量方法不妥、各種隨機(jī)因素的影響以及測量人員粗心所造成的。量人員粗

21、心所造成的。(3)按被測量隨時(shí)間變化的速度分類按被測量隨時(shí)間變化的速度分類 靜態(tài)誤差靜態(tài)誤差指在測量過程中，被測量隨時(shí)間變化很緩慢指在測量過程中，被測量隨時(shí)間變化很緩慢或基本不變時(shí)的測量誤差。或基本不變時(shí)的測量誤差。 動(dòng)態(tài)誤差動(dòng)態(tài)誤差在被測量隨時(shí)間變化時(shí)所測得的誤差。例如在被測量隨時(shí)間變化時(shí)所測得的誤差。例如用筆式記錄儀測得的結(jié)果，由于記錄筆有慣性量，輸出量在用筆式記錄儀測得的結(jié)果，由于記錄筆有慣性量，輸出量在時(shí)間上不能與被測量的變化一致，而造成的誤差就屬于動(dòng)態(tài)時(shí)間上不能與被測量的變化一致，而造成的誤差就屬于動(dòng)態(tài)誤差。動(dòng)態(tài)誤差是在動(dòng)態(tài)測量時(shí)產(chǎn)生的，動(dòng)態(tài)測量的優(yōu)點(diǎn)是誤差。動(dòng)態(tài)誤差是在動(dòng)態(tài)測量時(shí)產(chǎn)

22、生的，動(dòng)態(tài)測量的優(yōu)點(diǎn)是檢測效率高和環(huán)境影響小。檢測效率高和環(huán)境影響小。(4)按使用條件分類按使用條件分類 基本誤差基本誤差指檢測系統(tǒng)在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下使用時(shí)所產(chǎn)指檢測系統(tǒng)在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下使用時(shí)所產(chǎn)生的誤差。生的誤差。上一頁返回下一頁1.3 傳感器的基本誤差傳感器的基本誤差 附加誤差附加誤差當(dāng)使用條件偏離規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)條件時(shí)，除基本誤當(dāng)使用條件偏離規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)條件時(shí)，除基本誤差外還會產(chǎn)生附加誤差，例如由于溫度超過標(biāo)準(zhǔn)引起的溫度差外還會產(chǎn)生附加誤差，例如由于溫度超過標(biāo)準(zhǔn)引起的溫度附加誤差、電源附加誤差以及頻率附加誤差等。這些附加誤附加誤差、電源附加誤差以及頻率附加誤差等。這些附加誤差在使用時(shí)會疊加到基本誤

23、差上去。差在使用時(shí)會疊加到基本誤差上去。1.3.2 儀表精度與測量精度儀表精度與測量精度 1.儀表精度與測量精度的關(guān)系儀表精度與測量精度的關(guān)系 儀表精度一般分為七個(gè)等級，實(shí)際上就是取最大滿度儀表精度一般分為七個(gè)等級，實(shí)際上就是取最大滿度(引引用用)相對誤差，對于數(shù)字儀表和光學(xué)儀表等還具有更高精度的相對誤差，對于數(shù)字儀表和光學(xué)儀表等還具有更高精度的等級。一般而言，七個(gè)等級在工業(yè)儀表中是具有代表性的。等級。一般而言，七個(gè)等級在工業(yè)儀表中是具有代表性的。而真正反映測量精度的是實(shí)際相對誤差。從最大滿度而真正反映測量精度的是實(shí)際相對誤差。從最大滿度(引用引用)誤差和實(shí)際相對誤差的定義公式不難看出，被測量

24、的大小愈誤差和實(shí)際相對誤差的定義公式不難看出，被測量的大小愈接近量程，相對誤差就愈接近于最大滿度接近量程，相對誤差就愈接近于最大滿度(引用引用)誤差，因此誤差，因此下一頁返回上一頁1.3 傳感器的基本誤差傳感器的基本誤差對于同等級精度的儀表，選擇適當(dāng)?shù)牧砍蹋贡粶y量位于儀對于同等級精度的儀表，選擇適當(dāng)?shù)牧砍?，使被測量位于儀表量值的上限附近，將能充分利用儀表精度獲得較精確的測表量值的上限附近，將能充分利用儀表精度獲得較精確的測量結(jié)果。量結(jié)果。 2.附加誤差對實(shí)際測量精度的影響附加誤差對實(shí)際測量精度的影響 在檢測儀表的技術(shù)說明書中，除了給出基本誤差外，還在檢測儀表的技術(shù)說明書中，除了給出基本誤差外

25、，還給出了工作條件變化時(shí)可能產(chǎn)生的附加誤差。如果實(shí)際工作給出了工作條件變化時(shí)可能產(chǎn)生的附加誤差。如果實(shí)際工作條件不是儀表規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，這時(shí)必須考慮到附加誤差的條件不是儀表規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，這時(shí)必須考慮到附加誤差的影響。影響。上一頁返回1.4 傳感器中的彈牲敏感元件傳感器中的彈牲敏感元件1.4.1 彈性敏感元件的基本特性彈性敏感元件的基本特性 物體因外力作用而改變原來的尺寸或形狀稱為變形，如果物體因外力作用而改變原來的尺寸或形狀稱為變形，如果在外力去掉后能完全恢復(fù)其原來的尺寸和形狀，那么這種變在外力去掉后能完全恢復(fù)其原來的尺寸和形狀，那么這種變形稱為彈性變形，具有形稱為彈性變形，具有這類特性的物

26、體稱為彈性元件。在這類特性的物體稱為彈性元件。在傳感器中用于測量的彈性元件稱為彈性敏感元件。傳感器中用于測量的彈性元件稱為彈性敏感元件。1.剛度剛度 剛度是使彈性敏感元件產(chǎn)生單位變形所需要的外部作用力剛度是使彈性敏感元件產(chǎn)生單位變形所需要的外部作用力(或壓力或壓力)，其表達(dá)式為，其表達(dá)式為式中式中k為剛度為剛度; F為作用于彈性元件上的外力為作用于彈性元件上的外力; x為彈性元件產(chǎn)生的變形。為彈性元件產(chǎn)生的變形。 下一頁返回dxFdxFklim0 x）（1.4 傳感器中的彈牲敏感元件傳感器中的彈牲敏感元件 2.靈敏度靈敏度 靈敏度是剛度的倒數(shù)，它表示彈性敏感元件在承受單位輸靈敏度是剛度的倒數(shù)，

27、它表示彈性敏感元件在承受單位輸入量入量(力、壓力等力、壓力等)時(shí)所產(chǎn)生的變形大小，一般用時(shí)所產(chǎn)生的變形大小，一般用K表示，即表示，即在非電量檢測中往往希望彈性靈敏度為常數(shù)，此時(shí)彈性敏感在非電量檢測中往往希望彈性靈敏度為常數(shù)，此時(shí)彈性敏感元件的彈性特性是線性的，即元件的彈性特性是線性的，即1.4.2 彈性敏感元件的形式及應(yīng)用范圍彈性敏感元件的形式及應(yīng)用范圍 根據(jù)彈性敏感元件在傳感器中的作用，對它提出了一些要根據(jù)彈性敏感元件在傳感器中的作用，對它提出了一些要求，如具有好的彈性特性、足夠的精度、長期使用和溫度變求，如具有好的彈性特性、足夠的精度、長期使用和溫度變化時(shí)的穩(wěn)定性等。因而對制作彈性敏感元件

28、的材料提出了多化時(shí)的穩(wěn)定性等。因而對制作彈性敏感元件的材料提出了多方面的要求，如彈性模量的溫度系數(shù)要小、線膨脹系數(shù)小且方面的要求，如彈性模量的溫度系數(shù)要小、線膨脹系數(shù)小且恒定、有良好的機(jī)械加工和熱處理性能等。我國通常使用合恒定、有良好的機(jī)械加工和熱處理性能等。我國通常使用合金鋼、碳鋼、銅合金和鋁合金等材料。金鋼、碳鋼、銅合金和鋁合金等材料。上一頁 下一頁返回dFxdK 1.4 傳感器中的彈牲敏感元件傳感器中的彈牲敏感元件 1.彈性敏感元件的形式彈性敏感元件的形式 傳感器中彈性敏感元件的輸入量通常是力傳感器中彈性敏感元件的輸入量通常是力(力矩力矩)或流體壓或流體壓力力(統(tǒng)稱壓力統(tǒng)稱壓力)，即使其

29、他非電被測量輸入給彈性敏感元件時(shí)，即使其他非電被測量輸入給彈性敏感元件時(shí)，也是先將它們變換成力或壓力再輸入給彈性敏感元件。也是先將它們變換成力或壓力再輸入給彈性敏感元件。 2.變換力的彈性元件變換力的彈性元件 (1)等截面軸等截面軸又稱柱式彈性敏感元件，可以是實(shí)等截面軸等截面軸又稱柱式彈性敏感元件，可以是實(shí)心柱體或空心圓柱體，如圖心柱體或空心圓柱體，如圖1-7所示。實(shí)心等截面軸在力的所示。實(shí)心等截面軸在力的作用下彈性敏感元件的位移很小，因此常用它的應(yīng)變作輸出作用下彈性敏感元件的位移很小，因此常用它的應(yīng)變作輸出量。其主要的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、測量范圍寬，可量。其主要的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、加工方

30、便、測量范圍寬，可承受數(shù)萬牛頓的載荷，但其靈敏度小。承受數(shù)萬牛頓的載荷，但其靈敏度小。上一頁 下一頁返回1.4 傳感器中的彈牲敏感元件傳感器中的彈牲敏感元件 (2)環(huán)狀彈性敏感元件環(huán)狀彈性敏感元件多做成等截面圓環(huán)狀彈性敏感元件環(huán)狀彈性敏感元件多做成等截面圓環(huán)，如圖環(huán)，如圖1-8(a),(b)所示，圓環(huán)有較高的靈敏度，因而它所示，圓環(huán)有較高的靈敏度，因而它多用于測量較小的力。圓環(huán)的缺點(diǎn)是加工困難，環(huán)的各個(gè)部多用于測量較小的力。圓環(huán)的缺點(diǎn)是加工困難，環(huán)的各個(gè)部位的應(yīng)變及應(yīng)力都不相等。位的應(yīng)變及應(yīng)力都不相等。 (3)懸臂梁懸臂梁是一端固定、另一端自由的彈性敏感元懸臂梁懸臂梁是一端固定、另一端自由的彈

31、性敏感元件。按截面形狀又可分為等截面矩形懸臂梁和變截面等強(qiáng)度件。按截面形狀又可分為等截面矩形懸臂梁和變截面等強(qiáng)度懸臂梁，如圖懸臂梁，如圖1-9所示。懸臂梁的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于加所示。懸臂梁的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，輸出位移工，輸出位移(或應(yīng)變或應(yīng)變)大，靈敏度高，常用于較小力的測量。大，靈敏度高，常用于較小力的測量。 (4)扭轉(zhuǎn)軸如圖扭轉(zhuǎn)軸如圖1-10所示為扭轉(zhuǎn)軸式彈性敏感元件，當(dāng)所示為扭轉(zhuǎn)軸式彈性敏感元件，當(dāng)自由端受到轉(zhuǎn)矩的作用時(shí)，扭轉(zhuǎn)軸的表面會產(chǎn)生拉伸或壓縮自由端受到轉(zhuǎn)矩的作用時(shí)，扭轉(zhuǎn)軸的表面會產(chǎn)生拉伸或壓縮應(yīng)變，在軸表面上與軸線成方向應(yīng)變，在軸表面上與軸線成方向(圖圖1-10的的AB

32、方向方向)產(chǎn)生應(yīng)產(chǎn)生應(yīng)變。，而圖變。，而圖1-10中中AC方向所產(chǎn)生的應(yīng)變與方向所產(chǎn)生的應(yīng)變與AB方向的應(yīng)變方向的應(yīng)變大小相等，符號相反。大小相等，符號相反。上一頁 下一頁返回1.4 傳感器中的彈牲敏感元件傳感器中的彈牲敏感元件3.變換壓力的彈性敏感元件變換壓力的彈性敏感元件 (1)彈簧管彈簧管又稱波登管，通常是一根彎成彈簧管彈簧管又稱波登管，通常是一根彎成C形的空形的空心扁管，管子的截面形狀有橢圓形、平橢圓形、心扁管，管子的截面形狀有橢圓形、平橢圓形、D形、形、8字形字形等，如圖等，如圖1-11所示。彈簧管的另一端所示。彈簧管的另一端(自由端自由端)密封并與傳密封并與傳感器其他部分相連。感器

33、其他部分相連。 (2)波紋管波紋管是一種圓柱管狀的彈性敏感元件，其表波紋管波紋管是一種圓柱管狀的彈性敏感元件，其表面上有許多與圓柱同心的環(huán)狀皺紋面上有許多與圓柱同心的環(huán)狀皺紋(如圖如圖1-12所示所示)，管的，管的一端封閉，另一端開口并與被測壓力相通。一端封閉，另一端開口并與被測壓力相通。 (3)等截面薄板等截面薄板又稱平膜片，是一種抗彎剛度等截面薄板等截面薄板又稱平膜片，是一種抗彎剛度可以忽略的周邊固定的圓形薄膜，它能將輸入信號可以忽略的周邊固定的圓形薄膜，它能將輸入信號(壓力或壓壓力或壓差差)轉(zhuǎn)化為位移信號。當(dāng)膜片的兩側(cè)面受到不同的壓力時(shí)，膜轉(zhuǎn)化為位移信號。當(dāng)膜片的兩側(cè)面受到不同的壓力時(shí)，

34、膜片的中心將向壓力低的一側(cè)產(chǎn)生一定的位移，如圖片的中心將向壓力低的一側(cè)產(chǎn)生一定的位移，如圖1-13所所示。示。上一頁返回下一頁1.4 傳感器中的彈牲敏感元件傳感器中的彈牲敏感元件 (4)波紋膜片和膜盒波紋膜片是一種壓有環(huán)形同心波紋的波紋膜片和膜盒波紋膜片是一種壓有環(huán)形同心波紋的圓形薄膜，為了便于與傳感器相連接，在膜片的中央留有一圓形薄膜，為了便于與傳感器相連接，在膜片的中央留有一個(gè)光滑的部分，有時(shí)還在中心處焊接一塊圓形金屬片為膜片個(gè)光滑的部分，有時(shí)還在中心處焊接一塊圓形金屬片為膜片的硬心。其波紋的形狀有正弦形、梯形、鋸齒形等多種形式，的硬心。其波紋的形狀有正弦形、梯形、鋸齒形等多種形式，如圖如

35、圖1-14所示。所示。 為了進(jìn)一步提高靈敏度，可將兩個(gè)波紋膜片焊在一起，制為了進(jìn)一步提高靈敏度，可將兩個(gè)波紋膜片焊在一起，制成膜盒，如圖成膜盒，如圖1-15所示。在同樣大小的壓力所示。在同樣大小的壓力(或壓差或壓差)作用作用下，它的中心位移量是單個(gè)膜片的兩倍。由于膜盒本身是一下，它的中心位移量是單個(gè)膜片的兩倍。由于膜盒本身是一個(gè)封閉的整體，所以周邊不需要固定，給安裝帶來方便，它個(gè)封閉的整體，所以周邊不需要固定，給安裝帶來方便，它的應(yīng)用比波紋膜片廣泛。的應(yīng)用比波紋膜片廣泛。 (5)薄壁圓筒和薄壁半球薄壁圓筒和薄壁半球的應(yīng)用不是薄壁圓筒和薄壁半球薄壁圓筒和薄壁半球的應(yīng)用不是很廣泛，原因是這兩種彈性

36、敏感元件的靈敏度較低，它們的很廣泛，原因是這兩種彈性敏感元件的靈敏度較低，它們的形狀如圖形狀如圖1-16所示。它們的厚度一般要小于直徑的所示。它們的厚度一般要小于直徑的1/20，當(dāng)當(dāng)下一頁返回上一頁1.4 傳感器中的彈牲敏感元件傳感器中的彈牲敏感元件被測壓力通入薄壁圓筒和薄壁半球的內(nèi)腔中時(shí)，圓筒和半球被測壓力通入薄壁圓筒和薄壁半球的內(nèi)腔中時(shí)，圓筒和半球均勻地向外擴(kuò)張，產(chǎn)生拉伸應(yīng)力或應(yīng)變。它們在軸向的應(yīng)變均勻地向外擴(kuò)張，產(chǎn)生拉伸應(yīng)力或應(yīng)變。它們在軸向的應(yīng)變和圓周方向的應(yīng)變是不相等的。薄壁圓筒和薄壁半球雖然靈和圓周方向的應(yīng)變是不相等的。薄壁圓筒和薄壁半球雖然靈敏度較低，但堅(jiān)固性較好，適用于特殊結(jié)構(gòu)

37、要求的場合。敏度較低，但堅(jiān)固性較好，適用于特殊結(jié)構(gòu)要求的場合。上一頁返回圖圖1-1傳感器理想線性圖傳感器理想線性圖返回圖圖1-2 特性曲線與線性度關(guān)系曲線特性曲線與線性度關(guān)系曲線返回圖圖1- 4幅值為幅值為A的階躍信號的階躍信號返回 第第2章常用傳感器及測量轉(zhuǎn)換電路章常用傳感器及測量轉(zhuǎn)換電路2.1電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器2.2 熱電阻傳感器熱電阻傳感器2.3 熱電偶傳感器熱電偶傳感器2.4 電渦流式傳感器電渦流式傳感器2.5 電容式傳感器電容式傳感器2.6 電感式傳感器電感式傳感器2.7 壓電式傳感器壓電式傳感器2.8 磁電式傳感器磁電式傳感器2.1 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器2

38、.9 光電式傳感器光電式傳感器2.10 數(shù)字式傳感器數(shù)字式傳感器2.11 霍爾傳感器霍爾傳感器2.12 差分變壓器式傳感器差分變壓器式傳感器2.13 氣敏傳感器氣敏傳感器 上一頁返回2.1電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 (1)這類傳感器結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，性能穩(wěn)定、可靠。這類傳感器結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，性能穩(wěn)定、可靠。 (2)易于實(shí)現(xiàn)測試過程自動(dòng)化和多點(diǎn)同步測量、遠(yuǎn)距測量易于實(shí)現(xiàn)測試過程自動(dòng)化和多點(diǎn)同步測量、遠(yuǎn)距測量和遙測。和遙測。 (3)靈敏度高，測量速度快，適合靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測量。靈敏度高，測量速度快，適合靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測量。 (4)可以測量各種物理量?？梢詼y量各種物理量。 因此在航空航天、機(jī)械、

39、化工、交通、建筑、醫(yī)學(xué)、汽車因此在航空航天、機(jī)械、化工、交通、建筑、醫(yī)學(xué)、汽車工業(yè)等領(lǐng)域有很廣的應(yīng)用。工業(yè)等領(lǐng)域有很廣的應(yīng)用。 電阻應(yīng)變式傳感器由彈性敏感元件與電阻應(yīng)變片構(gòu)成。彈電阻應(yīng)變式傳感器由彈性敏感元件與電阻應(yīng)變片構(gòu)成。彈性敏感元件在感受被測量時(shí)將產(chǎn)生變形，其表面產(chǎn)生應(yīng)變。性敏感元件在感受被測量時(shí)將產(chǎn)生變形，其表面產(chǎn)生應(yīng)變。而豁結(jié)在彈性敏感元件表面上的電阻應(yīng)變片將隨著彈性敏感而豁結(jié)在彈性敏感元件表面上的電阻應(yīng)變片將隨著彈性敏感元件產(chǎn)生應(yīng)變，因此，電阻應(yīng)變片的電阻值也產(chǎn)生相應(yīng)的變元件產(chǎn)生應(yīng)變，因此，電阻應(yīng)變片的電阻值也產(chǎn)生相應(yīng)的變化。這樣，通過測量電阻應(yīng)變片的電阻值變化，就可以確定化。這樣

40、，通過測量電阻應(yīng)變片的電阻值變化，就可以確定被測量的大小了。被測量的大小了。下一頁返回2.1電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器短接式應(yīng)變片兩端用直徑比柵線直徑大短接式應(yīng)變片兩端用直徑比柵線直徑大510倍的鍍銀絲短倍的鍍銀絲短接。優(yōu)點(diǎn)是克服了橫向效應(yīng)，但制造工藝復(fù)雜。接。優(yōu)點(diǎn)是克服了橫向效應(yīng)，但制造工藝復(fù)雜。 常用材料常用材料:康銅、鎳鉻鋁合金、鐵鉻鋁合金以及鉑、鉑烏康銅、鎳鉻鋁合金、鐵鉻鋁合金以及鉑、鉑烏合金等。合金等。 2.金屬箔式應(yīng)變片金屬箔式應(yīng)變片 箔式應(yīng)變片是在絕緣基底上，將厚度箔式應(yīng)變片是在絕緣基底上，將厚度0.0030.01mm電阻箔材，利用照相制版或光刻腐蝕的方法，制成適用于各電阻

41、箔材，利用照相制版或光刻腐蝕的方法，制成適用于各種需要的形狀。種需要的形狀。 3.金屬薄膜應(yīng)變片金屬薄膜應(yīng)變片 薄膜應(yīng)變片是薄膜技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。它是采用真空蒸發(fā)或薄膜應(yīng)變片是薄膜技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。它是采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法，在薄的絕緣基片上形成厚度在真空沉積等方法，在薄的絕緣基片上形成厚度在0. 1 以以下的金屬電阻材料薄膜的敏感柵，最后加上保護(hù)層。下的金屬電阻材料薄膜的敏感柵，最后加上保護(hù)層。上一頁返回m 下一頁2.1電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 4.半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片 半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的電阻率隨作半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的電阻率隨作用應(yīng)力而

42、變化的所謂用應(yīng)力而變化的所謂“壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)”。所有材料在某種程度上。所有材料在某種程度上都呈現(xiàn)壓阻效應(yīng)，但半導(dǎo)體的這種效應(yīng)特別顯著，能直接反都呈現(xiàn)壓阻效應(yīng)，但半導(dǎo)體的這種效應(yīng)特別顯著，能直接反映出很微小的應(yīng)變。映出很微小的應(yīng)變。2.1.4 測量轉(zhuǎn)換電路測量轉(zhuǎn)換電路 應(yīng)變式電阻傳感器是借助于彈性元件，將力的變化轉(zhuǎn)化為應(yīng)變式電阻傳感器是借助于彈性元件，將力的變化轉(zhuǎn)化為變形，然后利用導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，將力轉(zhuǎn)變成電阻的變化，變形，然后利用導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，將力轉(zhuǎn)變成電阻的變化，最終利用測量電路得到被測量最終利用測量電路得到被測量(力力)的電信號。應(yīng)變式電阻傳的電信號。應(yīng)變式電阻傳感器主要包括彈性元件、

43、電阻應(yīng)變片及測量電路。感器主要包括彈性元件、電阻應(yīng)變片及測量電路。2.1.5 溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償 在實(shí)際應(yīng)用中，除了應(yīng)變能導(dǎo)致應(yīng)變片電阻變化外，在實(shí)際應(yīng)用中，除了應(yīng)變能導(dǎo)致應(yīng)變片電阻變化外，圖圖2-5溫度溫度下一頁返回上一頁2.1電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 2.1.6 電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用 電固應(yīng)變刻專感器中的各種彈勝勝元件一般為敏感元件，電固應(yīng)變刻專感器中的各種彈勝勝元件一般為敏感元件，傳感元件就是應(yīng)變片，測量轉(zhuǎn)換電路一般為電橋電路。電阻傳感元件就是應(yīng)變片，測量轉(zhuǎn)換電路一般為電橋電路。電阻應(yīng)變刻專感器通?？捎脕頊y量應(yīng)變以外的物理量，例如力、應(yīng)變刻專感器通常可用來測

44、量應(yīng)變以外的物理量，例如力、扭矩、加速度和壓力等。把應(yīng)變片料視占到彈勝勝敏感元件扭矩、加速度和壓力等。把應(yīng)變片料視占到彈勝勝敏感元件上，使彈性毓惑元件的應(yīng)變與被測量成比例關(guān)系。上，使彈性毓惑元件的應(yīng)變與被測量成比例關(guān)系。 1.力和扭矩傳感器力和扭矩傳感器 圖圖2-6所示列出了幾種力和扭矩傳感器的彈性敏感元件。所示列出了幾種力和扭矩傳感器的彈性敏感元件。拉伸應(yīng)力作用下的細(xì)長桿和壓縮應(yīng)力作用下的短粗圓柱體如拉伸應(yīng)力作用下的細(xì)長桿和壓縮應(yīng)力作用下的短粗圓柱體如圖圖2-6(a),(b)所示。測量時(shí)都可以在軸向布置一個(gè)或幾個(gè)所示。測量時(shí)都可以在軸向布置一個(gè)或幾個(gè)應(yīng)變片，在圓周方向上布置同樣數(shù)目的應(yīng)變片。

45、后者拾取符應(yīng)變片，在圓周方向上布置同樣數(shù)目的應(yīng)變片。后者拾取符號相反的橫向應(yīng)變，從而構(gòu)成差動(dòng)式。另一種彎曲梁和號相反的橫向應(yīng)變，從而構(gòu)成差動(dòng)式。另一種彎曲梁和上一頁 下一頁返回2.1電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器扭轉(zhuǎn)軸上的應(yīng)變片也均可構(gòu)成差分式，如扭轉(zhuǎn)軸上的應(yīng)變片也均可構(gòu)成差分式，如圖圖2-6(c),(d)所所示。另外用環(huán)狀彈性敏感元件測拉示。另外用環(huán)狀彈性敏感元件測拉(壓壓)力也是比較普遍的，力也是比較普遍的，如如圖圖2-6(e)所示。所示。 2.壓力傳感器壓力傳感器 應(yīng)變式壓力傳感器主要用于液體、氣體壓力的測量。應(yīng)變式壓力傳感器主要用于液體、氣體壓力的測量。圖圖2-7中給出了組合式壓力傳

46、感器示意圖。圖中應(yīng)變片中給出了組合式壓力傳感器示意圖。圖中應(yīng)變片R粘貼粘貼在懸臂梁上，懸臂梁的剛度應(yīng)比壓力敏感元件更高，這樣可在懸臂梁上，懸臂梁的剛度應(yīng)比壓力敏感元件更高，這樣可降低這些元件所固有的不穩(wěn)定性和遲滯。降低這些元件所固有的不穩(wěn)定性和遲滯。 圖圖2-8所示是筒式壓力傳感器。被測壓力所示是筒式壓力傳感器。被測壓力P作用于筒內(nèi)腔，作用于筒內(nèi)腔，使筒發(fā)生變形，工作應(yīng)變片使筒發(fā)生變形，工作應(yīng)變片1貼在空心的筒壁外感受應(yīng)變，貼在空心的筒壁外感受應(yīng)變，補(bǔ)償應(yīng)變片補(bǔ)償應(yīng)變片2貼在不發(fā)生變形的實(shí)心端作為溫度補(bǔ)償用。一貼在不發(fā)生變形的實(shí)心端作為溫度補(bǔ)償用。一般可用來測量機(jī)床液壓系統(tǒng)壓力和槍、炮筒腔內(nèi)壓

47、力等。般可用來測量機(jī)床液壓系統(tǒng)壓力和槍、炮筒腔內(nèi)壓力等。上一頁 下一頁返回2.1電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器 3.加速度傳感器加速度傳感器 加速度傳感器實(shí)質(zhì)上是一種測量力的裝置，如加速度傳感器實(shí)質(zhì)上是一種測量力的裝置，如圖圖2-9所示。所示。測量時(shí)，將基座固定在被測對象上，當(dāng)被測物體以加速度測量時(shí)，將基座固定在被測對象上，當(dāng)被測物體以加速度a運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊受到一個(gè)與加速度方向相反的慣性力而使懸運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊受到一個(gè)與加速度方向相反的慣性力而使懸臂梁變形。通過應(yīng)變片檢測出懸臂梁的應(yīng)變值，而應(yīng)變值是臂梁變形。通過應(yīng)變片檢測出懸臂梁的應(yīng)變值，而應(yīng)變值是與加速度成正比的。與加速度成正比的。上一頁返

48、回2.2 熱電阻傳感器熱電阻傳感器 熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特?zé)犭娮鑲鞲衅髦饕抢秒娮柚惦S溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。在溫度檢測精度要求比性來測量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。在溫度檢測精度要求比較高的場合，這種傳感器比較適用。目前應(yīng)用較為廣泛的熱較高的場合，這種傳感器比較適用。目前應(yīng)用較為廣泛的熱電阻材料為鉑、銅、鎳等，它們具有電阻溫度系數(shù)大、線性電阻材料為鉑、銅、鎳等，它們具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點(diǎn)。好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點(diǎn)。2.2.1 熱電阻熱電阻 熱電阻主要是利用電阻隨溫度變化而變

49、化這一特性來測量熱電阻主要是利用電阻隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度的。目前廣泛應(yīng)用的熱電阻材料是鉑和銅，它們的電阻溫度的。目前廣泛應(yīng)用的熱電阻材料是鉑和銅，它們的電阻溫度系數(shù)在溫度系數(shù)在范圍內(nèi)。作為測溫用的熱電阻材料，希望具有范圍內(nèi)。作為測溫用的熱電阻材料，希望具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點(diǎn)。鉑的性能最穩(wěn)定，采用特殊的結(jié)構(gòu)可制成標(biāo)工容易等特點(diǎn)。鉑的性能最穩(wěn)定，采用特殊的結(jié)構(gòu)可制成標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，它的適用范圍為。銅電阻價(jià)廉并且線性好，準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，它的適用范圍為。銅電阻價(jià)廉并且線性好，返回下一頁2.

50、2 熱電阻傳感器熱電阻傳感器但溫度高時(shí)易氧化，故用于溫度較低的環(huán)境中。表但溫度高時(shí)易氧化，故用于溫度較低的環(huán)境中。表2-1列出列出了熱電阻的主要技術(shù)性能。了熱電阻的主要技術(shù)性能。 2.2.2熱敏電阻熱敏電阻 熱敏電阻是近年來出現(xiàn)的一種新型半導(dǎo)體測溫元件。一熱敏電阻是近年來出現(xiàn)的一種新型半導(dǎo)體測溫元件。一般按溫度系數(shù)可分為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻般按溫度系數(shù)可分為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)、正溫度系、正溫度系數(shù)熱敏電阻數(shù)熱敏電阻( PTC)和臨界溫系數(shù)熱敏電阻和臨界溫系數(shù)熱敏電阻(CTR)。這三類。這三類熱敏電阻的電阻率熱敏電阻的電阻率P與溫度與溫度t的變化曲線如的變化曲線如圖圖2-10所示。從所示

51、。從圖中可以看出這些曲線都呈非線性。圖中可以看出這些曲線都呈非線性。 熱敏電阻除按溫度系數(shù)區(qū)分外，還有以下三種分類方法熱敏電阻除按溫度系數(shù)區(qū)分外，還有以下三種分類方法:按結(jié)構(gòu)形式可分為體型、薄膜型、厚膜型三種按結(jié)構(gòu)形式可分為體型、薄膜型、厚膜型三種;按工作方式可按工作方式可分為直熱式、旁熱式、延遲電路三種分為直熱式、旁熱式、延遲電路三種;按工作溫度區(qū)可分為常按工作溫度區(qū)可分為常溫區(qū)、高溫、低溫區(qū)熱敏電阻。熱敏電阻可根據(jù)使用要求溫區(qū)、高溫、低溫區(qū)熱敏電阻。熱敏電阻可根據(jù)使用要求下一頁返回上一頁2.2 熱電阻傳感器熱電阻傳感器封裝加工成各種形狀的探頭，如珠狀、片狀、桿狀、錐狀、封裝加工成各種形狀的

52、探頭，如珠狀、片狀、桿狀、錐狀、針狀等，如針狀等，如圖圖2-11所示。所示。幾種常用的熱敏電阻的型號及其主要參數(shù)列于幾種常用的熱敏電阻的型號及其主要參數(shù)列于表表2-2.2.2.3 熱電阻傳感器的應(yīng)用熱電阻傳感器的應(yīng)用 1.金屬熱電阻傳感器金屬熱電阻傳感器 在工業(yè)上廣泛應(yīng)用金屬熱電阻傳感器進(jìn)行溫度測量，用電在工業(yè)上廣泛應(yīng)用金屬熱電阻傳感器進(jìn)行溫度測量，用電橋作為測量電路。在進(jìn)行測量時(shí)，總要采用連接導(dǎo)線，但由橋作為測量電路。在進(jìn)行測量時(shí)，總要采用連接導(dǎo)線，但由于金屬電阻本身阻值很小，所以引線電阻及其變化就不能忽于金屬電阻本身阻值很小，所以引線電阻及其變化就不能忽略。為了消除或減少引線電阻的影響，通

53、常采用三線制連接略。為了消除或減少引線電阻的影響，通常采用三線制連接法，如法，如圖圖2-12所示。所示。 2.半導(dǎo)體熱電阻傳感器半導(dǎo)體熱電阻傳感器 熱敏電阻傳感器應(yīng)用范圍廣，具有尺寸小、響應(yīng)速度快、熱敏電阻傳感器應(yīng)用范圍廣，具有尺寸小、響應(yīng)速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。下面介紹幾種常見的應(yīng)用。靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。下面介紹幾種常見的應(yīng)用。上一頁 下一頁返回2.2 熱電阻傳感器熱電阻傳感器 (1)溫度測量作為測量溫度的熱敏電阻一般結(jié)構(gòu)簡單。沒溫度測量作為測量溫度的熱敏電阻一般結(jié)構(gòu)簡單。沒有外面保護(hù)層的熱敏電阻只能應(yīng)用在干燥的地方，密封的熱有外面保護(hù)層的熱敏電阻只能應(yīng)用在干燥的地方，密封的熱敏電阻不怕濕氣的侵

54、蝕，可以使用在任何環(huán)境下。由于熱敏敏電阻不怕濕氣的侵蝕，可以使用在任何環(huán)境下。由于熱敏電阻的阻值很大，故其連接導(dǎo)線的電阻和接觸電阻可忽略。電阻的阻值很大，故其連接導(dǎo)線的電阻和接觸電阻可忽略。因此熱敏電阻可以在距離長達(dá)幾千米的遠(yuǎn)距離測量溫度，測因此熱敏電阻可以在距離長達(dá)幾千米的遠(yuǎn)距離測量溫度，測量電路多采用橋路。量電路多采用橋路。圖圖2-13給出一種雙橋溫差測量電路。給出一種雙橋溫差測量電路。 (2)溫度補(bǔ)償儀表中通常用的一些零件多數(shù)是金屬絲做成溫度補(bǔ)償儀表中通常用的一些零件多數(shù)是金屬絲做成的，例如線圈、線繞電阻等。金屬一般具有正溫度系數(shù)，采的，例如線圈、線繞電阻等。金屬一般具有正溫度系數(shù)，采用

55、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻進(jìn)行補(bǔ)償，可以抵消由于溫度變化所用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻進(jìn)行補(bǔ)償，可以抵消由于溫度變化所產(chǎn)生的誤差。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻與錳銅產(chǎn)生的誤差。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻與錳銅絲電阻并聯(lián)后再與被補(bǔ)償元件串聯(lián)，如絲電阻并聯(lián)后再與被補(bǔ)償元件串聯(lián)，如圖圖2-14所示。在三所示。在三極管電路、對數(shù)放大器等電路中也常用熱敏電阻補(bǔ)償由于溫極管電路、對數(shù)放大器等電路中也常用熱敏電阻補(bǔ)償由于溫度引起的漂移誤差。度引起的漂移誤差。上一頁 下一頁返回2.2 熱電阻傳感器熱電阻傳感器 (3)工業(yè)控制將開關(guān)型的熱敏電阻埋設(shè)在被測物中，并與工業(yè)控制將開關(guān)型的熱敏電阻埋設(shè)在被測物中，并與繼電

56、器串聯(lián)，給電路加上恒定電壓，當(dāng)周圍介質(zhì)溫度升到一繼電器串聯(lián)，給電路加上恒定電壓，當(dāng)周圍介質(zhì)溫度升到一定數(shù)值時(shí)，電路中的電流可以由十分之幾毫安突變?yōu)閹资炼〝?shù)值時(shí)，電路中的電流可以由十分之幾毫安突變?yōu)閹资涟玻鹄^電器動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制或過熱保護(hù)等。安，引起繼電器動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制或過熱保護(hù)等。上一頁返回2.3 熱電偶傳感器熱電偶傳感器 熱電偶傳感器是將溫度轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢的一種測溫傳感器。熱電偶傳感器是將溫度轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢的一種測溫傳感器。它與其他測溫裝置比較，具有精度高、測溫范圍寬、結(jié)構(gòu)簡它與其他測溫裝置比較，具有精度高、測溫范圍寬、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、可遠(yuǎn)距離測量等優(yōu)點(diǎn)。在輕工、冶金、

57、機(jī)械單、使用方便、可遠(yuǎn)距離測量等優(yōu)點(diǎn)。在輕工、冶金、機(jī)械及化工等工業(yè)領(lǐng)域中被廣泛用于溫度的測量、調(diào)節(jié)和自動(dòng)控及化工等工業(yè)領(lǐng)域中被廣泛用于溫度的測量、調(diào)節(jié)和自動(dòng)控制等方面。制等方面。2.3.1 熱電偶傳感器的工作原理熱電偶傳感器的工作原理 1.熱電勢效應(yīng)熱電勢效應(yīng) 將兩種不同材料的導(dǎo)體構(gòu)成一閉合回路，若兩個(gè)接點(diǎn)處溫將兩種不同材料的導(dǎo)體構(gòu)成一閉合回路，若兩個(gè)接點(diǎn)處溫度不同，則回路中會產(chǎn)生電動(dòng)勢，從而形成電流，這個(gè)物理度不同，則回路中會產(chǎn)生電動(dòng)勢，從而形成電流，這個(gè)物理現(xiàn)象稱為熱電勢效應(yīng)，簡稱熱電效應(yīng)?，F(xiàn)象稱為熱電勢效應(yīng)，簡稱熱電效應(yīng)。圖圖2-15所示為熱電所示為熱電偶回路及符號。偶回路及符號。 2

58、.熱電偶回路的主要性質(zhì)熱電偶回路的主要性質(zhì) 下一頁返回2.3 熱電偶傳感器熱電偶傳感器 (1)中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體C，只要第三種導(dǎo)體的兩端溫度相同，則這一導(dǎo)體的引入將不會只要第三種導(dǎo)體的兩端溫度相同，則這一導(dǎo)體的引入將不會改變原來熱電偶的熱電動(dòng)勢大小。即改變原來熱電偶的熱電動(dòng)勢大小。即 其中其中C導(dǎo)體兩端溫度相同。導(dǎo)體兩端溫度相同。 從實(shí)用觀點(diǎn)看，這個(gè)性質(zhì)很重要，正是由于這個(gè)性質(zhì)存在，從實(shí)用觀點(diǎn)看，這個(gè)性質(zhì)很重要，正是由于這個(gè)性質(zhì)存在，才可以在回路中引入各種儀表、連接導(dǎo)線等，而不必?fù)?dān)心會才可以在回路中引入各種儀表、連接導(dǎo)線

59、等，而不必?fù)?dān)心會對熱電動(dòng)勢有影響，而且也允許采用任意的焊接方法來焊制對熱電動(dòng)勢有影響，而且也允許采用任意的焊接方法來焊制熱電偶。同時(shí)應(yīng)用這一性質(zhì)可以采用開路熱電偶對液態(tài)金屬熱電偶。同時(shí)應(yīng)用這一性質(zhì)可以采用開路熱電偶對液態(tài)金屬和金屬壁面進(jìn)行溫度測量，如和金屬壁面進(jìn)行溫度測量，如圖圖2-16所示。只要保證兩熱所示。只要保證兩熱電極電極A,B插入地方的溫度一致，則對整個(gè)回路的總熱電動(dòng)勢插入地方的溫度一致，則對整個(gè)回路的總熱電動(dòng)勢將不產(chǎn)生影響。將不產(chǎn)生影響。上一頁返回),(),(00TTETTEABABC 下一頁2.3 熱電偶傳感器熱電偶傳感器機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電率以及熱電偶的用途和測量范圍等因素決定。機(jī)械

60、強(qiáng)度、導(dǎo)電率以及熱電偶的用途和測量范圍等因素決定。熱電偶長度由使用情況、安裝條件，特別是工作端在被測介熱電偶長度由使用情況、安裝條件，特別是工作端在被測介質(zhì)中的插入深度來決定。質(zhì)中的插入深度來決定。 (2)絕緣套管絕緣套管又稱絕緣子，用來防止兩根熱電極絕緣套管絕緣套管又稱絕緣子，用來防止兩根熱電極短路，其材料的選用視使用的溫度范圍和對絕緣性能的要求短路，其材料的選用視使用的溫度范圍和對絕緣性能的要求而定。絕緣套管一般制成圓形，中間有孔，長度為而定。絕緣套管一般制成圓形，中間有孔，長度為20 mm，使用時(shí)根據(jù)熱電偶長度可多個(gè)串起來使用，常用的材料是氧使用時(shí)根據(jù)熱電偶長度可多個(gè)串起來使用，常用的材