現(xiàn)代傳感器應用技術(shù)論文

1、 檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)結(jié)課論文 班級：電力系統(tǒng)8班 學號：13230801姓名：白智揚現(xiàn)代傳感器應用技術(shù)傳感器技術(shù)是現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一，其水平高低是衡量一個國家科技發(fā)展水平的重要標志之一。傳感器產(chǎn)業(yè)也是國內(nèi)外公認的具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，它以其技術(shù)含量高、經(jīng)濟效益好、滲透能力強、市場前景廣等特點為世人矚目。改革開放20多年來，我國的傳感器技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)取得了長足進步，主要表現(xiàn)在：一是建立了“傳感技術(shù)國家重點實驗室”、“微米/納米國家重點實驗室”、“國家傳感技術(shù)工程中心”等研究開發(fā)基地；二是MEMS、MOEMS等研究項目列入了國家高新技術(shù)發(fā)展重點；三是在“九五”國家重點科

2、技攻關(guān)項目中，傳感器技術(shù)研究取得了51個品種86個規(guī)格的新產(chǎn)品；四是初步建立了敏感元件與傳感器產(chǎn)業(yè)，2000年總產(chǎn)量超過13億只，品種規(guī)格已有近6000種，并已在國民經(jīng)濟各部門和國防建設(shè)中得到一定應用。因為傳感器所涉及的內(nèi)容很多，而我所學的知識有有限，所以本文僅就電感式傳感器的原理及應用做一下簡單的介紹。電感式傳感器 （inductance type transducer）是利用電磁感應把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。 電感式傳感器具有以下優(yōu)缺點：（1）結(jié)構(gòu)簡單，傳感器無活動電觸點，因此

3、工作可靠壽命長。 （2）靈敏度和分辨力高，能測出0.01微米的位移變化。傳感器的輸出信號強，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達數(shù)百毫伏的輸出。 （3）線性度和重復性都比較好，在一定位移范圍（幾十微米至數(shù)毫米）內(nèi)，傳感器非線性誤差可達0.05%0.1%。同時，這種傳感器能實現(xiàn)信息的遠距離傳輸、記錄、顯示和控制，它在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中廣泛被采用。但不足的是，它有頻率響應較低，不宜快速動態(tài)測控等缺點。電感式傳感器種類很多，常見的有自感式，互感式和渦流式三種。因為知識水平有限，本文主要對自感式和電感式傳感器做一個詳細的介紹。1.1自感式傳感器的工作原理：自感式電感傳感器屬于電感式傳感器的一種。它是利用線圈

4、自感量的變化來實現(xiàn)測量的，它由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵都導磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，傳感器的運動部分與銜鐵相連。當被測量變化時，使銜鐵產(chǎn)生位移，引起磁路中磁阻變化，從而導致電感線圈的電感量變化，因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。 這種傳感器又稱為變磁阻式傳感器。2.1自感式傳感器的特點：無活動觸點、可靠度高、壽命長；分辨率高；靈敏度高；線性度高、重復性好；測量范圍寬（測量范圍大時分辨率低）；無輸入時有零位輸出電壓，引起測量誤差；對激勵電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高；不適用于高頻動態(tài)測量。電感式傳感器主要用于位移測量和可以轉(zhuǎn)

5、換成位移變化的機械量（如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動、應變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等）的測量。常用自感式傳感器有變間隙型、有變面積型和螺旋管插鐵型。3.1電渦流式傳感器的工作原理：電渦流式傳感器是利用電渦流效應進行工作的。由于結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、頻響范圍寬、不受油污等介質(zhì)的影響，并能進行非接觸測量，適用范圍廣。目前，這種傳感器已廣泛用來測量位移、振動、厚度、轉(zhuǎn)速、溫度、硬度等參數(shù)，以及用于無損探傷領(lǐng)域。如圖所示，有一通以交變電流的傳感器線圈。由于電流的存在，線圈周圍就產(chǎn)生一個交變磁場H1。若被測導體置于該磁場范圍內(nèi)，導體內(nèi)便產(chǎn)生電渦流，也將產(chǎn)生一個新磁場H2，H2與H1方向相反，力

6、圖削弱原磁場H1,從而導致線圈的電感、阻抗和品質(zhì)因數(shù)發(fā)生變化。這些參數(shù)變化與導體的幾何形狀、電導率、磁導率、線圈的幾何參數(shù)、電流的頻率以及線圈到被測導體間的距離有關(guān)。如果控制上述參數(shù)中一個參數(shù)改變，其余皆不變，就能構(gòu)成測量該參數(shù)的傳感器。3.2電渦流式傳感器的分類電渦流式傳感器按用途可分為測量位移、接近度和厚度的傳感器；按結(jié)構(gòu)可分為變間隙型、可變面積型、螺管型和低頻透射型4類。 變間隙型這種傳感器結(jié)構(gòu)很簡單，主要元件是一個固定于傳感器端部的線圈。當被測導體與線圈之間的間隙發(fā)生變化時，就引起線圈電感、阻抗和品質(zhì)因數(shù)變化，從而能在接到線圈上的測量電路內(nèi)得到正比于間隙變化的電流或電壓變化。為改善性能

7、可在線圈內(nèi)加入磁芯?？勺兠娣e型這種傳感器由繞在矩形框架上的線圈構(gòu)成，它利用被測導體和傳感器線圈之間相對覆蓋面積的變化所引起的電渦流效應強弱的變化來測量位移。為補償間隙變化引起的誤差常使用兩個串接的線圈，置于被測物體的兩邊。它的線性測量范圍比變間隙型的大，而且線性度較高。 螺旋管型這種傳感器由螺管和插入螺管的短路套筒組成，套筒與被測物體相連。套筒沿軸向移動時，電渦流效應引起螺管阻抗變化。這種傳感器有較好的線性度，但是靈敏度較低，具有與螺管型電感式傳感器相似的特性，但沒有鐵損。 低頻透射型它由分別位于被測金屬板材兩面的發(fā)射線圈和接收線圈組成，適于測量金屬板材的厚度。發(fā)射線圈L1接到振蕩器上后所產(chǎn)生

8、的磁力線穿過金屬板M,于是在接收線圈 L2兩端產(chǎn)生感應電壓u2。由于金屬板內(nèi)產(chǎn)生電渦流使到達L2的磁力線減小。金屬板的厚度越大，透射的磁力線越少,因而u2也就越小。u2與之間呈指數(shù)變化關(guān)系：u2e-/h，式中h為磁力線的貫穿深度。貫穿深度取決于激勵頻率，為使貫穿深度大于板材厚度，要將頻率選得低些。頻率低還可改善線性度。激勵頻率一般選在500赫左右。3.3電渦流式傳感器的應用及優(yōu)點電渦流式傳感器能實現(xiàn)非接觸式測量，而且是根據(jù)與被測導體的耦合程度來測量，因此可以通過靈活設(shè)計傳感器的構(gòu)形和巧妙安排它與被測導體的布局來達到各種應用的目的。 在測量位移方面，除可直接測量金屬零件的動態(tài)位移、汽輪機主軸的軸

9、向竄動等位移量外，它還可測量如金屬材料的熱膨脹系數(shù)、鋼水液位、紗線張力、流體壓力、加速度等可變換成位移量的參量。 在測量振動方面，它是測量汽輪機、空氣壓縮機轉(zhuǎn)軸的徑向振動和汽輪機葉片振幅的理想器件。還可以用多個傳感器并排安置在軸側(cè)，并通過多通道指示儀表輸出至記錄儀，以測量軸的振動形狀并繪出振型圖。 在測量轉(zhuǎn)速方面，只要在旋轉(zhuǎn)體上加工或加裝一個有缺口的圓盤狀或齒輪狀的金屬體，并配以電渦流傳感器，就能準確地測出轉(zhuǎn)速。 此外，利用導體的電阻率與溫度的關(guān)系，保持線圈與被測導體之間的距離及其他參量不變，就可以測量金屬材料的表面溫度，還能通過接觸氣體或液體的金屬導體來測量氣體或液體的溫度。 電渦流測溫是非

10、接觸式測量，適用于測低溫到常溫的范圍，且有不受金屬表面污物影響和測量快速等優(yōu)點。 3.4與光電傳感器的對比光敏電阻可用于進行光的測量和光的控制，測量方面主要是用于測量光強，控制方面最常見的就是路燈控制和樓道感應燈的控制，在電路接通的狀態(tài)下，路燈會隨著周圍光強的變化而變化，樓道中的燈白天不亮晚上亮也利用了光敏電阻的對光的感應特點。光敏電阻還被應用于海上導航，通常海上的浮標用的就是光敏電阻作為航道燈的開關(guān)，到晚上光敏電阻阻值變小，接通控制電路，將燈打開；白天光敏電阻增大將控制電路斷開，關(guān)掉電燈。光敏管大體有開關(guān)作用，環(huán)境光檢測作用，各種光線接收作用。在太陽能自動跟蹤控制中，做光電檢測用，接受太陽光

11、，校正方位。光敏二級管被應用于收音機、電視、電腦等設(shè)備中，比如用LED發(fā)光二極光替代液晶顯示器背后的光源，能達到節(jié)能且穩(wěn)定的作用。光敏三極管可用來控制開關(guān)的狀態(tài)，其主要原因是三極管對光照強度十分敏感，可以根據(jù)光照強弱來控制電流大小，從而在繼電器的配合下控制開關(guān)的通斷狀態(tài)，實現(xiàn)自動化控制。由于光敏管對光的敏感性很高，還可用于測量溫度，因為不同溫度的物體輻射的光不同，以此可以間接測量溫度。此外，光敏三極管還可用于傳輸信號，如藕合器，光耦合器亦稱光電隔離器，簡稱光，光耦合器以光為媒介傳輸電信號，它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應用。另外，紅光光敏管可用于測量紅外線，這一點可用來做夜視儀硅光電池在日常生活中也是十分常見的，因為它能將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，像一些太陽能發(fā)電板和太陽能電池中就有硅光電池，被廣泛用于衛(wèi)星、太陽能發(fā)電、太陽能熱水器以及手機等。光電傳感器的用途很多很廣，還有一些等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。比如我們經(jīng)常抱怨陽光下看不清手機和電腦，我們可以利用光敏器件來改變手機和電腦的屏幕亮度，從而更能看清楚，。還有我們的空調(diào)，可以通過檢測紅外線自動調(diào)至人的舒適溫度，當溫度過低或過高就開啟調(diào)節(jié)裝置，若在人體舒適范圍左右則可關(guān)閉調(diào)節(jié)裝置，從而節(jié)省能源。我們