傳感器與檢測技術(shù)的論文

傳感器與檢測技術(shù)的論文傳感器與檢測技術(shù)概述10自動化李傳感器是能感受規(guī)定的被檢測量并根據(jù)一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可輸出信號的器件或裝置。一、傳感器的組成傳感器一般由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件及基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成。二、傳感器的分類1、按被測量對象分類〔1〕內(nèi)部信息傳感器主要檢測系統(tǒng)內(nèi)部的位置，速度，力，力矩，溫度以及異常變化?！?〕外部信息傳感器主要檢測系統(tǒng)的外部環(huán)境狀態(tài)，它有相對應(yīng)的接觸式〔觸覺傳感器、滑動覺傳感器、壓覺傳感器〕和非接觸式〔視覺傳感器、超聲測距、激光測距〕。2、傳感器按工作機理分類〔1〕物性型傳感器是利用某種性質(zhì)隨被測參數(shù)的變化而變化的原理制成的〔主要有：光電式傳感器、壓電式傳感器〕?！?〕構(gòu)造型傳感器是利用物理學(xué)中場的定律和運動定律等構(gòu)成的〔主要有①電感式傳感器；②電容式傳感器；③光柵式傳感器〕。3、按被測物理量分類如位移傳感器用于測量位移，溫度傳感器用于測量溫度。4、按工作原理分類主要是有利于傳感器的設(shè)計和應(yīng)用。5、按傳感器能量源分類〔1〕無源型：不需外加電源。而是將被測量的相關(guān)能量轉(zhuǎn)換成電量輸出〔主要有：壓電式、磁電感應(yīng)式、熱電式、光電式〕又稱能量轉(zhuǎn)化型；〔2〕有原型：需要外加電源才能輸出電量，又稱能量控制型〔主要有：電阻式、電容式、電感式、霍爾式〕。6、按輸出信號的性質(zhì)分類〔1〕開關(guān)型〔二值型〕：是“1〞和“0〞或開(ON)和關(guān)〔OFF〕；〔2〕模擬型：輸出是與輸入物理量變換相對應(yīng)的連續(xù)變化的電量，其輸入/輸出可線性，可以非線性；〔3〕數(shù)字型：①計數(shù)型：又稱脈沖數(shù)字型，它能夠是任何一種脈沖發(fā)生器所發(fā)出的脈沖數(shù)與輸入量成正比；②代碼型〔又稱編碼型〕：輸出的信號是數(shù)字代碼，各碼道的狀態(tài)隨輸入量變化。其代碼“1〞為高電平，“0〞為低電平。三、傳感檢測技術(shù)的地位和作用1、地位：傳感檢測技術(shù)是一種隨著當代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而迅猛發(fā)展的技術(shù)，是機電一體化系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一。2、作用：能夠進行信息獲取、信息轉(zhuǎn)換、信息傳遞及信息處理等功能。應(yīng)用：計算機集成制造系統(tǒng)〔CIMS〕、柔性制造系統(tǒng)〔FMS〕、加工中心〔MC〕、計算機輔助制造系統(tǒng)〔CAM〕。四、基本特性評價1、測量范圍：是指傳感器在允許誤差限內(nèi)，其被測量值的范圍；量程：則是指傳感器在測量范圍內(nèi)上限值和下限值之差。2、過載能力：一般情況下，在不引起傳感器的規(guī)定性能指標永久改變條件下，傳感器允許超過其測量范圍的能力。過載能力通常用允許超過測量上限或下限的被測量值與量程的百分比表示。3、靈敏度：是指傳感器輸出量Y與引起此變化的輸入量的變化X之比。4、靈敏度表示傳感器或傳感檢測系統(tǒng)對被測物理量變化的反響能力。靈敏度越高越好，由于靈敏度越高，傳感器所能感悟的變化量越小，即被測量稍有微小變化，傳感器就有較大輸出。K值越大，對外界反響越強。5、反映非線性誤差的程度是線性度。線性度是以一定的擬合直線作基準與校準曲線作比擬，用其不一致的最大偏差△Lmax與理論量程輸出值Y〔=ymax—ymin〕的百分比進行計算。6、穩(wěn)定性在一樣條件，相當長時間內(nèi)，其輸入/輸出特性不發(fā)生變化的能力，影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時間和環(huán)境。7、溫度影響其零漂，零漂是指還沒輸入時，輸出值隨時間變化而變化。長期使用會產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象。8、重復(fù)性：是衡量在同一工作條件下，對同一被測量進行屢次連續(xù)測量所得結(jié)果之間的不一致程度的指標；〔分散范圍小，重復(fù)性越好〕9、準確度：簡稱精度，它表示傳感器的輸出結(jié)果與被測量的實際值之間的符合程度，是測量值的精細程度與準確程度的綜合反映。10、分辨力是指傳感器能檢出被測量的最小變化量。11、動態(tài)特性：反映了傳感器對于隨時間變化的動態(tài)量的響應(yīng)特性，傳感器的響應(yīng)特性必須在所測頻率范圍內(nèi)努力保持不失真測量條件。一般地，利用光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)等物性型傳感器，響應(yīng)時間快，工作頻率范圍寬。12、環(huán)境參數(shù)：指傳感器允許使用的工作溫度范圍以及環(huán)境壓力、環(huán)境振動和沖擊等引起的環(huán)境壓力誤差，環(huán)境振動誤差和沖擊誤差。位移檢測傳感器1、測量位移常用的方法有：機械法，光測法，電測法。2、位移傳感器的分類：參量型位移傳感器，發(fā)電型位移傳感器，大位移傳感器。參量型位移傳感器1、參量位移傳感器的工作原理：將被測物理量轉(zhuǎn)化為電參數(shù)，即電阻，電容或電感等。2、電阻式位移傳感器的電阻值取決于材料的幾何尺寸和物理特征，即R=pL/S〔1〕電位計由骨架、電阻元件、電刷等組成；〔2〕電位計優(yōu)點：構(gòu)造簡單，輸出信號大，性能穩(wěn)定，并容易實現(xiàn)任意函數(shù)關(guān)系，缺點：是要求輸入量大，電刷與電阻元件之間有干摩擦，容易磨損，產(chǎn)生噪聲干擾。3、⑴線性電位計的空載特性：Rx=RX/L=KrX(Kr——電位計的電阻靈敏度)。電位計輸出空載電壓為Uo=UiX/L=KuX(Ku——電位計的電壓靈敏度)⑵非線性電位計空載特性：其電阻靈敏度Kr=DR/Dx,電壓靈敏度Ku=Duo/Dx4、電阻應(yīng)變式位移傳感器：是將被測位移引起的應(yīng)變元件產(chǎn)生的應(yīng)變，經(jīng)后續(xù)電路變換成電信號，進而測出被測位移。5、電容式位移傳感器：是利用電容量的變化來測量線位移或角位移的裝置。6、電感式位移傳感器：將被測物理量位移轉(zhuǎn)化為自感L,互感M的變化，并通過測量電感量的變化確定位移量。主要類型有自感式、互感式'、渦流式和壓磁式。輸出功率大，靈敏度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點?！?〕自感式電感位移傳感器原理：纏繞在鐵心的線圈中通以交變電流，產(chǎn)生磁通，構(gòu)成磁通回路。改善其性能考慮的因素有：1〕損耗問題，2〕氣隙邊緣效應(yīng)的影響，3〕溫度誤差，4〕差動式電感位移傳感器的零點剩余電壓問題?！?〕互感式位移傳感器〔測量范圍最大〕：將被測位移量的變化轉(zhuǎn)換成互感系數(shù)的變化，基本構(gòu)造原理與常用變壓器類似，故稱為變壓器式位移傳感器。〔3〕渦流式位移傳感器：利用電渦流效應(yīng)將被測量變換為傳感器線圈阻抗Z變化的一種裝置。只要分為高頻反射和低頻透射兩類。力、扭矩和壓力傳感器一、測力傳感器1：測量力的傳感器多為電氣式，根據(jù)轉(zhuǎn)換方式分為參量型和發(fā)電型。參量型測力傳感器有電阻應(yīng)變式，電容式，電感式，發(fā)電型測力傳感器有壓電式，壓磁式。2：電阻式應(yīng)變測力傳感器原理是將力作用在彈性元件上，彈性元件在力作用下產(chǎn)生應(yīng)變，利用貼在彈性元件上應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻的變化，然后利用電橋?qū)㈦娮枳兓D(zhuǎn)換成電壓或電流的變化，在送入測量放大電路測量。彈性元件：〔1〕柱型彈性元件；〔2〕薄壁環(huán)型彈性元件；〔3〕梁型彈性元件：懸臂梁式、兩端固定梁式。3、應(yīng)變片是非電量電測中一種常見的轉(zhuǎn)換元件。，由于應(yīng)變片使用簡單，測量精度高，體積小，動態(tài)響應(yīng)好，應(yīng)用廣。4、金屬絲的作用是感受機械試件的應(yīng)變變化，稱為敏感柵。5、對金屬絲的要求：〔1〕具有較高的電阻系數(shù)〔單位長度的電阻要大〕；〔2〕具有盡可能大的電阻應(yīng)變靈敏度系數(shù)；〔3〕具有較小的溫度系數(shù)；〔4〕具有較高的彈性極限，以便得到較寬的應(yīng)變測量范圍；〔5〕良好的加工性和焊接性；〔6〕對銅的熱電動勢要小。6、底基的作用：是將試件的應(yīng)變準確地傳給敏感柵，所以底基應(yīng)具有較低的彈性模量，較高的絕緣電阻，良好的抗?jié)窨篃嵝阅??！渤Ｓ玫谆杭埢?、膠基、玻璃纖維布基〕紙基制作簡單，價格便宜，比擬柔軟，易于粘貼，應(yīng)變極限打，但耐潮濕性和耐熱性差。膠基比紙基更柔軟，且具有較好的絕緣性，較高的彈性，耐熱和耐潮濕性都較好，7、箔式電阻應(yīng)變片：敏感柵是用〔3~5〕um厚的金屬箔粘于膠基上，用光刻技術(shù)加工成需要的形狀。優(yōu)點：〔1〕金屬箔很薄，因此所感受的應(yīng)力狀態(tài)與試件外表的應(yīng)力狀態(tài)更接近；〔2〕箔式敏感柵面積大，散熱條件好，允許通過較大的電流，靈敏度較高，輸出信號功率比擬大，為絲式電阻應(yīng)變片的100~400倍；〔3〕箔式敏感柵的尺寸能夠做的很準確，基長能夠很短，并能制成任意形狀，進而可擴大使用范圍；〔4〕便于成批生產(chǎn)。缺點：生產(chǎn)工序復(fù)雜，引線的焊點采用錫焊，不適于在高溫環(huán)境中測量，另外價格比擬高。8、半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是基于壓阻效應(yīng)?！?〕壓阻效應(yīng)是指固體遭到應(yīng)力作用時，其電阻率發(fā)生變化。這就叫壓阻效應(yīng)?！?〕優(yōu)點：半導(dǎo)體應(yīng)變片橫向效應(yīng)小，其橫向靈敏度幾乎為零；機械滯后小，可制成小型和超小型片子?！?〕缺點：應(yīng)變靈敏系數(shù)的離散性大，機械強度低，非線性誤差大，溫度系數(shù)大，使用于需要大信號輸出場合。9、應(yīng)變片的布置和接橋方式：電橋又單臂、雙臂、四臂工作方式〔平衡條件U。=0R1R3=R2R4〕工作方式單臂雙臂四臂應(yīng)變片所在位置R1R1，R2R1，R2，R3，R4輸出電壓Uo1/4UiKε1/2UiKεUiKε10、壓電式傳感器是基于壓電元件的壓電效應(yīng)而工作的。壓電效應(yīng)有正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)?！?〕正壓電效應(yīng)是當某些晶體沿一定方向受外力作用而變形時，在其相應(yīng)的兩個相對外表產(chǎn)生極性相反的電荷，當外力去掉后，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，電荷的極性取決于變形的形式?！?〕逆壓電效應(yīng)是當某些晶體的極化方向施加外電場，晶體本身將產(chǎn)生機械變形，當外電場撤去后，變形也隨之消失。電壓式傳感器的前置放大器的輸入阻抗應(yīng)盡可能的高。11、壓電式力傳感器是利用壓電晶體的縱向和剪切向壓電效應(yīng)?！矄畏至亢投喾至俊?2、電荷放大器的選擇：要求電荷放大器輸入阻抗高于1012Ω，低頻響應(yīng)為0.001Hz13、壓磁效應(yīng)是在機械力作用下，鐵磁材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力變化，使磁導(dǎo)率發(fā)生變化，磁阻相應(yīng)也發(fā)生的現(xiàn)象。外力是拉力時，在作用力方向鐵磁材料磁導(dǎo)率提高，垂直作用力方向磁導(dǎo)率降低；作用力為壓力時，則反之14、壓磁式力傳感器工作原理是根據(jù)壓磁效應(yīng)原理，當在一次側(cè)繞組通過交變勵磁電流時，鐵心中產(chǎn)生磁場，由于壓磁元件在未受力時各向同性，磁力線呈軸對稱分布。15、壓磁式力傳感器構(gòu)造主要是由壓磁元件，彈性機架，基座和傳力鋼球等組成。二、扭矩傳感器1、電阻應(yīng)變式扭矩傳感器的工作原理是在軸類零件受扭矩作用時，在其外表產(chǎn)生切應(yīng)變，此應(yīng)變可用電阻應(yīng)變片測量?！布鳝h(huán)按工作原理分類：電刷-滑環(huán)式、水銀式、感應(yīng)式。〕2、壓磁式扭矩儀又叫磁彈式扭矩儀工作原理是根據(jù)磁彈效應(yīng)，受扭矩作用的軸的導(dǎo)磁性發(fā)生相應(yīng)變化，即磁導(dǎo)率發(fā)生變化，進而引起線圈的感抗變化，通過測量電路測量感抗的變化可確定扭矩。3、電容式扭矩測量儀工作原理是利用機械構(gòu)造，將軸受扭矩作用后的兩端相對轉(zhuǎn)角變化變換成電容器兩極板之間的相對有效面積的變化，引起電容量的變化來測量扭矩。4、光電式扭矩測量儀：這種扭矩傳感器的工作轉(zhuǎn)速為〔100~800〕r/min，測量精度為1%。5、鋼弦式扭矩傳感器是將扭矩轉(zhuǎn)換成鋼弦固有頻率變化進行工作。〔優(yōu)點：抗干擾能力強，允許導(dǎo)線長達幾百米到幾千米，測量精度可達±1%?！橙?、壓力式傳感器1、彈性式壓力傳感元件有：波登管、膜片和波紋管三類。2、電量式壓力計是用各種傳感器或測量元件將壓力變換成電量或電參數(shù)，再經(jīng)后接相應(yīng)的測量電路進一步變換，最后由顯示或記錄儀顯示或記錄下來，以實現(xiàn)壓力測量的裝置。常用的測壓力系統(tǒng)所用的傳感器有電容式，電感式，電阻式，渦流式，壓電式?！?〕電容式壓力傳感器是將壓力轉(zhuǎn)換成電容的變化，經(jīng)電路變換成電量輸出。其特點是靈敏度高，合適測量微壓，頻響好，抗干擾能力較強。〔2〕應(yīng)變式壓力傳感器的工作原理是利用應(yīng)變片將彈性元件在壓力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電量的變化。應(yīng)變式壓力傳感器體積小重量輕，精度高，測量范圍寬，從幾帕到500MPa，頻響高，同時耐壓，抗振，應(yīng)用廣泛。