農(nóng)業(yè)工程測試技術(shù)-4

農(nóng)業(yè)工程測試技術(shù)（4）孫裕晶2009.10.19回顧線性系統(tǒng)特性靜態(tài)特性動態(tài)特性實現(xiàn)不失真測試條件回顧動態(tài)特性描述方法時域微分方程

線性時不變系統(tǒng)

傳遞函數(shù)H(s)

對微分方程式的兩邊作拉普拉斯變換

頻率響應(yīng)函數(shù)H(ω)

脈沖響應(yīng)函數(shù)h(t)

傳遞函數(shù)H(s)系統(tǒng)的傳輸特性頻率響應(yīng)函數(shù)H(ω)定常線性系統(tǒng)的頻率保持特性定常線性系統(tǒng)的幅頻特性定常線性系統(tǒng)的相頻特性頻率特性函數(shù)頻率特性函數(shù)脈沖響應(yīng)函數(shù)h(t)X(s)=L[δ(t)]=1Y(s)=H(s)X(s)=H(s)學(xué)習(xí)內(nèi)容導(dǎo)航……被測量信號調(diào)理傳感器信號處理顯示記錄激勵裝置常用傳感器原理及應(yīng)用測試系統(tǒng)的特性測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)應(yīng)用及實例應(yīng)變片電測技術(shù)振動的測量溫度與濕度測量壓力和流量的測量計算機控制測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)常用傳感器原理及應(yīng)用

信號的變換與處理第4章常用傳感器原理及應(yīng)用分類用途：位移傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、…

工作原理：電阻應(yīng)變式、電感式、電容式、壓電式、…被測量的轉(zhuǎn)換特征：結(jié)構(gòu)型和物性型能量傳遞方式：能量控制型傳感器和能量轉(zhuǎn)換型傳感器主要內(nèi)容電阻應(yīng)變式傳感器電感式傳感器電容式傳感器壓電式傳感器磁敏傳感器光電式傳感器集成傳感器6.1電阻應(yīng)變式傳感器原理：利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化

功能：測量應(yīng)變、力、扭矩、位移、加速度等

特點：靈敏度高、測量精確、動態(tài)響應(yīng)快、技術(shù)成熟

電阻應(yīng)變片金屬電阻應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片一、電阻應(yīng)變片式傳感器結(jié)構(gòu)1-敏感柵2-基片3-覆蓋層4-引線l——應(yīng)變片的基長，b——基寬材料直徑為0.025mm左右的康銅(wCu為57％、wNi為43％)或鎳鉻合金絲(wNi為80％、wCr為20％)

阻值系列：60Ω、120Ω、350Ω、600Ω、1000Ω，以120Ω為最常用。電阻應(yīng)變片式傳感器工作原理電阻應(yīng)變效應(yīng)當(dāng)金屬絲在外力作用下產(chǎn)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化。

微分電阻相對變化整理縱向應(yīng)變電阻應(yīng)變片式傳感器工作原理應(yīng)變系數(shù)或靈敏度金屬電阻絲的靈敏度一般在1.7～3.6左右。金屬電阻應(yīng)變系數(shù)二、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓阻效應(yīng)半導(dǎo)體單晶材料在沿某一方向受到外力作用時，電阻率會發(fā)生相應(yīng)變化的現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。

1-基片2-半導(dǎo)體3-導(dǎo)線4-接線片5-引出線(1+2μ)ε很小靈敏度優(yōu)點：靈敏度高，比金屬應(yīng)變片要高50～70倍，P型硅的靈敏度可達175。還有橫向效應(yīng)和機械滯后小、體積小等特點。類型體型半導(dǎo)體應(yīng)變片薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片擴散型半導(dǎo)體應(yīng)變片λ壓阻系數(shù)半導(dǎo)體應(yīng)變片電阻值溫度穩(wěn)定性差

因附加變形產(chǎn)生的電阻變化大靈敏系數(shù)溫度穩(wěn)定性差受拉應(yīng)變和壓應(yīng)變時的K不一致

輸出量較大時，非線性嚴重

600-1000με時非線性開始明顯；1000με以上時非線性較大。半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏度系數(shù)離散度大3%-5%局限性應(yīng)變片的主要參數(shù)和工作特性應(yīng)變片尺寸阻值靈敏度系數(shù)K零點飄移熱輸出絲式：3-5mm箔式：0.2-0.5mm最小尺寸：選片原則：試件測量部位大?。粦?yīng)變梯度；動態(tài)測試中擅長應(yīng)不大于振動波長的特定條件：單向應(yīng)力；軸線應(yīng)力；材料一定，μ不變對已安裝的應(yīng)變片，在環(huán)境溫度恒定，但無機械應(yīng)變條件下，應(yīng)變片指示應(yīng)變隨時間的變化。安裝在線膨脹系數(shù)試件上，試件可以自由膨脹并不受外力作用，緩慢升（或降）溫的均勻溫度場內(nèi)，溫度變化引起的應(yīng)變片指示應(yīng)變。蠕變機械滯后應(yīng)變極限橫向效應(yīng)系數(shù)絕緣電阻疲勞壽命最大工作電流應(yīng)變片的主要參數(shù)和工作特性

標(biāo)準：應(yīng)變片承受應(yīng)變?yōu)?000με時，經(jīng)一小時應(yīng)變片指示應(yīng)變的變化量。對已安裝的應(yīng)變片，在環(huán)境溫度恒定，加載和減載過程中同一載荷下應(yīng)變片指示應(yīng)變量大差值。位移傳感器電阻應(yīng)變片式傳感器應(yīng)用懸臂梁式位移傳感器應(yīng)變片式位移傳感器1-測量頭2-懸臂梁3-彈簧4-外殼5-測量桿6-調(diào)整螺母7-應(yīng)變片電阻應(yīng)變片式傳感器應(yīng)用直接把應(yīng)變片貼在試件上機器人適用于電子汽車衡、軌道衡和測力系統(tǒng)安裝方便適用于電子吊秤配料秤．機改電等懸掛稱重系統(tǒng)三、電位器式位移測量傳感器線繞電位器的階梯輸出特性光電式電位器結(jié)構(gòu)圖1-光電導(dǎo)體2-基體3-電阻薄膜4-窄光束5-導(dǎo)電帶第1次實驗：應(yīng)變片的粘貼工藝表面清理劃線應(yīng)變片粘貼粘接層固化粘貼質(zhì)量檢驗測量通斷應(yīng)變片和實踐通斷引線和試件間的絕緣電阻安裝連接線連接端子、連接線檢查應(yīng)變片防護直流電阻電橋萬用表兆歐表502膠無水乙醇如何評價應(yīng)變片粘貼工藝對粘接劑要求強度固化過程變形小固化后不吸潮絕緣阻值高蠕變和滯后小工藝性能長期儲存粘貼質(zhì)量要求粘貼牢固膠層薄而均勻絕緣性好蠕變小Agreatlessonoflifeisdonn’tliketodowhatyoulikebutliketodowhatyouhavetodo.4.2電感式傳感器自感式差動變壓器式電渦流式

一、自感式傳感器自感式傳感器結(jié)構(gòu)原理a)變氣隙式b)變面積式c)螺旋管式1-鐵心2-線圈3-銜鐵磁阻線圈自感量二、差動變壓器式傳感器差動變壓器示意圖1-一次繞組2、3-二次繞組4-銜鐵a)變氣隙型b)變面積型c)螺管型優(yōu)點：不存在機械過載問題，因為鐵心完全能與變壓器的其他部件分開；對高溫、低溫和溫度變化也不敏感；能提供比較高的輸出，常常用于中間無需放大的場合；可反復(fù)使用，價格合理。差動變壓器式位移傳感器的應(yīng)用靈敏度：0.1～5V/mm或100mA/mm螺管型差動變壓器線性范圍：±2μm～±500mm，線性可達0.1％～0.5％。

三、電渦流式傳感器將金屬導(dǎo)體置于變化著的磁場中，導(dǎo)體內(nèi)就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流的流線在導(dǎo)體內(nèi)自行閉合，像水中的漩渦一樣，故稱為電渦流或渦流。δ——位移、振動；ρ或μ——材質(zhì)鑒別或探傷電渦流式傳感器應(yīng)用反射式電渦流式位移傳感器

b)差動式a)單線圈式變間隙型變面積型結(jié)構(gòu)簡單、體積小、抗干擾能力強、不受介質(zhì)污染等影響、可進行非接觸測量、靈敏度高等特點；適合高速旋轉(zhuǎn)或振動位移的測量，除測量位移外，還可用于測量厚度尺寸、物體表面粗糙度、無損探傷等?？蓽y位移量程：0～80mm。電渦流式傳感器應(yīng)用透射式電渦流式位移傳感器fl<f2<f3

L0—發(fā)射線圈L2—接收線圈被測金屬板4.3電容式傳感器εAδ極距變化型量程范圍在0.01μm到數(shù)百μm。

a)直線位移型b)角位移面積變化型電容傳感器主要參數(shù)介電常數(shù)極板覆蓋面積極板距離電容式傳感器應(yīng)用液位測量示意圖差動電容傳感器變面積型電容位移傳感器的結(jié)構(gòu)圖1、3-開槽彈簧2-活動電極5、6-固定電極7-調(diào)節(jié)螺母8-測桿4-測力彈簧線位移：0.01μm～0.1mm靈敏度高，實現(xiàn)非接觸測量4.4壓電式傳感器壓電效應(yīng)某些電介質(zhì)物體，在沿一定方向?qū)ζ涫┘訅毫蚶Χ怪冃螘r，它們的表面上會產(chǎn)生電荷，當(dāng)將外力去掉時，它們又重新回到不帶電的狀態(tài)，這種觀象就稱為“壓電效應(yīng)”。壓電單晶壓電陶瓷新型壓電材料

石英晶體z-z:光軸y-y:電軸x-x:機械軸壓電常數(shù)大、靈敏度高、價格低廉

柔軟、不易破碎、面積大陣列傳感器機器人觸覺傳感器逆壓電效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)）有機壓電薄膜壓電半導(dǎo)體硫化鋅(ZnS)、氧化鋅(ZnO)、硫化鈣(CaS)等壓電材料壓電式傳感器等效電路壓電晶片相當(dāng)于一只平行極板介質(zhì)電容器

a)壓電晶體b)并聯(lián)c)串聯(lián)d)等效電路壓電元件可以等效為一個具有一定電容的電荷源4.5磁敏傳感器霍爾元件磁敏電阻磁敏管霍爾效應(yīng)將導(dǎo)電體薄片置于磁場B中，如果在a、b端通以電流I，則在c、d端就會出現(xiàn)電位差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。電位差稱為霍爾電勢?；魻栃?yīng)原理圖b霍爾電勢霍爾元件可以用來測量磁場強度、位移、力、角度等。KH——霍爾常數(shù)；B——磁感應(yīng)強度；α——電流與磁場方向的夾角。一、基本元件二、磁柵式位移測量系統(tǒng)磁柵磁柵是一種測量位移的數(shù)字傳感器，它是在非磁性體的平整表面上鍍一