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换能器按所用转导形式原理怎么分类?

发表时间:2021-07-12 17:11【

换能器.png

  一、什么是换能器?


  对于大多数仪表系统,输入量将是一个非电量。将非电量转换为电形式,以使用电方法和技术进行测量、操纵和控制。启动时将能量从一种形式转换为另一种形式的装置称为换能器。


  传感器部件:


  换能器由两个重要且密切相关的部分组成


  ·传感或检测元件:检测器或传感元件是换能器的一部分,它响应物理现象或物理现象的变化。传感元件的响应必须与物理现象密切相关。


  ·转换元件:转换元件是一种将传感元件的输出转换为电输出的元件。


  二、传感器是如何分类的?


  传感器分为5类,


  1.根据使用的转导形式

  2.作为初级和次级换能器

  3.作为无源和有源换能器

  4.作为模拟和数字传感器

  5.作为换能器和逆换能器


  1、按所用转导形式原理分类:


  这种分类基于电阻、电感、电容等转换原理,具体取决于它们分别转换为电阻、电感或电容。它们可以分类为热电的、压电的、电动的、光学的和磁致伸缩的。


  2.初级和次级传感器的分类


  初级换能器直接感应输入,物理现象直接转换为电形式。在次级换能器中,最初的输入被某个探测器或传感器感测,然后其输出以输入信号以外的某种形式提供给换能器以转换为电信号。机械设备充当主探测器换能器,电气设备充当大多数测量系统中的次级传感器,以机械位移作为中间信号。

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  如图所示,波登管感应压力并将其转换为其自由端的位移,因此充当初级传感器。LVDT(线性可变差动变压器)的铁芯因这种位移而移动。因此,LVDT产生的输出电压与波登管自由端的位移成正比。波登管作为主换能器,LVDT作为副换能器。


  3.有源和无源换能器的分类


  有源传感器是一种无需任何辅助电源即可以电压或电流形式输出的传感器。它们也被称为自发电换能器。有源换能器从被测系统中汲取能量,这种换能器通常提供非常小的输出。用于温度测量的热电偶、用于角速度测量的测速发电机都属于这一类。

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  在上面显示的例子中,晶体夹在2个金属电极之间,整个夹层固定在一个底座上,底座可能是火箭的地板。在夹层的顶部放置一个固定的质量块,该质量块由于晶体上的加速度而施加一定的力,从而产生电压。电压输出与力成正比,因此与加速度成正比。压电晶体的特性是当对它们施加力时,它们会产生输出电压。


  无源换能器是一种需要外部电源进行能量转换的换能器。在无源换能器中,电阻、电感、电容等电气参数会导致外部电源的电压、电流或频率发生变化。电阻式、电感式和电容式传感器属于这一类。

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  这是无源换能器的一个例子。线性电位计是由电源电压ei供电的电阻式传感器,用于测量线性位移xi。


  4.模拟和数字传感器


  换能器,根据输出的性质,可分为模拟式和数字式。


  ·模拟传感器:这些类型的传感器以连续的时间函数形式将输入信号转换为输出,例如热敏电阻、LVDT、热电偶等。


  ·数字传感器:这些类型的传感器将输入信号转换为脉冲形式的输出。数字传感器的例子是使用导电和非导电触点、不透明和半透明段以及轴编码器的线性位移传感器。它可以很容易地用玻璃刻度上的不透明和透明区域或非导电和导电区域来表示,因为二进制系统仅使用两个符号0和1。


  5.换能器和逆换能器


  控制工厂中的位置、速度、温度压力和流量等物理量的基本要求是能够测量这些量。只有当物理量可以被测量时,控制动作才有可能。前面提到的换能器将非电量转换为电量,而逆换能器将电量转换为其他形式。


  一个例子是在磁场中移动的载流线圈是逆换能器,因为它携带的电流被转换成引起旋转或平移位移的力。大量的数据指示和记录装置是逆换能器。此类设备包括笔式记录器、将电气运动转换为机械运动的示波器等仪器,这些设备位于输出级,称为输出换能器。下图显示了压电晶体充当反向换能器。当在其表面上施加电压时,会随着其尺寸的改变而引起机械位移。

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  三、对换能器的基本要求是什么?


  传感器正常运行有8个基本要求;


  1.坚固性:应能承受过载,并应提供一定的过载保护安全性。


  2.线性:它的输入-输出特性应该是线性的,并且应该以对称的方式产生这些特性。


  3.可重复性:在固定环境条件下应用相同的输入信号时,应再现相同的输出信号。例如压力、温度、湿度等。


  4.残余变形:长时间使用后,去除输入信号应无变形。


  5.无滞后:当输入信号从低值到高值变化时,测量过程中不应有任何滞后,反之亦然。


  6.高输出信号质量:输出信号的质量应该是好的。即信噪比高,输出信号幅度要足够。


  7.高可靠性和稳定性:它应在测量温度变化、振动和其他各种环境变化时的误差最小。


  8.良好的动态响应:作为时间的函数,其输出应忠实于输入。效果分析为频率响应


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