传感器1
第一章 传感器的基本知识
第一章传感器的基本知识复习思考题1. 简述传感器的概念、作用及组成。
2. 传感器的分类有哪几种？各有什么优缺点？3. 传感器是如何命名的？其代号包括哪几部分？在各种文件中如何应用？4. 传感器的静态性能指标有哪些？其含义是什么？5. 传感器的动态特性主要从哪两方面来描述？采用什么样的激励信号？其含义是什么？1.1 传感器的作用与地位◆世界是由物质组成的，各种事物都是物质的不同形态。
人们为了从外界获得信息，必须借助于感觉器官。
◆人的“五官”——眼、耳、鼻、舌、皮肤分别具有视、听、嗅、味、触觉等直接感受周围事物变化的功能，人的大脑对“五官”感受到的信息进行加工、处理，从而调节人的行为活动。
◆人们在研究自然现象、规律以及生产活动中，有时需要对某一事物的存在与否作定性了解，有时需要进行大量的实验测量以确定对象的量值的确切数据，所以单靠人的自身感觉器官的功能是远远不够的，需要借助于某种仪器设备来完成，这种仪器设备就是传感器。
传感器是人类“五官”的延伸，是信息采集系统的首要部件。
电量和非电量◆表征物质特性及运动形式的参数很多，根据物质的电特性，可分为电量和非电量两类。
◆电量——一般是指物理学中的电学量，例如电压、电流、电阻、电容及电感等；◆非电量——则是指除电量之外的一些参数，例如压力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、转速、温度、浓度及酸碱度等等。
◆人类为了认识物质及事物的本质，需要对物质特性进行测量，其中大多数是对非电量的测量。
传感器的作用◆非电量不能直接使用一般的电工仪表和电子仪器进行测量，因为一般的电工仪表和电子仪器只能测量电量，要求输入的信号为电信号。
◆非电量需要转化成与其有一定关系的电量，再进行测量，实现这种转换技术的器件就是传感器。
◆传感器是获取自然或生产中信息的关键器件，是现代信息系统和各种装备不可缺少的信息采集工具。
采用传感器技术的非电量电测方法，就是目前应用最广泛的测量技术。
传感器的地位◆随着科学技术的发展，传感器技术、通信技术和计算机技术构成了现代信息产业的三大支柱产业，分别充当信息系统的“感官”、“神经”和“大脑”，他们构成了一个完整的自动检测系统。
传感器1~4章
传感器1～4章期末总复习题一、填空题1、测量系统的静态特性指标有等。
2、测量系统的静态特性指标通常用与的对应关系来表征。
3、仪表的精度等级是用仪表的来表示的。
4、电阻应变片式传感器按制造材料可分为①和②。
它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由应变效应形成的，而②的电阻变化主要是由半导体材料的造成的。
半导体材料传感器的灵敏度较。
5、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量。
6、电阻应变片的灵敏系数比其敏感栅整长应变丝的灵敏系数（大/小），造成这一现象的主要原因是。
7、电涡流传感器中线圈的激励频率越高，电涡流的贯穿深度越 ,导体的电阻率越。
8、电涡流传感器根据激励的频率不同，分为和。
9、金属电阻应变片温度误差的产生主要是由和试件、电阻丝材料的线膨胀系数不同引起的。
10、把被测非电量的变化转换成线圈自身互感变化的互感式传感器是根据的基本原理制成的，其次级绕组都用形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。
11、闭磁路变隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接。
当被测物体移动时，引起磁路中发生相对变化，从而导致圈的变化。
12、电阻应变片是将被测试件上的转换成的传感元件。
13、影响金属导电材料应变灵敏系数的主要因素是的变化。
14、电感式传感器是利用原理将被测物理量转换成线圈自感系数和互感系数的变化，再由测量电路转换为或的变化，从而实现非电量到电量的转换。
15、依据传感器的工作原理，传感器分、、三个部分组成。
16、金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式应变计和结构。
17、根据敏感元件材料的不同，将应变计分为和两大类。
18、半导体应变片工作原理是基于效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数。
19、要把微小应变引起的微小电阻变化精确地测量出来，需采用特别设计的测量电路，通常采用电路。
20、电涡流传感器可用于、振幅测量、转速测量和无损探伤。
21、金属应变片的弯曲半径越大，其效应也越大。
传感器1例题+习题
20.43 20.39 20.30 20.40 20.43
20.42 20.41 20.39 20.39 20.40
试用拉依达准则判别有无坏值？
1-17假设使用传感器器对某温度进行了12次的等精度测量，获得的实验数据如下（单位为C）：
20.46 20.52 20.50 20.52 20.48 20.47
解： 根据精度定义表达式 %，并由题意已知Ａ＝0.5％，ＹＦ．Ｓ＝（1200-600）℃，得最多允许误差
△Ａ＝Ａ·ＹＦ．Ｓ＝0.5％×（1200-600）＝３℃
此温度传感器最大允许误差位３℃。检验某点的最大绝对误差为４℃，大于３℃，故此传感器不合格。
例题1-2已知电感压力传感器最小检测量为0.5mmH2O，测量范围为0～250mmH2O，输出电压为0～500mＶ，噪声系数Ｃ＝２；另一个电容压力传感器最小检测量为0.5mmH2O，测量范围为0～100mmH2O，输出电压为0～300mＶ，噪声系数Ｃ＝２。问：哪个传感器噪声电平大？大多少？
20.50 20.49 20.47 20.49 20.51 20.51
要求对该数据进行加工整理，并写出最终结果。
1-18、指出下列原因引起的误差属于哪种类型的误差？
1．米尺的刻度有误差。
2．利用螺旋测微计测量时，未做初读数校正。
3．两个实验者对同一安培计所指示的值读数不同。
4．天平测量质量时，多次测量结果略有不同。
表1.1输入值与输出值的关系
输入值
(mm)
1
5
10
15
20
25
30
输出值
（mV）
1.50
3.51
6.02
第三章 电感式传感器 1教材
非线性误差？ 灵敏度?
动铁芯处于初始位置时
L0
W
20S0
2l0
动铁芯的移动使气隙改变 l 后
L W 20S0
2(l0 l)
L
L
L0
W 20S0
2(l0 l)
W
20S0
2l0
W
20S0
2l0
l0
l0 l
1
L0 1
1
l
/
l0
1
1.2 特性分析
L
L0
1
1
l
/
l0
1
l
/l
1时，泰勒级数展开 1
l l0
1
l l0
l l0
2
l l0
3
......
气隙型传感器的灵敏度为 提高灵敏度方法：
S
L l
L0 l0
1
l l0
l l0
2
l l0
3
......
➢初始空气隙距离尽量小 被测量的范围也变小（适合于测量微小位移），同 时，灵敏度的非线性也将增加。
➢增加初始电感值
Rm
n i1
li
i Si
2l0
0S0
2l0
0S0
li Si i:分别为铁芯中磁通路上第i段的长度、横截面积及磁导率
l0
S0
:分别为空气隙的长度、横截面积及磁导率。
0
L W 2 W 20S0
Rm
2l0
非饱和状态下，铁芯 的磁导率远大于空气
的磁导率
1.1 自感式传感器的工作原理
L W 20S0
1 l
1
l l0
l l0
传感器1（Sensor1）
传感器1（Sensor 1）October 2012 selfSensors and detection technology (02202) review guidanceUnit synthesis test 1 (Chapter 1 to fourth)Tip: focus on examining the definition, composition, classification, sensor static and dynamic characteristics, and the calibration of the main performance indexes of the meaning, concept and method of calibration; parameter type, power type, large displacement type displacement sensor working principle, characteristics and application; force, torque, pressure, speed, acceleration sensor type and working principle etc..First, the multiple-choice question1, according to the composition of the sensor, the following can directly feel the measured physical quantity is (A)A sensitive element,B conversion element,C conversion circuit,D amplifying circuit2 、 a sensor made of the principle that the physical and chemical properties of a substance changes with the measured parameters is called BA structured sensors,B physical sensors,C active sensors,D passive sensors3, according to the sensor energy source classification, thefollowing belongs to the passive type sensor is (C)A resistor type B, capacitive C, electrothermal D, Holzer type4, the following indicators of sensors, which do not belong to the dynamic performance indicators of the sensor is ()A stability time,B natural frequency,C overload capacity,D amplitude frequency characteristic5, the sensor can be determined by dynamic calibrationA accuracy,B sensitivity,C linearity,D natural frequency6, the use of differential transformer displacement sensor displacement measurement, in order to identify the moving direction of objects, processing equipment must have links is ()A filter,B amplification,C rectification,D phase sensitive detection7, the following displacement sensor can measure large displacement is ()A potentiometer displacement sensor,B capacitive displacement sensor,C inductive displacement sensor,D Inductosyn8, the following is not a piezoelectric gyro angular velocity sensor is ()A vibration beam type,B double plate type,C bend type,D round tube type9, phase discriminator inductosyn according to the induction electromotive force () to identify displacement.A amplitude,B phase,C frequency,D phase and frequency10, when the DC speed generator has the load, the output voltage is compared with the armature induction electromotive forceA the former is large,B is small,C is equal, andD is uncertain11, if the grating grating displacement sensor is 0.04 mm, the gate line angle is 1.8 degrees, then the spacing of two adjacent to the moire fringe ()A 0.022 mmB 0.07 mmC 1.27 mmD 3.99 mm12 capacitance torque measuring instrument is to use the force of the axle, the capacitor between the two plates () changes to measure torque.A spacing,B relative effective area,C dielectric constant, D, breakdown voltageTwo. Fill in the blanks13, when the input sensor is either constant or varies slowly with time, the relationship between input and output of the sensor is called static sensor {}.14, the sensor response characteristics must satisfy the measurement conditions ___________ in the frequency range of the measurements.15, the capacitance of capacitive sensor is a function of the dielectric constant of the electrode area, and _________ between the plates of the medium.16, self inductance type displacement sensor can be divided into variable area type and ___________________ type, variable air gap.17, eddy current displacement sensor is the use of______________ will change the measured conversion device for changing the coil impedance.18, the magnetic grid displacement sensor can be divided into the measurement of linear displacement of the long magnetic grid and angle displacement measurement _________.19, magnetoelastic torque instrument is also known as_____________________.20, for a given piezoelectric material, when the mass increases or piezoelectric increased when the sensitivity of ________.21, no-load output voltage of DC tachogenerator and speed ___________________.22, when measuring the slow signal or measured by the chargeoutput when the occasion, the two piezoelectric element of ____.23, charge amplifier input impedance in ___________ ohm.24, the piezoelectric sensor must be pre amplifier connected ______________ when in use.Unit synthesis test two (fifth to seventh)Note: we have the type of artificial vision sensor, vision sensor and various components of the function and method of image processing, photoelectric semiconductor, solid camera; principle of infrared image sensor; temperature sensor temperature classification, mechanism and method, structure, characteristics and application;Working principle of gas sensor, temperature sensor and moisture sensor.First, the multiple-choice question1. The main function of the receiving part of the vision sensor is ()A gives full play to the important conditions of sensor performanceB converts an optical image signal into an electrical signalC converts the electrical signals of two-dimensional imagesinto one-dimensional signals in time seriesD extracts effective information2 、 the function that the vidicon does not have is ()A photoelectric conversion function,B scanning function, C, D/A function, D storage function3. The camera element of the solid semiconductor camera can be abbreviated as ()A, CCD, B, VCD, C, VTR, D, VCR4, in artificial vision systems, brightness information can be digitized by means of.A D/A converter,B A/D converter,C adder,D integrator5 parallel thermocouples can be used for measurementA instantaneous change of temperatureB single constant temperatureC average temperatureD temperature difference6. Measure the temperature of the object that cannot be reached directly. The type of temperature sensor to choose is ()A thermocoupleB brightness typeC thermal resistanceD semiconductor type7, thermopile refers to which of the following thermocouples?A series thermocouple,B parallel thermocouple,C film thermocouple,D sheathed thermocouple8, in general, require thermistor type temperature sensor thermistor and temperature ()A is sinusoidal,B is cosine relationship,C is linear, andD is linear in a certain range9. The higher the temperature measured by the metal thermal resistance temperature sensor, the movement of the free electrons in the sensitive elementA the more regular theB is, the more irregular theC is normal distribution, and theD is linear10, SnO2 gas sensors are widely used in ()A measure the quality of gas, B, fire alarm, C, measure the concentration of gas, D for electrical parts11. The tape recorder uses () senses the temperature inside the machine, and when the humidity reaches a certain level, the machine stops automatically.A electronic hygrometer,B macromolecule membrane humidity sensor,C ceramic humidity sensor,D condensation sensor12 、 practical moisture sensor is to use the relationship between the measured substances (and) and moisture content toachieve moisture content measurement.A resistance valueB capacitance valueC voltage valueD current valueTwo. Fill in the blanks13, commonly used gas sensors according to the structure type can be divided into sintered, _________ and thick film type three.The main purpose of the 14 artificial vision system, image processing is ___________, image recognition for.15 methods, image processing and _____________________ calculus.16, the sliding sensor is refers to between the Department and the operation of inspection robot object tangential________________.17, the working principle of thermocouple temperature sensor is based on _____________________.Principle 18, brightness temperature sensor for object____________ transform with temperature, brightness of a narrow region and the measured object of spectrum and standard radiator compared to measure temperature.19, a semiconductor temperature sensor based on_____________________.20, including thermocouple thermoelectric EMF and_____________________ contact.21, when there is condensation inside the tape recorder, tape and drive mechanism between ______ will increase.In _____________ within the total radiation energy and the temperature dependence of temperature measurement object 22, radiation temperature sensor using.23, electronic hygrometer consisting of a detection part, a digital display and _______________.24, the gas sensor is a gas sensor will detect ____________ into electrical signals.Unit synthesis test three (eighth to ninth)Tip: classification, main test bridge application and working characteristics, types of filter, amplitude frequency characteristic, function and advantages, common methods of digital filter, digital analog conversion principle and technical index; sampling theorem, theorem and the resolution to four times subdivision principle, and the formation of the sources of interference and suppression methods, signal linearization signal processing method; the classification, description, description, amplitude frequency domain electromagnetic vibration exciter principle etc..First, the multiple-choice question1 、 the function of the bridge measuring circuit is to change the parameter of the sensor into (C) or the output change of the current.A resistor,B capacitor,C voltage,D charge2, the output voltage of a single arm bridge is 10V, and the output voltage is nonlinear relationship with the resistance change. After linearization, the output voltage is 10.2V, and the nonlinear error of the bridge is ()A 1.96%,B 2%,C 8%,D 92%3, if the detection system is not too high filter requirements, you can use ()A passive filter,B active filter,C low-pass filter,D high pass filter4, the resistance R in the band-pass filter circuit is increased, then the central angle frequency ().A increases B, decreases C, and D remains unchanged5 、 passive RC first-order high pass filter outputs the output voltage from (both) ends.A resistor, R,B capacitor,C C operational amplifier,D inductance, L6. The buffer is usually used at the output stage of the sampling humidifierA reduces the input impedance of the signal source, B, and increases the output impedance of the signal sourceC the input impedance of the smaller loadD increases the input impedance of the load7 、 in the grating displacement sensor with four times subdivision, the phase difference can not be determined according to the phase difference between two signalsA 45 degrees B, 90 degrees C, 135 degrees D, 180 degreesIn 8, by limiting the maximum deviation of the digital filter, if the limit deviation of delta Y is less than or equal to 0.01, the sampling value of 0.415, the last sampling value is 0.403, the sampling value should be (Yn)A 0.401,B 0.403,C 0.408,D 0.4159, the autocorrelation function of the periodic signal must be ()A periodic function, B, aperiodic, odd function, C, aperiodic even function, D linear function10, the known signal x (T) is completely related to the signal Y (T), and the correlation of the two signals satisfies ()A P XY (T) > 1B P XY (r = 1)C 0, XY < p < 1 (R),D XY (r = 0).11, the time delay is zero, the signal autocorrelation function is (signal)A mean,B mean square,C variance,D amplitude12, the Fu Liye transform of the known function x (T) is X (f), and the Fu Liye transform of function y (T) =x (-t) is ()A, X (f), B - X (f), C, X (-f), D - X (-f)Two. Fill in the blanks13, access bridge according to the measured resistance can be divided into different Wheatstone bridge and _____________.In 14, the bridge measurement circuit, according to the different __________ by bridge, bridge can be divided into direct current and alternating current bridge.15, in order to obtain the frequency signal of a certain frequency, can be used _______________.16, the signal frequency is higher than 500Hz, can be used for _______________ filter.17, RC low-pass filter RC value is higher, while lower cut-off frequency is _______________.18, in the sample and hold circuit, sampling switch off time is called _______________.19, if a grating of 25 lines / mm, is four times the resolution of _______________ division.20, the known function of X (T) of the Fourier transform of X (f), if x (T) is an odd function, X (f) for ___________.21, a resistor R and capacitor C in series and then connected in parallel to the power switch or relay ends RC absorption circuit, its function is _______________.22, if the relationship between the two signals is 0, indicating the two signal _______________.23, periodic signal spectrum harmonic, discrete and_______________.24, if the input function is x (T) and the output function of Y (T) coherent function gamma 2XY (?) =0, X (T) and Y (T)_______________.。
传感器工作原理
传感器工作原理传感器是一种能够感知和测量某种特定物理量的设备，它能将所测量到的物理量转化为电信号或者其他形式的信号，以便进行处理、传输和控制。
传感器广泛应用于各个领域，如工业自动化、环境监测、医疗诊断、智能家居等。
一、传感器的分类根据测量的物理量类型，传感器可以分为多种类型，常见的有以下几种：1. 温度传感器：用于测量环境或者物体的温度，常见的有热电偶、热敏电阻等。
2. 压力传感器：用于测量气体或者液体的压力，常见的有压阻式传感器、电容式传感器等。
3. 光学传感器：用于测量光的强度、颜色等，常见的有光电二极管、光敏电阻等。
4. 加速度传感器：用于测量物体的加速度，常见的有压电式传感器、微机械式传感器等。
5. 湿度传感器：用于测量环境或者物体的湿度，常见的有电容式传感器、电阻式传感器等。
6. 气体传感器：用于测量气体的浓度或者成份，常见的有电化学传感器、红外传感器等。
二、传感器的工作原理不同类型的传感器有不同的工作原理，下面以常见的温度传感器和压力传感器为例进行介绍：1. 温度传感器的工作原理温度传感器常用的工作原理有热电偶和热敏电阻。
热电偶是利用两种不同金属的热电势差产生电流的原理来测量温度的。
当两种不同金属的接触点处于不同温度时，会产生热电势差，通过测量这个热电势差的大小，可以推算出温度的值。
热敏电阻是利用材料的电阻随温度变化而变化的原理来测量温度的。
常见的热敏电阻材料有铂、镍、铜等。
当温度升高时，材料的电阻值会随之增大，通过测量电阻的变化，可以推算出温度的值。
2. 压力传感器的工作原理压力传感器常用的工作原理有压阻式传感器和电容式传感器。
压阻式传感器是利用材料的电阻随受力变化而变化的原理来测量压力的。
常见的压阻式传感器材料有硅、硅酸盐等。
当受到压力作用时，传感器内部的材料会发生应变，从而改变电阻值，通过测量电阻的变化，可以推算出压力的值。
电容式传感器是利用电容随受力变化而变化的原理来测量压力的。
传感器工作原理分类
传感器工作原理分类
传感器是一种能够感知和测量环境或对象特征的设备。
根据传感器的工作原理不同，可以将其分为以下几类。
1. 光学传感器：利用光的特性进行测量，如光电二极管、光敏电阻、光电管等。
2. 声学传感器：通过声波的传播和反射来测量参数，包括麦克风、声纳传感器等。
3. 电磁传感器：通过电磁波的相互作用进行测量，例如磁敏电阻、电感传感器等。
4. 温度传感器：用于测量温度变化的设备，包括热敏电阻、热电偶、红外线传感器等。
5. 压力传感器：用于测量压力或力的大小，如压阻式传感器、压电传感器等。
6. 湿度传感器：用于测量空气的湿度水分含量，如湿敏电阻、电导湿度传感器等。
7. 位移传感器：测量物体的位移或位置信息，例如光电编码器、霍尔传感器等。
8. 加速度传感器：测量物体的加速度或振动，包括压电加速度传感器、微机械加速度传感器等。
9. 流量传感器：用于测量流体的流量，如电磁流量计、质量流量计等。
10. 化学传感器：用于检测和测量化学物质的浓度或反应，如气体传感器、pH传感器等。
这些分类只是对传感器工作原理进行大致归类，并不是详尽无遗，实际上还有很多其他类型的传感器。
每种传感器都有其特定的工作原理和应用范围，在不同领域都有广泛的应用。
第一章传感器技术基础知识
时间常数：用时间常数τ来表征一阶传感器的动态特性。τ越小， 频带越宽。
固有频率：二阶传感器的固有频率ωn表征了其动态特性。
传感器的选用原则
与测量条件有关的因素 (1)测量的目的 (2)被测试量的选择 (3)测量范围 (4)输入信号的幅值，频带宽度 (5)精度要求 (6)测量所需要的时间
相应的响应曲线 ：
传感器存在惯性，它的输出不能立即复现输入信号，而是从零开 始，按指数规律上升，最终达到稳态值。 理论上传感器的响应只在t趋于无穷大时才达到稳态值，但实际上 当t=4τ时其输出达到稳态值的98.2%，可以认为已达到稳态。 τ越小，响应曲线越接近于输入阶跃曲线， 因此，τ值是一阶传感器重要的性能参数。
测量
测量是指人们用实验的方法，借助于一定的仪器或 设备，将被测量与同性质的单位标准量进行比较，
并确定被测量对标准量的倍数，从而获得关于被测
量的定量信息。
xnu或
x——被测量值；
n x u
u——标准量，即测量单位；
n——比值，含有测量误差。
测量过程
传感器从被测对象获取被测量的信息，建立起 测量信号，经过变换、传输、处理，从而获得 被测量量值的过程。
线性传感器
S y x
灵敏度是它的静态特性的斜率，即S为常数。
非线性传感器
它的灵敏度S为一变量，用下式表示。
S dy dx
传感器的灵敏度如图1-3所示。
Y
Y
S y - y0
Yo
x
X O
a）线形传感器
Байду номын сангаас
Y dy
dx S dy dx X
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按传感器的能量转换情况分类
能量转换型：能量转换型传感器是直接由被测对象输
入能量使其工作的，例如，热电偶温度计、弹性压力计 等。
能量控制型：能量控制型传感器是从外部供给辅助能
量使其工作的，并由被测量来控制外部供给能量的变化。
例如，电阻应变测量中，应变计接于电桥上，电桥工作 能源由外部供给，而由于被测量变化所引起应变计的电 阻变化来控制电桥的不平衡程度。如电感式测微仪、电 容式测振仪等均属此种类型。
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3.1.4 传感器选用原则
灵敏度：高，方向性 线形范围： 稳定性：
精确度：
响应特性：快，不失真 测试方式： 可靠性： 体积、价格、易维护性等
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选用传感器时应注意的问题： 1.必须在工作频率范围内满足不失真测试的条件。
2. 传感器应有适当的灵敏度或分辨力。
注意：灵敏度越高越容易受噪声干扰，测量范围
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前置放大器分为电压放大器和电荷放大器。 电压放大器：输出电压与输入电压成正比 特点：结构简单、元件少、造价低廉、使用可靠， 但整个系统对电缆电容的变化（即加速度传感器和前
置放大器之间电缆长度的变化）非常敏感；且低频频
率响应较差。
电荷放大器：输出电压与输入电荷成正比
优点：电缆长度变化可忽略，且低频响应较好。
缺点：
需要较大的输入能量
分辨力较低 动态响应较差
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2、变阻式传感器的工作原理
R l / A
如果电阻丝直径与材质一定时，则电阻R随 导线长度L而变化。变阻式传感器就是根据这种 原理制成的。 3、变阻式传感器的应用 常用来测量位移、压 力、加速度等参量。
左图为用变阻式传感器 制作的位移传感器的结 构图。
越窄。因此同一种传感器常长做成一个系列。
常用压电式加速度传感器的参数：
型号
350B04 393C
量程
5000g 5g
灵敏度
0.5mv/g 1v/g
分辨力
0.02g 0.0001g
重量
4.5g 1000g
应用及特点
爆破、撞击 超低频地震传感器
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3. 足够的精确度
注意：精确度越高，价格越高，对测量环境要求
3.1.2. 传感器的分类
按被测量分类
位移、力、温度、压力、流量、速度传感器等。
按传感器的工作机理分类
物理型、化学型和生物型。
按传感器的构成原理分类
物性型：依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来
实现信号变换的。如水银温度计、压电式传感器等。
结构型：依靠传感器结构参数的变化而实现信号转换 的。如电容式传感器、电感式传感器等。
物理量 电量
目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因 而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转 换成电信号的装置。
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传感器的组成： 敏感元件：传感器中直接感受或响应被测量（输 入量）的部分； 转换元件：将敏感元件感受到的或响应的被测量 转换成适于传输或处理的电信号。
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3.2.3
压电式传感器的应用
加速度计
压力变送器 力传感器
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案例：飞机模态分析
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3.3 电阻式传感器
• 电阻式传感器工作原理是把被测物理量的变化
转换为电阻变化，再经相应的测量电路显示或
记录被测量值的变化。 3.3.1 电阻应变式传感器 应变式传感器是基于测量物体受力变形所 产生应变的一种传感器，最常用的传感元件为 电阻应变片。
简化为：
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2、压阻式传感器的特点
压阻式传感器优点
灵敏度非常高
分辨率高
频率响应高
可测量低频加速度和直线加速度 缺点是温度误差大，故需温度补偿或恒温 条件下使用。
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3、压阻式传感器的应用
压阻式传感器主要用于测量压力和加速度等物理量。
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F
+ +
串联
+
并联
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逆压电效应 如果在这些物质的极化方向施加电场，这些物质
就在一定方向上产生机械变形或机械应力，当外电场
撤去时，这些变形或应力也随之消失，这种现象称之 为逆压电效应，或称之为电致伸缩效应。 压电材料
定义：明显呈现压电效应的敏感功能材料
压电单晶体：石英 多晶压电陶瓷
应变，再通过应变片转换为电阻变化输出。
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3.3.2 压阻式传感器
1、基本工作原理 压阻式传感器的工作原理是压阻效应，即半导 体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化。
dR dl 2dr d R l r dR d E R
机械变形引起电阻变化可忽略，电阻变化率主要由 d / 引起
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有： dR
R
2v
d
(1 2v)
d
形变效应
压阻效应
S0
dR / R
(1 2v)
d /
灵敏度系数
单位应变所引起的电阻相对变化
在电阻丝拉伸比例极限范围内，电阻的相对变化与其所
受的轴向应变是成正比的，即S0为常数，于是 ：
也越高。
4.高度的可靠性
注意了解工作环境对传感器的影响。
5.对被测对象影响小
在传感器与被测对象建立连接关系时，尽可能减
小对被测对象运行状态以及特性参数的影响，如质量
和体积要尽可能小，或选择非接触传感器。
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3.2 压电式传感器
3.2.1 变换原理:压电效应
某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几 何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生 电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这 种现象称为压电效应。
机械测试
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第三章、传感器
本章学习要求：
1.了解传感器的分类
2.掌握传感器的性能指标和选用原则
3.掌握常用传感器原理
4.了解传感器应用
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3.1 概述
3.1.1. 传感器定义
传感器是将被测的某一物理量（或信号）按一 定规律转换为另一种（或同种）与之有确定对应关 系的、便于应用的物理量（或信号）输出的装置。
3.3.3 变阻式传感器（电位器式传感器） 1、变阻式传感器的结构及分类
电阻元件及电刷(活动触点)两个基本部分组成。利用 电位器作为传感元件可制成各种电位器式传感器，可测量 位移及可以转换为位移的其它物理量参数，如压力、加速 度等。
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优点：
结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉且性能稳定 受环境因素影响小 可以实现输出—输入间任意函数关系 输出信号大，一般不需放大。
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变阻器式传感器产品
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案例：重量的自动检测--配料设备
原材料
原理：弹簧->力->位移 ->电位器->电阻
比较
重量设定
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案例：煤气包储量检测
钢丝
煤气包
原理：钢丝->收线圈数 ->电位器 ->电阻
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案例：玩具机器人（广州中鸣数码 ）
dR / R S0
通常金属电阻丝的S0=1.7～4.6。
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2) 应变片的基本结构及测量原理
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应变式传感器是将应变片粘贴于弹性体表面或 者直接将应变片粘贴于被测试件上。弹性体或试件
的变形通过基底和粘结剂传递给敏感栅，其电阻值
发生相应的变化，通过转换电路转换为电压或电流 的变化，即可测量应变。若通过弹性体或试件把位 移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换成应变， 则可测量上述各量，而做成各种应变式传感器。
1 应变式传感器的工作原理
1) 金属的电阻应变效应
电阻应变片工作原理是基于金属导体的电阻应
变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，
其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而
发生变化的现象。
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金属丝长l，截面积A，电阻率ρ，则
金属应变片的电阻R为
R l / A
l
上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数
代入
l dR dl 2 dA d A A A R l / A
dl dA d dR R R R l A
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有：
dR dl dA d R l A
A r
2
金属丝：
dR dl 2dr d R l r
原理：电机->转角 ->电位器 ->电阻
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应用范围：可测量位移、加速度、力、力矩、
压力等各种参数。 应变式传感器特点：
① 精度高，测量范围广；
② 使用寿命长，性能稳定可靠；
③ 结构简单，体积小，重量轻； ④ 频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量；
⑤ 价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。
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3.2.2 压电式传感器及其等效电路 当压电元件两电极间的压电 陶瓷或石英为绝缘体，而两个工 作面上进行金属蒸镀，形成金属 膜，因此就构成一个电容器。
测量电路
压电式传感器输出电信号很微弱，且输出阻抗较 高，通常应把传感器信号先输入到高输入阻抗的前置 放大器中，经过阻抗变换后，方可输入到后续仪表。