机械工程测试技术4常用的传感器及仪器
机械工程试验和检测仪器设备一览表
机械工程试验和检测仪器设备一览表
以下为机械工程试验和检测仪器设备一览表，共包括五项内容：物理量测量仪器、机械性能试验仪器、金相试验仪器、硬度试验仪
器及焊接试验仪器。
一、物理量测量仪器
1. 数显万用表
2. 示波器
3. 激光测距仪
4. 声速计
5. 电动扭力扳手
6. 环境温湿度计
7. 热像仪
8. 追踪仪
9. 温度计
10. 湿度计
二、机械性能试验仪器
1. 万能材料试验机
2. 冲击试验机
3. 疲劳试验机
4. 车轮磨耗试验机
5. 摩擦磨损试验机
6. 拉力试验机
7. 压力试验机
8. 落锤冲击试验机
9. 硬度计
10. 静力平衡仪
11. 动平衡试验仪
三、金相试验仪器
1. 数显金相显微镜
2. 数显金相分析仪
3. 全自动金相显微镜
4. 金相试样切割机
四、硬度试验仪器
1. 最小分辨率为0.5nm电子万能硬度试验机
2. 微型台式电子万能硬度计
3. 数显电子万能硬度计
4. 电动岩石碎度计
5. 便携式硬度计
五、焊接试验仪器
1. 数控焊接弧形跟踪器
2. 数控氧气切割机
3. 氧炔焊接用翻转机
4. 数控剪切机
5. 数控板料折弯机
以上为机械工程试验和检测仪器设备一览表。
该表格可作为机械工程师或相关行业从业人员在工作中使用时的参考，以便于选择需要的检测设备。
机械工程中的仪器仪表与传感器技术
机械工程中的仪器仪表与传感器技术机械工程是一门涵盖广泛领域的学科，其中仪器仪表与传感器技术在机械工程中发挥着关键作用。
仪器仪表与传感器技术是研发和应用各种仪器仪表设备与传感器的科学与技术。
在机械工程领域里，仪器仪表与传感器技术的发展对于机械工程的研究、设计和生产具有非常重要的作用。
一、仪器仪表技术在机械工程中的应用仪器仪表技术在机械工程中的应用范围非常广泛。
无论是机械设计、工艺控制还是设备维护，仪器仪表技术都起到了至关重要的作用。
例如，在机械设计中，仪器仪表可以用来测量和检测各种物理量，如温度、压力、流量等，从而帮助工程师进行合理的设计。
在工艺控制方面，仪器仪表可以用来实时监测工艺参数，以保证机械设备的正常运行和产品的质量稳定性。
在设备维护方面，仪器仪表可以用来检测设备的运行状态和故障，从而及时采取正确的维修措施，提高设备的可靠性和使用寿命。
二、传感器技术在机械工程中的应用传感器技术是现代机械工程的重要组成部分。
传感器是一种能够将被测量的物理量转换为电信号的装置。
传感器的应用广泛，几乎涉及到机械工程的各个领域。
举例来说，在机械制造中，传感器可以用来测量加工过程中的切削力、表面质量等参数，以确保产品的制造质量。
在机械运动控制中，传感器可以用来检测机械元件的位置、速度和加速度等参数，以实现精确的运动控制。
在机械振动监测中，传感器可以用来检测机械设备的振动状态，以预测设备的故障和提前进行维护。
三、仪器仪表与传感器技术的发展趋势随着科技的不断进步，仪器仪表与传感器技术也在不断发展。
未来，仪器仪表与传感器技术将朝着更小、更精确、更智能的方向发展。
例如，微型化的惯性传感器、纳米材料的应用以及人工智能算法的发展，将使仪器仪表与传感器技术在机械工程中的应用更加广泛和高效。
同时，新材料、新工艺的应用也将进一步提高仪器仪表与传感器的灵敏度和可靠性。
除此之外，与其他学科的交叉融合也将推动仪器仪表与传感器技术的创新发展，如生物学、化学、光学等领域的进展将为传感器技术的应用带来新的可能性。
机械工程测试技术基础传感器优秀课件
第三章 常用传感器与敏感原件
第一节 常用传感器分类 第二节 机械式传感器及仪器 第三节 电阻、电容与电感式传感器 第四节 磁电、压电与热电式传感器 第五节 光电传感器 第六节 光纤传感器 第七节 半导体传感器 第八节 红外测试系统 第九节 激光测试传感器 第十节 传感器选用原则
特点： ➢电阻的增量与磁场的平方成正比； ➢与磁场的正负无关； ➢温度系数影响大； ➢磁感应的范围比霍尔元件大。
磁敏传感器应用实例：
二、热敏传感器
半导体热敏电阻的材料是一种由锰、镍、铜、钻、铁等 金属氧化物按一定比例混合烧结而成的半导体，它具有负 的电阻温度系数，随温度上升而阻值下降。
(1 1 )
烟雾报警器
酒精传感器
二氧化碳传感器
气敏传感器是 利用气敏半导体材 料，如氧化锡、氧 化锰。当它们吸附 了气体烟雾分子， 如一氧化碳等时， 二者相互吸收电子 的能力不同，使半 导体电阻率发生变 化，且气敏元件电 阻值随被测气体的 浓度改变而变化。
燃气报警器
烟雾报警器
酒精传感器
四、湿敏传感器
能感受气体中水蒸气含量，并转换成可用输出信号的 传感器。
第六节 光纤传感器
光纤的结构： 基本采用石英玻璃，
玻璃纤维 尼龙外层 包层
主要三部分组成 中心——纤芯；
外层直径1mm
外层——包层；
护套——尼龙料。 100 ~200μm
纤芯 涂敷层
光导纤维的导光能力取决于纤芯和包层的性质，纤芯 折射率n1略大于包层折射率n2 ( n1 ＞ n2 )。
C
n0 B
优点：结构简单、体积小、噪声小、频率范围宽、动态 范围大、寿命长等。
霍尔转速表原理
当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，可 产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；反之， 当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。
机械工程《传感器与检测技术》测试技术实验指导书
机械工程《传感器与检测技术》测试技术实验指导书机械工程测试技术实验指导书——传感器与检测技术罗烈雷编机械工程系机械工程测试技术实验指导书——传感器与检测技术一、测试技术实验的地位和作用《传感器与检测技术》课程，在高等理工科院校机械类各专业的教学打算中，是一门重要的专业基础课，而实验课是完成本课程教学的重要环节。
其要紧任务是通过实验巩固和消化课堂所讲授理论内容的明白得，把握常用传感器的工作原理和使用方法，提高学生的动手能力和学习爱好。
其目的是使学生把握非电量检测的差不多方法和选用传感器的原则，培养学生独立处理问题和解决问题的能力。
二、应达到的实验能力标准1、通过应变式传感器实验，把握理论课上所讲授的应变片的工作原理，并验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。
2、通过差动变压器静态位移性能测试和差动变压器零点残余电压的补偿电路设计，把握理论课上所讲授的差动变压器的工作原理和零点残余电压的补偿措施。
3、通过电涡流式传感器的静态标定和被测体材料对电涡流式传感器特性的阻碍实验，把握理论课上所讲授的电涡流式传感器的原理及工作性能，验证不同性质被测体材料对电涡流式传感器性能的阻碍。
4、通过差动面积式电容传感器的静态及动态特性测试，了解差动面积式电容传感器的工作原理及其特性。
5、通过磁电感应式传感器的性能和霍尔式传感器直流静态位移特性的测试方法，把握磁电感应式传感器的工作原理及其性能和霍尔式传感器的工作原理及其特能。
6、通过压电式传感器的动态响应和引线电容对电压放大器与电荷放大器的阻碍实验，把握压电式传感器的原理、结构及应用和验证引线电容对电压放大器的阻碍，了解电荷放大器的原理和使用方法。
7、通过光敏三极管和光敏电阻的性能测试，把握光电传感器的原理与应用方法。
8、热电偶和热敏电阻的性能测试的方法，把握热电偶的原理和 NTC 热敏电阻的工作原理和使用方法，并对传感器灵敏度线性度进行分析。
9、通过差动放大器和低通滤波器设计和测试，把握差动放大器和滤波器的设计方法和性能测试方法。
《机械工程测试技术基础(第4版)》基本课件第4章
目录
4.1 常用传感器分类 4.2 机械式传感器及仪器 4.3 电阻式、电容式与电感式传感器 4.4 磁电式、压电式与热电式传感器 4.5 光电传感器
目录
4.6 光纤传感器 4.7 半导体传感器 4.8 红外测试系统 4.9 激光测试传感器 4.10 传感器的选用原则
物性型传感器是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。例 如,水银温度计是利用了水银的热胀冷缩性质;压力测力计利用的是石英晶体的压电 效应等。
结构型传感器则是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转变的。例如,电容 式传感器依靠极板间距离变化引起电容量的变化;电感式传感器依靠衔铁位移引起 自感或互感的变化。
弹性元件具有蠕变、弹性后效等现象。材料的蠕变与承载时间、载荷大 小、环境温度等因素有关。而弹性后效则与材料应力-松弛和内阻尼等因素 有关。这些现象最终都会影响到输出与输入的线性关系。因此,应用弹性元 件时,应从结构设计、材料选择和处理工艺等方面采取有效措施来改善上述 诸现象产生的影响。
4.2 机械式传感器及仪器
近年来,在自动检测、自动控制技术中广泛应用的微型探测开关亦被 看作机械式传感器。这种开关能把物体的运动、位置或尺寸变化,转换为 接通、断开信号。图4-4表示这种开关中的一种。它由两个簧片组成,在 常态下处于断开状态。当它与磁性块接近时,簧片被磁化而接合,成为接通 状态。只有当钢制工件通过簧片和电磁铁之间时,簧片才会被磁化而接合, 从而表达了有一件工件通过。这类开关,可用于探测物体有无、位置、尺 寸、运动状态等。
工程测量中通常把直接作用于被测量,并能按一定方式将其转换成同种或别种 量值输出的器件,称为传感器。
传感器是测试系统的一部分,其作用类似于人类的感觉器官。它把被测量,如力、 位移、温度等物理量转换为易测信号或易传输信号,传送给测试系统的调理环节。 因而也可以把传感器理解为能将被测量转换为与之对应的,易检测、易传输或易处 理信号的装置。直接受被测量作用的元件称为传感பைடு நூலகம்的敏感元件。
机械工程测试技术基础第三章-常用的传感器
8
3.3 电阻式传感器
• 电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种 传感器
• 按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式.
一、 变阻器式传感器
通过改变电位器触头位置，把位移转换为 电阻的变化。 常用的有直线位移型、角位移型和非线性型等
9
❖直线位移型
传感器的输出(电阻)与输入(位移)成正比
17
• 金属应变片有: • 丝式、箔式和薄膜式 • 优点:稳定性和温
度特性好. • 缺点:灵敏度小.
18
电阻应变片的工作原理
金属应变片的电阻R为
R l
A
A r 2
dR R dl R dA R d R(dl 2dr d )
l A
lr
dl -—电阻丝轴向相对
l
变形，即纵向应变
2
1
3
直线位移型
10
❖角位移型
传感器的输出(电阻)与输入(角位移)成线性关系
123
旋转型
11
❖非线性型：
传感器的输出(电阻)与输入(位移)的关系与变阻 器的骨架形状有关，可根据需要的输入输出之 间的关系确定变阻器的骨架形状。
12
• 等效电路分析:
Rp-总电阻;xp-变阻总长;RL负载电阻;x-电刷移动量.
变阻器式传感器的缺点
(1)因为存在电刷与线圈或电阻膜之间摩擦，因此需要较大 的输入能量； (2)由于磨损不仅影响使用寿命和降低可靠性，而且会降低 测量精度，所以分辨力较低； (3)动态响应较差，适合于测量变化较缓慢的量。
14
案例：玩具机器人（广州中鸣数码 ）
原理 直接将关 节驱动电 机的转动 角度变化 转换为电 阻器阻值 变化
机械设计中的传感器技术与应用
机械设计中的传感器技术与应用传感器技术在机械设计中的应用传感器技术是现代机械设计中不可或缺的一项技术。
传感器可以感知、检测和测量各种物理量，将检测到的信号转换成可读取和处理的电信号。
它们广泛应用于机械系统中，用于实时监测和控制，提高设备的性能和安全性。
本文将重点介绍机械设计中常见的传感器技术及其应用。
一、力传感器力传感器是一种用于测量物体所受力大小和方向的传感器。
它通常包括应变片、膨胀片、压阻式传感器和压电传感器等。
力传感器广泛应用于机械设备中，如压力机、起重机和车辆悬挂系统等。
通过实时监测力的大小和方向，我们可以控制设备的运行状态，避免超载和其他不良情况。
二、位移传感器位移传感器是一种用于测量物体位置或移动距离的传感器。
最常见的位移传感器包括编码器、光电传感器和激光测距传感器等。
位移传感器广泛应用于机械系统中的定位、测距、轨迹控制和位置反馈等方面。
例如，在机床加工中，位移传感器可以监测刀具和工件的相对位置，实现高精度的加工过程。
三、温度传感器温度传感器是一种用于测量物体温度的传感器。
它通常包括热敏电阻、热电偶和红外线传感器等。
温度传感器广泛应用于机械系统中的温度控制、故障检测和环境监测等方面。
例如，在汽车发动机中，温度传感器可以及时检测到发动机的温度变化，保持发动机在适宜的温度范围内工作。
四、压力传感器压力传感器是一种用于测量液体或气体压强的传感器。
常见的压力传感器包括压阻式传感器、毛细管传感器和电容式传感器等。
压力传感器广泛应用于机械领域中的液压系统、气动系统和燃气系统等。
通过实时监测系统的压力变化，我们可以控制液压和气动系统的工作状态，保证系统的安全和可靠性。
五、光电传感器光电传感器是一种用于检测物体存在、位置和形状的传感器。
它通常包括光电开关、光电反射传感器和光电传感器阵列等。
光电传感器广泛应用于机械系统中的物体检测、位置定位和自动计数等方面。
例如，在自动包装机中，光电传感器可以检测到物体的位置和形状，实现自动分拣和包装。
机械工程测试技术基础3-4
• 非接触式：辐射温度计、热电探测器等
3.8 热敏传感器
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1.膨胀式温度计
利用液体或固体热胀冷缩的性质而制成的温 度计，常的有水银、双金属片等几种类型
材料热胀冷缩量：L=L t L：原始尺寸（体积或长度） ：体积或线胀系数 t：温度变化
标定: L t
水银温度计
3.8 热敏传感器
VH KH IBsin
i
3.7 磁敏元件传感器
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电流传感器
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无损检测：钢丝绳断丝检测
当钢丝绳有断丝时，影响永久磁铁所产生的磁场，出现漏 磁场。霍尔元件通过此漏磁场，获得一个脉动电压信号。 脉动电压信号的强弱和位置，通过计算分析，识别出断丝 根数和断口位置
3.7 磁敏元件传感器
其中微珠式的热敏电阻其珠头直径可做到小于0.1mm，因而可 测量微小区域的温度，且响应时间短。大多数场合需要在外 面包一层薄的玻璃、陶瓷或钢的外壳，并保证最小的热传递 误差。
3.8 热敏传感器
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3.8 热敏传感器
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产品
3.8 热敏传感器
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应用
温控器
水温感应塞
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上述两条件必须同时满足
• 这是因为如果构成热电偶的两个热电极材料相同， 则帕尔贴热电势为零，即使两结点温度不同，由 于两支路的汤姆逊热电势相互抵消，热电偶回路 内总的热电势也为零。另一方面，如果热电偶两 个结点温度相等（T=T0），则汤姆逊热电势为零， 尽管两导体材料不同，由于两端的帕尔贴热电势 相互抵消，热电偶回路内总的热电势也为零。
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双金属温度计
把两种膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起 制成的。它是一种固体膨胀温度计，可将温度变 化转换成机械量变化。
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N 0 A0
2
2
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机械工程测试技术 传感器的灵敏度为：
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
S
dL d
N 0 A0
2
2
2
δ愈小，灵敏度S愈高。由于S不是常 数，故会出现非线性误差，通常规定δ在
较小的范围内 0， 0 ）工作。实际应 （
用中，一般取 / 0 0 .1 。这种传感器 适用于较小位移的测量，一般约为 0.001~1mm。
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机械工程测试技术
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
测量间隙δ变化时，LC回路谐振频率也变化，与振荡器 电源频率失谐，输出电压u相当于一个被δ调制的调幅波。
涡流式传感器调幅电路的谐振曲线及输出特性
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机械工程测试技术
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
非接触测量。测量位移范围从±1mm~±10mm，分辨力为
0.1μm。 涡流式传感器可以对各种振动的振幅频谱分布进行无接触
地测量，可以进行金属元件合格检验（通过测量元件的厚度），
金属元件计数，轴的位移和径向、轴向振动的测量，磨床的精 密定位等。
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机械工程测试技术 例：径向振摆测量
扭矩，应力，动力；气压，温度；
振动，速度，加速度等。
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机械工程测试技术
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
例：板的厚度测量
例：张力测量
~
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机械工程测试技术
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
四、电容式传感器
1. 变换原理：将被测量的变化转化为电容量变化。 两平行极板组成的电容器,它的电容量为:
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机械工程测试技术 例：典型应变式传感器
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
位移传感器
加速度传感器
柱式测力传感器
扭力矩传感器
筒式压力传感器
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机械工程测试技术 例：桥梁固有频率测量
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
原
理
在桥中设置一三角形障碍物，利用 汽车的冲击对桥梁进行激励，再通 过应变片测量桥梁动态变形，得到 桥梁固有频率。
Sg
dR R dl l
E
E 为半导体材料的弹性模量 为半导体材料的压阻系数
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机械工程测试技术 半导体应变片的特点
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
优点：灵敏度高、机械滞后小、横向效应小、体积小。 缺点：温度稳定性能差、敏度离散度大、在较大应变作用下 非线性误差大。 3. 电阻应变式传感器的应用 （1）直接用来构成测定结构的应变或应力； （2）将应变片贴于弹性元件上，作为测量力、位移、压力、 加速度等参量的传感器。
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机械工程测试技术
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
2. 电阻应变式传感器——应变片 （1）金属电阻应变片 工作原理：金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻 值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化。
丝式电阻应变片
箔式电阻应变片
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4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
频率调制
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机械工程测试技术
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
鉴频
T2 T4
T1
T3
F
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机械工程测试技术
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
涡流式传感器的应用
优点：接构简单，使用方便，不受油污、介质影响。 应用：位移、力、振动测量，测厚，材质判别 涡流式传感器可用来各种形状金属导体试件的位移的动态
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机械工程测试技术
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
（2）其他应用：差动变压器式传感器具有精度高达0.lμm量级， 线圈变化范围大(可扩大到士l00mm，视结构而定)、结构简单，
稳定性好等优点，被广泛应用于直线位移及其他压力、振动等
参量的测量。 主要应用： 厚度，角度，表面粗糙度；拉伸，压缩，垂直度； 压力，流量，液位；张力，重力，负荷量；
特性。
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4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
3）单螺管线圈型 制造容易，但灵敏度低，适用于较大位移（数毫米）的
测量。
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机械工程测试技术 4）双螺管线圈差动型
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
采用差动式可以克服衔铁上电磁吸力、以及电源电压、 频率的波动与温度变化等外界干扰对测量准确度的影响。
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
各种金属应变片
电阻应变片灵敏度系数
Sg
dR R dl l
1 2
为电阻丝材料的泊松比
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机械工程测试技术 （2）半导体应变片
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
工作原理：单晶半导体材料在沿 某一轴向受到外力作用时，其电 阻率发生变化（压阻效应）。 电阻应变片灵敏度系数（比金 属丝应变片大50~70倍）：
机械工程测试技术
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
差动变压器式传感器工作原理
当初级线圈输入交流激励电压时，次级线圈将产生感压 电动势e1和e2。由于两个次级线圈极性反接，因此，传感器的
输出电压为两者之差，即e0=e1-e2。活动衔铁能改变线圈之间
的藕合程度。输出e0的大小随活动衔铁的位置而变。
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灵敏度和线性性较高，常用测量范围为±2mm，最高分 辨力为0.5μm。
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机械工程测试技器及仪器
原线圈的等效阻抗Z变化：
即涡流的大小与金属板
Z Z ( , , , )
的电阻率ρ、磁导率μ、厚度h，
金属板与线圈的距离δ及线圈 激磁电流圆频率ω等参数有关。 若改变其中二参数，而 固定其他参数不变，就可根 据涡流的变化测量该参数。
参考圆
油管
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机械工程测试技术 例：无损探伤
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
原 理：缺陷造成涡流变化。
火车轮检测
油管检测
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4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
2. 互感型——差动变压器
原理：互感现象
e12 M
di1 dt
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机械工程测试技术
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
差动变压器式传感器的应用
（1）位移测量： 当没有信号输入时，铁芯处于中间位置，调
节电阻R，使零点残余电压减小；当有信号输入时，铁芯移上 或移下，其输出电压经交流放大、相敏检波、滤波后得到直流 输出。由表头指示输入位移量的大小和方向
差动相敏检波电路原理
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
三、电感式传感器
电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转 化为电感量的一种装置。 分类:
电感式传感器 自感型 可变磁阻型
涡流式
互感型
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4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
1. 自感型
（1）可变磁阻式 原理：电磁感应
L
+
A
+ +
0 A C
当被测量δ、S或ε发生变化时，都会引起电容的变化。 如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另一个参数，就可 把该参数的变化变换为单一电容量的变化。
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4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
分 类 （1）极距变化型
输出未弹性元件本身的弹性变形。
优点：结构简单、可靠、使用方便、价格低。
缺点：弹性元件具有蠕变、弹性失效现象。
测力计
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4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
压力计
温度计 1-酒精，2-感温器，3-毛细管，4-波登管
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4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
二、电阻式传感器
电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器。 按工作的原理可分为：变阻器式、电阻应变式 1. 变阻器式传感器 2 1
直线型
3
1 2 3
旋转型
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机械工程测试技术 例：玩具机器人
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
原
理
直接将关节驱动电机的转 动角度变化转换为电阻器 阻值变化
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4. 常用的传感器及仪器
第四章 常用的传感器及仪器
学习要求 1.了解传感器的分类 2.了解常用传感器的基本原理和特点 3.了解传感器的选用原则
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4.1 概 述
4.1 概 述
1. 传感器的构成 传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一 定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置。 物理量 电量
物性型：依靠敏感元件材料物理性质的变化实现信号变换；
结构型：依靠传感器结构参数的变化而实现信号变换；
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4.1 概 述
（4）按敏感元件与被测对象之间的能量关系分类
能量转换型：直接由被测对象输入能量使其工作，如：热电
偶温度计，压电式加速度计； 能量控制型：从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量 的变化，如：电阻应变片。 4. 常见的被测物理量