测试技术第三章 常用传感器与敏感元件
机械工程测试技术_课后习题及答案
第三章 常用传感器与敏感元件3-1 在机械式传感器中，影响线性度的主要因素是什么？可举例说明。
解答：主要因素是弹性敏感元件的蠕变、弹性后效等。
3-2 试举出你所熟悉的五种机械式传感器，并说明它们的变换原理。
解答：气压表、弹簧秤、双金属片温度传感器、液体温度传感器、毛发湿度计等。
3-3 电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优缺点？应如何针对具体情况来选用？解答：电阻丝应变片主要利用形变效应，而半导体应变片主要利用压阻效应。
电阻丝应变片主要优点是性能稳定，现行较好；主要缺点是灵敏度低，横向效应大。
半导体应变片主要优点是灵敏度高、机械滞后小、横向效应小；主要缺点是温度稳定性差、灵敏度离散度大、非线性大。
选用时要根据测量精度要求、现场条件、灵敏度要求等来选择。
3-4 有一电阻应变片（见图3-84），其灵敏度S g ＝2，R ＝120。
设工作时其应变为1000，问R ＝？设将此应变片接成如图所示的电路，试求：1）无应变时电流表示值；2）有应变时电流表示值；3）电流表指示值相对变化量；4）试分析这个变量能否从表中读出？解：根据应变效应表达式R /R =S g 得 R =S g R =2100010-6120= 1）I 1=R =120=0.0125A=2）I 2=(R +R )=(120+0.012475A= 3）=(I 2-I 1)/I 1100%=%4）电流变化量太小，很难从电流表中读出。
如果采用高灵敏度小量程的微安表，则量程不够，无法测量的电流；如果采用毫安表，无法分辨的电流变化。
一般需要电桥来测量，将无应变时的灵位电流平衡掉，只取有应变时的微小输出量，并可根据需要采用放大器放大。
3-5 电感传感器（自感型）的灵敏度与哪些因素有关？要提高灵敏度可采取哪些措施？采取这些措施会带来什么样后果？解答：以气隙变化式为例进行分析。
20022N A dLS d μδδ==- 又因为线圈阻抗Z =L ，所以灵敏度又可写成20022N A dZ S d μωδδ==-图3-84 题3-4图由上式可见，灵敏度与磁路横截面积A 0、线圈匝数N 、电源角频率、铁芯磁导率0，气隙等有关。
chapter3 常用传感器和敏感元件new
敏感元件 转换元件 RLC 基本转换电路
电量
第3章 常用传感器和敏感元件
例：压力传感器：
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基本转 换电路
电感线圈 磁芯
转换元件
大 气 压 输入P 被测量
敏感元件 转换元件
膜盒
敏感元件
壳体 RLC 基本转换电路
电量
第3章 常用传感器和敏感元件
兰州理工大学机电工程学院
3. 传感器的分类
1)按被测物理量分类 常见的被测物理量 机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度 , 旋转角,转数,质量,重量,力, 压力,真空度,力矩,风速,流速 , 流量; 声: 声压,噪声. 磁: 磁通,磁场. 温度: 温度,热量,比热.
第3章 常用传感器和敏感元件 2)按工作的物理基础分类:
电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效 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 生变化象。
3.3.1 电阻式传感器
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1) 工作原理
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
案例：桥梁固有频率测量
兰州理工大学机电工程学院
案例：电子称
原理 将物品重量通过悬臂梁转化结 构变形再通过应变片转化为电 量输出。
兰州理工大学机电工程学院
案例：冲床生产记数 和生产过程监测
兰州理工大学机电工程学院
案例：机器人握力测量
兰州理工大学机电工程学院
案例：振动式地音入侵探测器 适合于金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打 洞、爆破等破坏行为均可及时发现。
代入
常用传感器与敏感元件(磁电、压电、热电)
F F0 F1 F0 ma
压电元件上产生与加速度a对应的电荷，即
Q d11F d11 ( F0 ma)
与ma对应的是电荷的增量 Q
Q d11 ma
压电式传感器
工作时，将压电元件产生的电荷输出给电荷放大器，则 电荷放大器的输出电压的增量
u0 Q d11ma Cf Cf
i i y
f
Kq q e C C AC C
y f f f
压电式传感器
3、压电式传感器的应用
◆压电式压力传感器
传感器上盖为传力元件, 当外力作用时, 它将产生弹 性变形, 将力传递到石英晶 片上。两片石英晶体采用并 联方式，一根引线两压电片 中间的金属片上，另一端直
接与上盖相接。利用其纵向
热电式传感器
（3）当热电偶两电极AB材料不同，两接点处的温 度也不同时，则会产生大小不等的温差电势及接 触电势。这时热电偶的热电势EAB(T,TO)为两接点 温度T和TO的函数。
EAB (T ,T0 ) f (T ) f (T0 )
若冷端温度T0保持不变，即E(T0)为常数时，则 热电势EAB(T，T0)仅为热端温度T的函数
热电式传感器
◆热电动势由接触电势和温 差电势组成 ◆分析 （1）若热电偶两电极A和B材料相同，两接点温度 不同时，接触电势EAB(T)和 EAB(TO)皆为零。温差 电势EA(T,TO)和EB(T,TO)大小相等，方向相反，所 以不会产生热电势。 （2）若热电偶两接触点温度相同，两电极材料不 同时，无温差电势。接触电势大小相等，方向相 反，所以不会产生热电势。
磁电式传感器
磁电式扭矩传感器 传感器的检测元件部分由永久磁场、感应线圈和 铁芯组成。永久磁铁产生的磁力线与齿形圆盘交链。 当齿形圆盘旋转时，圆盘齿凸凹引起磁路气隙的变化, 于是磁通量也发生变化, 在线圈中感应出交流电压， 其频率等于圆盘上齿数与转数乘积。
《机械工程测试技术基础》课后习题及答案详解
第一章 信号的分类与描述1-1 求周期方波（见图1-4）的傅里叶级数（复指数函数形式），划出|c n |–ω和φn –ω图，并与表1-1对比。
解答：在一个周期的表达式为00 (0)2() (0)2T A t x t T A t ⎧--≤<⎪⎪=⎨⎪≤<⎪⎩积分区间取（-T/2，T/2）00000002202002111()d =d +d =(cos -1) (=0, 1, 2, 3, ) T T jn tjn tjn t T T n c x t et Aet Ae tT T T Ajn n n ωωωππ-----=-±±±⎰⎰⎰所以复指数函数形式的傅里叶级数为001()(1cos )jn tjn t n n n Ax t c ejn e n∞∞=-∞=-∞==--∑∑ωωππ，=0, 1, 2, 3, n ±±± 。
(1cos ) (=0, 1, 2, 3, )0nInR A c n n n c ⎧=--⎪±±±⎨⎪=⎩ ππ21,3,,(1cos )00,2,4,6, n An A c n n n n ⎧=±±±⎪==-=⎨⎪=±±±⎩πππ1,3,5,2arctan1,3,5,200,2,4,6,nI n nRπn c πφn c n ⎧-=+++⎪⎪⎪===---⎨⎪=±±±⎪⎪⎩没有偶次谐波。
其频谱图如下图所示。
图1-4 周期方波信号波形图1-2 求正弦信号0()sin x t x ωt =的绝对均值x μ和均方根值rms x 。
解答：00002200000224211()d sin d sin d cos TTT Tx x x x x μx t t x ωt t ωt t ωt T T TT ωT ωπ====-==⎰⎰⎰rmsx ==== 1-3 求指数函数()(0,0)at x t Ae a t -=>≥的频谱。
机械工程测试基础 第三章 传感器
3.3.1 电阻式传感器 R / R Sg E
x
●优点：尺寸、横向效应、机械滞后都很小，灵 敏系数大，输出大，可不需放大器连接，使得测量系 统简化。 ●缺点：电阻值和灵敏系数的温度稳定性差；测 量较大应变时非线性严重；灵敏系数随受拉或压而变， 且分散度大 。 分析表明，金属丝应变片与半导体应变片工作原 理的主要区别在于：前者利用导体形变引起电阻变化， 后者利用半导体电阻率变化引起电阻变化。
3.1 概述 2)按工作的物理基础分类: 见表3-1：机械式,电气式,光学式,流体式等.
3.1 概述 3)按信号变换特征: 能量转换型和能量控制型. 能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如: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.例如:电阻应变片.
dR d (1 2 ) x R
或
dR / R
x
1 2
d /
x
灵敏系数： 令
Sg dR / R
x
1 2 E , (d / E x )
Sg称为金属丝的灵敏系数，表示金属丝产生单 位变形时，电阻相对变化量的大小。 显然，sg 越大，单位变形引起的电阻相对变化 量越大。
机械工程测试技术基础
第三章
常用传感器与敏感元件
本章学习要求：
1.掌握传感器的分类方法 2.掌握常用传感器测量原理、 特点及其应用 3.掌握传感器选用原则
第三章 常用传感器与敏感元件
3.1 概述
1. 传感器定义 传感器是直接感受规定的被测量，并能按一定 规律将被测量转换成同种或别种量值输出的装置。 物理量 电量
Rp
xp
《测试技术第三章》PPT课件
运算放大器电路（位移测量传感器）
4)应变片测量电路
R1
R2
E
V
R4 R3
V R2R4R1R3 E (R1R4)(R2R3)
V R2R4R1R3 E (R1R4)(R2R3)
令： R1 R R2 R3 R
R4 RdR
V R(RdR )RRE E dR (RRdR )(RR) 4 R
金属丝应变片：
dR (1 2 )
R
V与应变成线性关系，可以用电桥测量电压测量应变
5.焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。
6.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应 大于500M欧。
7.应变片保护：用704硅橡胶覆于应变片上，防止 受潮。
6) 标准产品
7) 应用 电阻应变式传感器的应用：测力
7) 应用
案例：
案例：桥梁固有频率测量
案例：冲床生产记数 和生产过程监测
电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器
R l
A
按工作的原理可分为:
变阻器式 电阻应变式 热敏式 光敏式 电敏式
电阻应变式传感器--应变片
金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变 效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电 阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变 化的现象。
电阻丝应变片(康铜)
金属箔式应变片
1) 工作原理
R 金属应变片的电阻R为
l
A
dR R ldl R d R AdA
A r2 d A 2 rd r
dR dl
Rl
d2drr
d r r ll ,d E
dR R(12E)
(1) 金属应变片（不变）
第3章_常用传感器与敏感元件_第5-10节
半反射半透射镜 光电传感器
聚焦投镜 光源
反射带
光电耦合器 透射式转速计
反射式转速计
光电编码器
将位移转换成脉冲信号或数字信号输出的传感器称为
编码器。可用于位移和速度检测。有直线编码器和旋 转编码器。分为增量式和绝对式（数字式）编码器。
0000
1111
零位信号窗口 主信号窗口 编码盘
一、光纤传感器的类型
功能型（又叫传感型或全
光纤型）：光纤作为敏感 元件，利用光纤的传光特 光纤 性随着被测量（如应变、 压力、温度、电场、射线 光敏元件 等）而变化，从而使光纤 功能型光纤传感器示意图 内传输的光的特征参量 （强度、相位、频率、偏 振态、波长等）发生变化。非功能型（又叫传光型 或混合型）：光纤只是 只要检测出这些变化即可 传输光的导体，还需利 确定被测量的大小。光纤 用其它敏感元件（如光 既传光又传感。
1. 光电管(Phototube)
利用外光电效应，有真空光电管和充气光电管。
基本工作过程： 真空光电管：一定波长的光线→光电阴极发射电子 →被阳极吸收→形成光电流。 充气光电管（充有惰性气体）：阴极发射的电子撞 击惰性气体，使其电离，从而使阳极电流急剧增加， 提高了灵敏度。
光电阴极：由 光电材料涂敷 光电阴极 在玻璃泡内壁 阳极 或半圆筒形的 金属片上构成。
S F N 霍尔元件
N S 力的测量
霍尔元件 磁铁 磁铁随刀架一起转动 数控车床自动换刀控制
被测零件
非金属板
N 霍尔传感器 S 磁钢 计数装置
霍尔传感器产品
霍尔开关传感器 各种霍尔传感器
霍尔电流传感器
二、热敏电阻传感器
工作原理：利用半导体材料本身的电阻率随温度 而变化的特性。 特点：灵敏度高（电阻温度系数大，比一般金属 电阻大10～100倍）；结构简单，体积小，可进行 点测；热容量小，响应快，适宜动态测量；线性 差；稳定性和互换性较差。 类型：PTC、NTC和CTR。 结构： 直热式：圆柱形、圆片形、珠粒状、薄膜形、垫圈 形、扁形、杆形、管形、松叶状等。珠粒状体积小， 热时间常数小，适合制造点、表面温度计，如电子 体温计几乎100%都采用这种形式（NTC）。 旁热式：带有金属丝加热器。
机械工程测试技术_课后习题和答案B
第三章 常用传感器与敏感元件3-1 在机械式传感器中，影响线性度的主要因素是什么？可举例说明。
解答：主要因素是弹性敏感元件的蠕变、弹性后效等。
3-2 试举出你所熟悉的五种机械式传感器，并说明它们的变换原理。
解答：气压表、弹簧秤、双金属片温度传感器、液体温度传感器、毛发湿度计等。
3-3 电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优缺点？应如何针对具体情况来选用？解答：电阻丝应变片主要利用形变效应，而半导体应变片主要利用压阻效应。
电阻丝应变片主要优点是性能稳定，现行较好；主要缺点是灵敏度低，横向效应大。
半导体应变片主要优点是灵敏度高、机械滞后小、横向效应小；主要缺点是温度稳定性差、灵敏度离散度大、非线性大。
选用时要根据测量精度要求、现场条件、灵敏度要求等来选择。
3-4 有一电阻应变片（见图3-84），其灵敏度S g ＝2，R ＝120Ω。
设工作时其应变为1000με，问∆R ＝？设将此应变片接成如图所示的电路，试求：1）无应变时电流表示值；2）有应变时电流表示值；3）电流表指示值相对变化量；4）试分析这个变量能否从表中读出？解：根据应变效应表达式∆R /R =S g ε得∆R =S g ε R =2⨯1000⨯10-6⨯120=0.24Ω 1）I 1=1.5/R =1.5/120=0.0125A=12.5mA2）I 2=1.5/(R +∆R )=1.5/(120+0.24)≈0.012475A=12.475mA 3）δ=(I 2-I 1)/I 1⨯100%=0.2%4）电流变化量太小，很难从电流表中读出。
如果采用高灵敏度小量程的微安表，则量程不够，无法测量12.5mA 的电流；如果采用毫安表，无法分辨0.025mA 的电流变化。
一般需要电桥来测量，将无应变时的灵位电流平衡掉，只取有应变时的微小输出量，并可根据需要采用放大器放大。
3-5 电感传感器（自感型）的灵敏度与哪些因素有关？要提高灵敏度可采取哪些措施？采取这些措施会带来什么样后果？解答：以气隙变化式为例进行分析。
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
上海大学机自学院
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
上海大学机自学院
电流传感器
上海大学机自学院
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
上海大学机自学院
3.8 热敏传感器
上海大学机自学院
产品
3.8 热敏传感器
上海大学机自学院
应用
温控器
水温感应塞
上海大学机自学院
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。
上海大学机自学院
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。
测试技术基础(第三版)课后答案全集 (2)
第一章 信号的分类与描述 1-1 求周期方波（见图1-4）的傅里叶级数（复指数函数形式），划 出|cn|–ω和φn–ω图，并与表1-1对比。
图1-4 周期方波信号波形图 0 t x(t) … … A -A
解答：在一个周期的表达式为 . 积分区间取（-T/2，T/2） 所以复指数函数形式的傅里叶级数为 ，。 没有偶次谐波。其频谱图如下图所示。 |cn| φn π/2 -π/2 ω ω ω0 ω0 3ω0 5ω0
第三章 常用传感器与敏感元件 3-1 在机械式传感器中，影响线性度的主要因素是什么？可举例说明。 解答：主要因素是弹性敏感元件的蠕变、弹性后效等。 3-2 试举出你所熟悉的五种机械式传感器，并说明它们的变换原理。 解答：气压表、弹簧秤、双金属片温度传感器、液体温度传感器、毛发 湿度计等。 3-3 电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优缺 点？应如何针对具体情况来选用？ 解答：电阻丝应变片主要利用形变效应，而半导体应变片主要利用压阻 效应。
程的微安表，则量程不够，无法测量12.5mA的电流；如果采用毫安表， 无法分辨0.025mA的电流变化。一般需要电桥来测量，将无应变时的灵 位电流平衡掉，只取有应变时的微小输出量，并可根据需要采用放大器 放大。
3-5 电感传感器（自感型）的灵敏度与哪些因素有关？要提高灵敏度可 采取哪些措施？采取这些措施会带来什么样后果？ 解答：以气隙变化式为例进行分析。 又因为线圈阻抗Z=L，所以灵敏度又可写成
单位阶跃信号频谱 f |U(f)| 0 (1/2) f φ(f) 0 π/2 -π/2 解法2：利用冲激函数 根据傅里叶变换的积分特性 1-5 求被截断的余弦函数(见图1-26)的傅里叶变换。
图1-26 被截断的余弦函数 t t T -T T -T x(t) w(t) 1 0 0 1 -1
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测试技术基础
第三章常用传感器
l R A 应变片受力后，电阻的变化dR
R R R dR dl d dA l A
则
l l d R dl d 2 d A A A A
两边同除以R，同时R= l/A，则
d R dl d d A R l A
测试技术基础
第三章常用传感器
dR (1 2 E )e S e R <1> 金属应变片（ 不变）
dR (1 2 )e R S g 1.7 ~ 3.6
<2> 半导体应变片（ 变化）
金属应变计
dR Ee R S g 60 ~ 70
半导体应变计
测试技术基础
x
测试技术基础
第三章常用传感器
2.应变式电阻传感器
盖层
金属应变片 丝式、箔式 半导体应变片
基片 引线 电阻丝 粘贴剂
箔式应变片
丝式应变片
l R A
半导体应变片
测试技术基础
第三章常用传感器
l R (1)应变效应 A 导体或半导体在外力作用下产生机械变形而引起导体或半
导体的电阻值发生变化的物理现象称为应变效应。 传感元件：电阻应变片，它是一种把被测试件的应变量转换 成电阻变化量的传感元件。
d
一般取极距变化范围为
d / d 0 0.1
测试技术基础
第三章常用传感器
变极距型电容传感器（差动结构）
实际应用中，常把电容传感器作成差动结构，如图所示。
则上半部间隙变为 d1 d 0 d 相应地电容变化为 C1 C0 C1 下半部间隙变为
d 2 d 0 d
C1 C2
横向应变dr/r和纵向应变dl/l之比称为泊松比，即
dr r
故
dl l
dA dl 2 A l
测试技术基础 已知
第三章常用传感器
dA dl 2 A l d Ee
d R dl d d A R l A
E为导线材料的弹性模量，为压阻系数，与材料有关。
测试技术基础 (4)按信号变换特征分类
第三章常用传感器
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 .
如:水银温度计.
结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变 . 例如:电容式和电感式传感器.
3. 传感器的性能要求
工作范围或量程应足够大，具有一定的过载能力 与检测系统匹配性好，转换灵敏度高 精度适当，稳定性高 反应速度快，工作可靠性高
(4)金属应变计
金属应变计有: 1、丝式 2、箔式 优点:稳定性和温度特 性好.
缺点:灵敏度系数小.
测试技术基础
第三章常用传感器
(5)半导体应变计
优点：应变灵敏度大;体积小;
能制成具有一定应变电阻的元 件. 缺点：温度稳定性和可重复性 不如金属应变片。 体型
薄膜型
扩散型
测试技术基础
(1)按被测物理量分类
位移传感器,力传感器,温度传感器等.
(2)按传感器的工作原理分类 机械式,电气式,光学式,流体式等. (3)按敏感元件与被测对象之间的能量关系
能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如: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 . 例如:电阻应变片.
C2 C0 C2
总的电容变化量 C C1 C2 C1 C2
2 4 d d d 1 C 2C0 d0 d0 d0
C d 2 C0 d0
C0 C S 2 d d0
d R dl d dl 2 (1 2 E )e R l l
S 1 2 E
dR S e R
S由两部分组成：
返回
前一部分(1+2)单由金属导线的几何尺寸变化引起的； 后一部分E是电阻率随应变而引起变化的部分，它除与 金属导线几何尺寸有关外，还与金属本身的特性有关。
测试技术基础
第三章常用传感器
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。
•
l R A
按工作的原理可分为:
♠变阻器式
♠电阻应变式
♠热敏式
♠光敏式
♠湿敏式
测试技术基础
第三章常用传感器
1. 变阻器式传感器
l R A
L R E x Rx E1
E
L
El
R—总电阻; Rx —电刷电阻;
传感器是能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换
成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组
成(GB766-87)。 狭义上，非电信号 → 电信号。
在非电量电测系统中的作用:
敏感作用:感受并拾取被测对象的信号
变换作用:被测信号转换成易于检测和处理的电信号
测试技术基础
第三章常用传感器
2. 传感器的分类
第三章常用传感器
(6).应变式电阻传感器的应用
立柱应力
桥梁应力
德国HBM电阻应变式传感器
测试技术基础
第三章常用传感器
位移传感器
加速度计
质量传感器
压力传感器
测试技术基础
第三章常用传感器
压力传感器
扭矩传感器
测试技术基础
第三章常用传感器
案例：冲床生产记数 和生产过程监测
测试技术基础
第三章常用传感器
温度为-50℃～＋350℃
测试技术基础
第三章常用传感器
(3)光敏电阻传感器
(4)湿敏电阻传感器
▲
测试技术基础
第三章常用传感器
3.4 电容式传感器 1.变换原理
将被测物理量的变化转化为电容量变化。
e
+ + +
A
两平行极板组成的电容器,它的电容量为:
e e0A C d
当被测量d、A或 e 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，
应变片受力
比例关系
比例关系
应变
应变片电阻的变化
测试技术基础
第三章常用传感器
l dl
(2)工作原理
R
A
P
D+dD
l
D
拉伸
拉伸
P
式中， — 导线的电阻率，又称为电阻系数
金属导线的应变电阻效应：
当金属丝由于受到轴向力P而伸长时，长度增长，截
面积减小，其电阻值就增大；反之，如细丝因受压力而
缩短，即长度变短，截面积变粗时，则电阻就减小。
适应性和适用性强
测试技术基础
第三章常用传感器
4. 常见的被测物理量
机械量: 长度，厚度，位移，速度，加速度，旋转角，转数, 质量，重量，力，压力，真空度，力矩，流速，流量；
声: 声压，噪声；
磁: 磁通，磁场； 温度: 温度，热量，比热； 光： 亮度，色彩
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测试技术基础
第三章常用传感器
测试技术基础
第三章常用传感器
第三章 常用传感器
3.1 概 述 3.2 机械传感器 3.3 电阻传感器 3.4 电容传感器 3.5 电感传感器 3.6 磁电传感器 3.7 压电传感器 3.8 磁敏传感器 3.9 传感器选用原则
测试技术基础
第三章常用传感器
3.1 概 述
1. 传感器(Sensor)定义
d
就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化。
测试技术基础
第三章常用传感器
2. 分类
a) 极距变化型
+ + +
e e0A C d
b)面积变化型:平面线位移型,角位移型, 柱面线位移型
c) 介质变化型
测试技术基础
第三章常用传感器
A
3. 灵敏度
a) 极距变化型
e e0A C d e e0A dC dd 2 d
差动结构的电容传感器灵敏度提高一倍，而非线性度显著降低。
测试技术基础
第三章常用传感器
变极距型电容传感器的应用
振动测量
旋转轴的偏心量的测量
测试技术基础
第三章常用传感器
测试技术基础
第三章常用传感器 C e e 0bx
d
传感器灵敏度 S d C
dx
x
x
e e 0b 常数 d
2
2
a)直线位移型
1
e e 0 r 角位移型 C 2d
2 e e r dC 0 传感器灵敏度 S 常数 d 2d
2
b)角位移型
b
x
测试技术基础 圆柱体线位移型
第三章常用传感器
C
e 0eA d
电容量
2e x C In D / d
C 当覆盖长度 x 变化时，电容量 发生变化， dC 2e S 常数 dx In D / d 其灵敏度
第三章常用传感器
(3)应变片的主要参数
1) 几何参数：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用 b×L 表示。
2) 电阻值：应变计的原始电阻值。
3) 灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。
4) 其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、 蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。
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第三章常用传感器
传感器的灵敏度近似为：
d
e
平板电容器
e e0A dC C S 2 dd d d
测试技术基础
第三章常用传感器
d / d0 1
eA eA d / d 0 C C C0 C0 d 0 d d 0 1 (d / d 0 )