安全检测与仪表课程电位器传感器
《传感器与检测技术》高教(4版) 第六章
差动变压器位移计
当铁芯处于中间位置时，输出电压: UU 21 U 220
当铁芯向右移动时，则输出电压: UU 21 U 220
当铁芯向左移动时，则输出电压: UU 21 U 220
输出电压的方向反映了铁芯的运动方向，大小反映了铁 芯的位移大小。
差动变压器位移计
输出特性如图所示。
差动变压器位移计
角度的精密测量。 光栅的基本结构
1、光栅：光栅是在透明的玻璃上刻有大量平行等宽等 距的刻线构成的，结构如图。
设其中透光的缝宽为a，不透光的缝宽为b，
一般情况下，光栅的透光缝宽等于不透光
的缝宽，即a = b。图中d = a + b 称为光
栅栅距（也称光栅节距或称光栅常数）。
光栅位移测试
2、光栅的分类
1、激光的特性
（1）方向性强
（2）单色性好
（3） 亮度高
（4） 相干性好
2、激光器
按激光器的工作物质可分为以下几类： （1）固体激光器：常用的有红宝石激光器、钕玻 璃激光器等。
（2）气体激光器：常用的为氦氖激光器、二氧化 碳激光器、一氧化碳激光器等。
激光式传感器
（3） 液体激光器：液体激光器分为无机液体激光器 和有机液体激光器等。
数小，对铜的热电势应尽可能小，常用材料有： 铜镍合金类、铜锰合金类、镍铬丝等。 2、骨架：
对骨架材料要求形状稳定表面绝缘电阻高， 有较好的散热能力。常用的有陶瓷、酚醛树脂 和工程塑料等。 3、电刷：
电刷与电阻丝材料应配合恰当、接触电势 小，并有一定的接触压力。这能使噪声降低。
电位器传感器
电位计式位移传感器
6.2.2 差动变压器位移计结构
1-测头； 2-轴套； 3-测杆； 4-铁芯；5-线圈架； 6-导线； 7-屏蔽筒；8-圆片弹簧；9-弹簧； 10-防尘罩
电位器式传感器原理
电位器式传感器原理
电位器式传感器是一种常见的传感器技术，其原理基于电位器的工作原理。
电位器是由一个可调节的电阻器组成的，通过调节电位器的移动部分，可以改变电阻器的阻值。
当外部引入变量作用于电位器上时，移动部分的位置将发生改变，从而改变电阻器的阻值。
在电位器式传感器中，外部引入的变量可以是温度、压力、光强等物理量。
以温度传感器为例，传感器中的电阻器受到温度的影响，电阻值随着温度的变化而发生变化。
为了测量电位器的阻值变化，通常会将一个电压加到电位器的两端，并使用一个电压分压电路来测量电位器上的电压。
电压分压电路可以将电位器上的电压转换为与电位器阻值成比例的电压输出。
通过测量电位器上的电压输出，可以推导出外部引入变量的数值。
例如，在温度传感器中，通过校准和电阻值-温度曲线的
关系，可以得出温度的数值。
总结来说，电位器式传感器的原理是基于电位器的电阻值随外部引入变量的改变而变化，通过测量电位器上的电压输出来推导出外部变量的数值。
这种传感器原理广泛应用于测量和控制领域。
传感器与检测技术课程标准
《传感器与检测技术》课程原则课程编码：01060404 课程类别：专业理论课程课时：68 ` 学分：6合用专业：电气自动化技术开课学期：第三学期开课单位：信息工程学院撰写人：电气自动化教研室一、课程定位和设计思绪（一）课程定位《传感器与检测技术》是电子类各专业一门重要旳职业技术必修课，学生通过本大纲所规定旳所有教学内容旳学习，可以获得误差理论、传感器、自动检测工程应用方面旳基本知识。
（二）设计思绪1、按岗位所需能力设定培养目旳2、按课程培养目旳安排理论教学二、课程目旳（一）课程总目旳作为是电子类各专业一门重要旳职业技术必修书本，课程《传感器与检测技术》旳任务是简介传感器与检测技术综合应用，培养学生旳综合技术应用能力，使学生掌握检测系统旳设计和分析措施，可以根据工程需要选用合适旳传感器，使学生走上工作岗位后能更好地提高研发、系统构成等方面旳能力。
（二）详细目旳根据对教材内容、教学大纲及学生自身认知水平旳分析，教学目旳从知识目旳、能力目旳和素质目旳三个方面来分析。
1、知识目旳①掌握传感器旳基本概念、特性等；②理解传感器旳分类；③掌握传感器与检测技术旳目旳和意义。
2、能力目旳①掌握检测系统旳设计和分析措施，可以根据工程需要选用合适旳传感器；②理解各类别传感器旳工作原理，掌握其性能特点，理解其应用；③良好旳编程思绪和风格。
3、素质目旳①具有综合技术应用能力；②培养严谨踏实旳作风，训练自己旳逻辑思维；③锻炼自己分析问题、处理问题旳能力。
三、课程内容、规定及课时安排（一）课程内容及规定（二）课程课时安排四、实行提议（一）选用教材宋雪臣.《传感器与检测技术》. 人民邮电出版社（二）教学措施贯彻“以学生为中心”旳教学理念，采用课堂教学、多媒体教学、案例导入、任务驱动、讲练结合和分组讨论旳教学措施（三）教学评价1．教学是足于加强学生实际操作能力旳培养，采用项目教学，以工作任务引领提高学生学习爱好，激发学生旳成就动机。
检测仪表与传感器
检测仪表与传感器1. 引言在工业生产和科学研究中，检测仪表与传感器是不可或缺的设备。
它们能够测量和监测各种物理量，为我们提供准确的数据，以便进行分析、判断和决策。
本文将介绍检测仪表与传感器的基本原理、常见类型和应用领域。
2. 检测仪表与传感器的基本原理2.1 仪表的基本原理检测仪表是一种能够将被测量的物理量转换为人类可以理解的形式的设备。
它通常由传感器、信号转换和显示器组成。
传感器用于测量物理量，信号转换器将传感器输出的信号转换为可读取的电信号，显示器用于显示结果。
2.2 传感器的基本原理传感器是检测仪表中最重要的组件之一，它能够将各种物理量转换为电信号。
传感器的工作原理根据不同的物理量有所不同。
常见的传感器类型包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光电传感器等。
3. 常见的检测仪表与传感器类型3.1 温度传感器温度传感器是最常见的传感器之一。
它根据物质的热膨胀原理来测量温度。
常见的温度传感器包括热电阻、热电偶和半导体温度传感器。
3.2 压力传感器压力传感器用于测量气体或液体的压力。
常见的压力传感器有压阻式传感器、电容式传感器和压电传感器等。
3.3 湿度传感器湿度传感器用于测量空气中的湿度，它可以帮助我们了解环境湿度的变化。
常见的湿度传感器有电容式湿度传感器、电阻式湿度传感器和超声波湿度传感器。
3.4 光电传感器光电传感器用于检测光的强度和光的位置。
它通常由发光二极管和光敏电阻组成。
光电传感器在自动化和机器人技术中广泛应用。
4. 检测仪表与传感器的应用领域4.1 工业自动化在工业生产过程中，检测仪表与传感器可以用于监测温度、压力、湿度等参数，以实现自动控制和监测。
它们可以保证生产环境的安全和稳定。
4.2 环境监测检测仪表与传感器在环境监测中发挥重要作用。
它们可以测量空气中的温度、湿度、气体浓度等参数，帮助我们了解环境的变化和污染程度。
4.3 医疗设备在医疗设备中，检测仪表与传感器被广泛应用于测量体温、血压、脉搏等生理指标，为医生和护士提供准确的数据，以便进行诊断和治疗。
自动检测与仪表考纲
千里之行，始于足下。
课程内容与考核目标
第一章检测技术的基本概念
第三章电阻式传感器
1、领略：电位器式传感器、电阻应变片式传感器、测温热电阻传感器、气敏电阻传感器及湿敏电阻式传感器的基本结构和特点。
2、控制：电位器式传感器、电阻应变片式传感器、测温热电阻传感器、气敏电阻传感器及湿敏电阻式传感器的测量原理。
3、熟练控制：电位器式传感器、电阻应变片式传感器、测温热电阻传感器、气敏电阻传感器及湿敏电阻式传感器的测量主意和应用。
第四章电感式传感器
1、领略：自感式传感器种类和电感式传感器在工业自动化检测中的应用。
2、控制：自感式传感器的测量原理和转换电路，差动变压器式传感器的工作原理、主要性能和测量电路。
第五章电涡流式传感器
1、领略：电涡流式传感器的工作原理、结构及特性。
2、控制：电涡流式传感器的测量转换电路。
3、熟练控制：电涡流传感器在位移测量、转速测量、厚度测量、探伤和临近开关等方面的应用。
第六章电容式传感器
1、领略：电容式传感器的工作原理、结构形式和应用特点。
2、控制：控制电容式传感器的测量与转换电路，以及电容式传感器在振动、压力、位移、流量等物理量的测量和电容式临近开关等方面的应用。
1、领略：压电效应现象，石英晶体、压电陶瓷、高分子压电材料的压电效应，压电材料的应用特点。
2、控制：压电式传感器测量转换电路及应用。
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安全检测与仪表课程热电阻式传感器
应用：点温、表面温度、温差、温场等测量 自动控制及电子线路的热补偿线路
热敏电阻的结构形式
构成：热敏探头、引线、壳体
热敏电阻外形
MF12型 NTC热敏电
学习查“铂热电阻分度表”
铂热电阻传感器
铂热电阻缺点：响应速度慢、容易破损、 难于测定狭窄位置的温度。
现逐渐使用能大幅度改善上述缺主要应用：钢铁、石油化工的各种工艺过程；纤 维等工业的热处理工艺；食品工业的各种自动装 置；空调、冷冻冷藏工业；宇航和航空、物化设 备及恒温槽
图2-24 MQN型气敏电阻结构及测量电路
MQN型气敏半导体器 件是由塑料底座、电 极引线、不锈钢网罩、 气敏烧结体以及包裹 在烧结体中的两组铂 丝组成。一组铂丝为 工作电极，另一组 （下图中的左边铂丝） 为加热电极兼工作电 极。
气敏电阻工作时必须加热到200300℃，其目的 是加速被测气体的化学吸附和电离的过程并烧去气敏 电阻表面的污物（起清洁作用）。
1、金属热电阻传感器
－200～+500℃范围的温度测量 特点：精度高、适于测低温。
2、半导体热敏电阻传感器
应用范围很广，可在宇宙航船、医学、工业及家用电 器等方面用作测温、控温、温度补偿、流速测量、液 面指示等。
1、金属热电阻传感器
工业广泛使用，－200～+500℃范围温度测量。 在特殊情况下，测量的低温端可达3.4K，甚至更 低，1K左右。高温端可测到1000℃。 温度测量的特点：精度高、适于测低温。 传感器的测量电路：经常使用电桥, 精度较高的 是自动电桥。 为消除由于连接导线电阻随环境温度变化而造成 的测量误差，常采用三线制和四线制连接法。
《传感器技术及应用》-项目六-位移检测分解
任务三 使用光栅传感器测量位移
一、了解光栅位移传感器的结构和类型
透射式光栅是在光学玻璃基体上刻有均匀地刻画间距、宽度相等的条纹，形成断续的透光区和不透光区。反射式光栅一般用不锈钢做基体，用化学的方法制作出黑白相间的条纹，形成强光反光区和不反光区。长光栅用于长度测量，圆光栅用于角度测量。上图所示为测量位移的长光栅结构。
任务二 利用差动变压器式传感器检测位移
二、差动变压器式传感器的应用
2. 振动和加速度的测量
测量时，将悬臂梁底座及差动变压器的线圈骨架固定，将可动铁心的A端与被测振动物体相连接，此时传感器作为振动（加速度）测量中的惯性元件，它的位移与被测加速度成正比，使加速度测量转变为位移的测量。当被测物体带动可动铁心以Δx（t）振动时，其位移大小反映了振动的幅度和频率以及加速度的大小，其输出电压也按相同的规律变化。
电位器式位移传感器通过电位器将机械位移转换成与之成线性关系的电阻或电压输出。因此电位器式位移传感器可用于测量机械位移，也可以测量能转换为位移的其他物理量。
电位器式传感器测量转换电路原理
任务一 使用电位器式传感器测量位移
二、电位器式传感器的种类
1. 线绕电位器传感器
电位器式传感器分线性和非线性两大类。
任务三 使用光栅传感器测量位移
实践操作
光栅位移传感器的安装与维护
光栅位移传感器常见故障现象及判断方法
1、检查电源线是否断线，插头接触是否良好 2、数显表电源熔丝是否熔断 3、供电电压是否符合要求
1、将传感器插头换至另一台数显表上，若传感器能正常工作，说明原数显表有问题 2、检查传感器电缆有无断线、破损
常用电位器式传感器有：直线位移型、角位移型、非线性型。
任务一 使用电位器式传感器测量位移
安全检测常用传感器(案例)
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d. 按输入和输出的特性分类 按输入、 输出特性， 传感器可分为线性和非线性两类。
3.2 结构型传感器
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3.2.1 电阻式传感器
(the quantity to be measured the change of resistance)
长度为l，截面积为A，电阻率为ρ的金属丝
3
分类
a.
The value to be estimated:
velocity,temperature,and so on
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常见的被测物理量
机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 旋转角,转数,质量,重量, 旋转角,转数,质量,重量,力, 压力,真空度,力矩,风速,流速, 压力,真空度,力矩,风速,流速, 流量; 流量; 声压,噪声. 声: 声压,噪声. 磁: 磁通,磁场. 磁通,磁场. 温度: 温度,热量,比热. 温度: 温度,热量,比热. 亮度， 光： 亮度，色彩
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膜盒就是敏感元件,其外部与大气 压pa相通,内部感受被测压力p,当 p变化时,引起膜盒上半部移动,即 输出相应的位移量。可变电感3是 转化元件,它把输入的位移量转换 成电感的变化。5即为转换电路。
由一个敏感元件(兼转换元件) 组成,它感受被测量时直接输 出电量
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l :栅长(标距) b:栅宽(基宽) b×l:应变片的使用面积 规格:使用面积和电阻值 如3×20mm2，120
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3）灵敏系数：表示应变片变换性能的重要参数。 灵敏系数：表示应变片变换性能的重要参数。
4)移动或旋转角度范围; 4)移动或旋转角度范围; 移动或旋转角度范围 5)电阻温度系数 电阻温度系数; 5)电阻温度系数; 6)寿命 寿命; 6)寿命;
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电位传感器
• 分类
– 线绕电位器式传感器 – 非线绕电位器式传感器
• 合成膜电位器 • 金属膜电位器 • 导电塑料电位器 • 导电玻璃釉电位器
电位传感器
• 线绕电位器式传感器
– 线绕电位器的电阻体由电阻丝缠绕在绝缘物上 构成，电阻丝的种类很多，电阻丝的材料是根 据电位器的结构、容纳电阻丝的空间、电阻值 和温度系数来选择的。电阻丝越细，在给定空 间内越获得较大的电阻值和分辨率。但电阻丝 太细，在使用过程中容易断开，影响传感器的 寿命。
检测与转换
电阻传感器
电阻传感器
• 电阻传感器
– 通过改变电阻值的大小，将位移、温度、力、 速度等物理参数转换为电参量。
• 电位器式传感器 • 电阻应变传感器 • 热电阻传感器
– 热电阻 – 热敏电阻
• 气敏电阻传感器
电位器传感器
• 把机械位移输入x转换为电阻或电压输出的传感器
电位传感器
• 把机械位移输入x转换为电阻或电压输出的传感器
理想阶梯特性曲线
非线性电位器
• 变骨架式
非线性电位器
• 变节距式
非线性电位器
• 分路（并联） 电阻式
电位传感器
• 非线绕电位器式传感器
– 为了克服线绕电位器存在的缺点，人们在电阻 的材料及制造工艺上下了很多工夫，发展了各 种非线绕电位器。
– 合成膜电位器
• 合成膜电位器的电阻体是用具有某一电阻值的悬浮液 喷涂在绝缘骨架上形成电阻膜而成的，这种电位器的 优点是分辨率较高、阻范围很宽（100—4.7MΩ）， 耐磨性较好、工艺简单、成本低、输入—输出信号的 线性度较好等，其主要缺点是接触电阻大、功率不够 大、容易吸潮、噪声较大等。
比计。 仪表的偏转角与电源电 压U无关，所以手摇发电 机转动的快慢不影响读 。
100
Ω
I
F1
F2
N
F2 F1
S
+
UM
-
I2 Rx I1 R
负载电位器的电路图
电位传感器输出接有限 负载所得到的负载特性将偏离 理想的空载特性，二者的偏差 称为电位器的负载误差。
空载电位器的输出电压：
U '0
Rf
U0RRf R0 RR0
– 利用线绕式电位器可以方便的制成函数转换器， 以满足各种控制上的需要。
阶梯特性
• 电刷在电位器的线圈上移 动时，线圈一圈一圈的变 化，电位器阻值随电刷移 动不是连续地改变，导线 与一匝接触过程中，虽有 微小位移，但电阻值并无 变化，因次输出电压也不 改变，在输出特性曲线上 对应地出现平直段；当电 刷离开这一匝而与下一匝 接触时，电阻突然增加一 匝阻值，因此特性曲线相 应出现阶跃段。
R2
负载电位器的输出电压：
U0－电位器端电压；U0‘－输出电压； R0－电位器总电阻；R－AB间电阻； Rf－负载电阻
电位器负载特性
y
1
ks ks
ks2
kf kf
ks
R R0
:电阻相对变化
kf
Rf R0
:电位器负载系数
y
U
' 0
: 相对电压输出
U0
电位器的特性随负载系数kf变化而变化。
电位器式传感器的应用
推杆式位移传感器
电位器式传感器的应用
替换杆式位移传感器
• 电位器式压力传感器
压力传感器原理图
图 膜盒电位器式压力传感器原理图
• 线绕电位器式传感器电阻丝粗细与其性能间 的关系
• 线绕电位器式传感器的阶梯特性
• 电位器的负载误差与负载特性
电位传感器
• 导电塑料电位器
– 导电塑料电位器又称为有机实心电位器，这种 电位器的电阻体是由塑料粉及导电材料的粉料 经塑压而成。导电塑料电位器的耐磨性好，使 用寿命长，允许电刷接触压力很大，因此它在 振动、冲击等恶劣的环境下仍能可靠地工作。 此外，它的分辨率较高，线性度较好，阻值范 围大，能承受较大的功率。导电塑料电位器的 缺点是阻值易受温度和湿度的影响，故精度不 易做得很高。
电位传感器
• 导电玻璃釉电位器
– 导电玻璃釉电位器又称为金属陶瓷电位器，它 是以合金、金属化合物或难溶化合物等为导电 材料，以玻璃釉为粘合剂，经混合烧结在玻璃 基体上制成的。导电玻璃釉电位器的耐高温性 好，耐磨性好，有较宽的阻值范围，电阻温度 系数小且抗湿性强。导电玻璃釉电位器的缺点 是接触电阻变化大，噪声大，不易保证测量的 高精度。
电位传感器
• 电位传感器典型电路
– （a）测电流 – （b）测电压 – （c）流比计电路 – （d）桥式接法 – （e）角位移输入的桥
式接法
摇表
流比计 应用
• 兆欧表：用于检查电机、电器及线路的绝缘情
况和测量高值电阻。俗称摇表，主要由磁电式 流比计与手摇直流发电机组成。
偏转角 与两线圈中电 流之比有关， 故称为流
电位传感器
• 金属膜电位器
– 金属膜电位器由合金、金属或金属氧化物等材料 通过真空溅射或电镀方法，沉积在瓷基体上一层 薄膜制成。
– 金属膜电位器具有无限的分辨率，接触电阻很小， 耐热性好，它的满负荷温度可达70℃。与线绕电 位器相比，它的分布电容和分布电感很小，所以 特别适合在高频条件下使用。它的噪声信号仅高 于线绕电位器。金属膜电位器的缺点是耐磨性较 差，阻值范围窄，一般在10—100kΩ之间。由于 这些缺点限制了它的使用。