传感器原理及应用2
0
x
存在这种“门槛”的原因有两个：
• •
一是输入的变化被传感器内部吸收了反映不到输出端； 二是传感器输出存在噪声，所以要求输入信号必须大于噪声电平， 否则无法将信号与噪声分开，或尽量减小噪声提高分辨能力。
第1章 传感器的一般特性
1.1 传感器的静态特性
7、漂移
漂移分为零点漂移（零漂）和灵敏度漂移。
根据快变与慢变信号，分别讨论传感器的静态特性、动态特性。
第1章 传感器的一般特性
1.1 传感器的静态特性
通常希望传感器的输出量Y与其输入量X成线性关系：
Y
O
X
即： Y a1 X 这里a1称之为灵敏度，常用K表示。 但往往做不到这一点，现实往往是：
Y a0 a1 X a2 X 2 an X n
方程中系数除了a0、a1与b0之外，其它系数均为零：
dY (t ) a1 a0Y (t ) b0 X (t ) dt
上式通常改写成为
dy (t ) y (t ) kx (t ) dt
又称为惯性系统
时间常数 具有时间的量纲，反映传感器的惯性大小，静态灵敏度则反 映其静态特性。若传感器中含储能元件，会对应出现Y的一阶导数。
max 温度漂移 100% yFS T
其中max 为最大偏差。
T 为温度变化范围。
第1章 传感器的一般特性
1.1 传感器的静态特性
8、测量范围与量程
例2.1 某压力传感器的标定数据见表2.1.求：
• 测量范围与量程 • 下行程平均输出和反行程平均输出； • 采用端点拟合，给出拟合直线的方程； • 线性度； • 灵敏度；
Y
O
X
第1章 传感器的一般特性
1.1 传感器的静态特性
1、 线性度
在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差 与满量程输出值的百分比，即：
Y
Ymax L 100% YF S
△ Ymax
YF ·S X
O
Xmax
其中，△ Ymax ——为校准曲线与拟合直线间最大偏差 YF ·S ——传感器满量程输出
第1章 传感器的一般特性
1.1 传感器的静态特性
因此，稳态下，输出量Y与输入量X的实际关系：
Y a0 a1 X a2 X 2 an X n
a0称为零位输出。
Y
a0 O X
如果在我们关心的输入量范围内，Y与X的关系接近 线性，可用这段直线来代替，即线性化。 如何得到Y与X的关系曲线？（如何获知绝对真理） 这种线性化的前提“接近线性”，如何来评判？
显然，这种方法只用到了两个校准点，精度较低。 但这种方法简单直观，可用在非线性度较小的场合。
第1章 传感器的一般特性
1.1 传感器的静态特性
1、 线性度 常用拟合方法
(b) 最小二乘法
用最小二乘原则拟合直线，可使 拟合精度最高。
Y Yi y=kx+b 0
设有n个校准点(Xi, Yi)（i=1,……n） 要求的拟合直线方程为： Y = a0+KX 这里的a 和K为待求参数。
d 2 y (t ) dy(t ) a2 a a0 y (t ) b0 x(t ) 1 2 dt dt
d 2 y (t ) dy(t ) 2 2 2 y ( t ) kx(t ) n n n 2 dt dt
通常改写为
式中：k——传感器的静态灵敏度或放大系数，k=b0/a0； ξ——传感器的阻尼系数， a1/(2 a0a2 ) ωn——传感器的固有频率， n a0a2 根据二阶微分方程特征方程根的性质不同， 二阶系统又可分为： ①二阶惯性系统：其特点是特征方程的根为两个负实根， 它相当于两 个一阶系统串联。 ②二阶振荡系统：其特点是特征方程的根为一对带负实部的共轭复根。
0
Xi 最小二乘拟合法
X
设第i个点与拟合直线间线差为： i Yi (a0 KX i )
2 最小二乘法的原则是找到让 i 最小的a0和K值。 i 1 n
第1章 传感器的一般特性
1.1 传感器的静态特性
2、 灵敏度
传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比。
Y
输出变化量 Y K 输入变化量 X
H H max / Y
或
FS
100%
H (H max /(2YFS )) 100%
迟滞反映了传感器机械结构和制造工艺 的缺陷，如轴承摩擦、间隙、 螺钉松动、元件腐蚀等。
砝码重量（x)
10g —— 50g —— 100g —— 200g 2mV 3mV 4mV 6mV 10mV 10mV
A= A 100% YFS
A - 测量范围内允许的最大绝对误差 YFS - 满量程输出
例 ：检定一台 1.5 级刻度 0-100Pa 压力传感器，现发现 50Pa 处误差最大为 1.4Pa，问这台压力传感器是否合格？ 解： 根据50Pa处来计算精度等级： 1.4 A= 100% 1.4% 100-0 1.4 < 1.5，所以该传感器合格的。
环境温度 T0 / ℃ 且 T ＞ T0
为什么要分析动态特性？
动态测温特征说明热电偶的 输入输出之间存在动态误差， 产生动态误差的主要原因：是 温度传感器的热惯性和传热热 阻所造成的。 并且带套管的温度传感器比裸 露的热惯性还要大；（红外非 接触式温度测量可以减小这种 因热惯性引起的动态误差） 影响动态特性的“ ” ，只不过它们的表现形 式和作用程度不同而已。
——传感器的时间常数，τ=a1/a0； 式中： k——传感器的静态灵敏度或放大系数，k=b0/a0。
第1章 传感器的一般特性
1.2 传感器的动态特性
一、动态特性的一般数学描述 （1） 微分方程 ——一阶传感模型
例
第1章 传感器的一般特性
1.2 传感器的动态特性
一、动态特性的一般数学描述 （1） 微分方程 ——二阶传感模型
其中a0, an-1, ……a1, a0，bm, bm-1, ……b1, b0为均为传感器结构有关的常数。
第1章 传感器的一般特性
1.2 传感器的动态特性
一、动态特性的一般数学描述 （1） 微分方程 ——零阶传感模 型
例
第1章 传感器的一般特性
1.2 传感器的动态特性
一、动态特性的一般数学描述 （1） 微分方程 ——一阶传感模 型
第1章 传感器的一般特性
1.2 传感器的动态特性
一、动态特性的一般数学描述 （1） 微分方程 ——二阶传感模型
例
右图为带保护套管式热电偶插入恒温水浴中的测温系统。
其中T0—介质温度； dT2 m2C2 q02 q01 T1—热接点温度； dt T2—保护套管温度； T0 T2 q02 m1C1—热电偶热容量； R2 m2C2—套管热容量； T2 T1 R1—套管与热电偶间的热阻； q01 R1 R2—被测介质与套管间的热阻;
第1章 传感器的一般特性
1.1 传感器的静态特性
1、 线性度 常用拟合方法
Y
(a) 端基法 将传感器校准数据的零点输出平均值a0和 满量程输出平均值b0连成直线a0 b0作为传 a0 感器特性的拟合直线，其方程为：
式中 a0为Y轴上的截距； K为直线的a0 b0斜率
b0
Y a0 KX
X
0
ΔY ΔX
如果要考虑传感器的非线性时，可用局部（某点处）的 Y 灵敏度来描述。
X
dY Kቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ dX
0
dy
dy dx dx
X
第1章 传感器的一般特性
1.1 传感器的静态特性
3、迟滞
传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出 与输入曲线不重合时称为迟滞。 迟滞误差用最大偏差或最大偏差的一半与满量程输出值的 百分数表示。
0.6
0.4 0.2
577.3
384.1 191.6
577.4
384.2 191.6
578.1
384.7 192
578.1
384.9 191.9
578.5
384.9 191.9
为什么要分析动态特性？
传感器突然插入被测介质中
•
• • • •
热电偶 水温T /℃
设环境温度为T0 ，水槽中水的温度为T, 而且 T＞T0 ； 用热电偶测温； 传感器在t0时刻突然插入被测介质中； 理想情况测试曲线是阶跃变化的； 实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一 个过渡过程，这一过程与阶跃特性的误 差就是动态误差。
加砝码 时输出(y) 0.5mV 减砝码 时输出(y) 1mV 速度越快这种现象越明显。
第1章 传感器的一般特性
1.1 传感器的静态特性
4、重复性
传感器在同一工作条件下，在输入量按同一方向作全量程 连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。
(2 ~ 3) k 100% YFS
其中：2~3为置信度; 为标准差，若用贝赛尔公式计 算，为 n
(Y Y )
i 1 i
2
n 1
注：重复性反映的是测量结果偶然误差的大小，不表示与真值之间 的差别。有时重复性虽然很好，但可能远离真值。
第1章 传感器的一般特性
1.1 传感器的静态特性
5、精度
与精确度有关指标：精密度、准确度和精确度(精度)。 精密度 ：随机误差 准确度 ：系统误差 精确度 ：是精密度与准确度的总和，即
热电偶 水温T /℃
环境温度 T0 / ℃ 且 T ＞ T0
第1章 传感器的一般特性
1.2 传感器的动态特性
一、动态特性的一般数学描述
（1） 微分方程
在实际测试和控制过程中，被测信号随时间动态变化。由于存在阻 尼、惯性等环节和温度变化的影响，输出量y(t)不仅与x(t)有关， 还与输入量的变化速度dx(t)/dt、加速度d2x (t)/ dt2等有关。
传感器原理与应用第二版课后答案
传感器原理与应用第二版课后答案1. 传感器原理与应用概述。
传感器是一种能够感知、检测并转换物理量或化学量等非电信号到电信号的装置，它是现代自动化领域中不可或缺的重要组成部分。
传感器的原理与应用涉及到物理学、化学、电子学等多个学科领域，对于各种自动化系统的测量、控制和监测起着至关重要的作用。
2. 传感器的分类及工作原理。
传感器根据其测量原理和测量对象的不同可以分为多种类型，比如光电传感器、温度传感器、压力传感器、湿度传感器等。
不同类型的传感器有着各自独特的工作原理，比如光电传感器是利用光电效应实现光信号到电信号的转换，而温度传感器则是通过测量物体的热量来获取温度信息。
3. 传感器在工业控制中的应用。
传感器在工业控制中有着广泛的应用，比如在自动化生产线上，各种传感器可以用来检测产品的尺寸、形状、颜色等信息，从而实现自动化的生产控制。
此外，传感器还可以用于监测工业设备的运行状态，实现设备的远程监控和故障诊断。
4. 传感器在智能家居中的应用。
随着智能家居的发展，各种传感器也开始在家居领域得到广泛应用。
比如温湿度传感器可以用来监测室内的温度和湿度，光敏传感器可以用来实现智能照明控制，人体红外传感器可以用来实现智能安防监控等。
5. 传感器的未来发展趋势。
随着物联网、人工智能等新技术的发展，传感器也将迎来新的发展机遇。
未来的传感器将更加智能化、多功能化，能够实现更加精准的测量和控制，同时还将更加节能环保，更加适应多样化的应用场景。
6. 结语。
传感器作为现代自动化系统中的重要组成部分，其原理与应用对于各种领域的发展都具有重要意义。
我们需要不断学习和掌握传感器的相关知识，不断创新和完善传感器技术，以推动传感器行业的发展，为人类社会的进步做出贡献。
2传感器原理及应用 课后答案 (程德福 王君 凌振玉 王言章 著) 机械工业出版社
第1章传感器与检测技术基础思考题答案l.检测系统由哪几部分组成?说明各部分的作用。
答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。
当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。
下图给出了检测系统的组成框图。
检测系统的组成框图传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。
测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。
通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大，以满足显示记录装置的要求。
根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。
显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。
2．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。
敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。
3．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。
（2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统①MEMS技术要求研制微型传感器。
如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。
②研制仿生传感器③研制海洋探测用传感器④研制成分分析用传感器⑤研制微弱信号检测传感器（3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。
传感器应用举例及原理
传感器应用举例及原理传感器是一种可以感知和测量某种物理量或环境参数的设备。
它可以将所测量的物理量转化为电信号或其他形式的输出信号，以便于被其他设备或系统处理和使用。
传感器被广泛应用于工业控制、智能家居、医疗设备、汽车电子等领域。
以下是几个传感器应用的举例及其工作原理：1. 温度传感器：温度传感器是最常见的传感器之一，它可以测量物体或环境的温度。
其中一个常见的例子是室内温度传感器，被广泛应用于智能家居系统中。
它的工作原理是基于温度对物质的影响，如电阻、压力或电磁放射等。
常见的温度传感器包括热敏电阻、热电偶和红外线温度传感器。
2. 压力传感器：压力传感器可以测量液体或气体的压力，常用于工业自动化、汽车电子等应用中。
汽车轮胎压力传感器是一个常见的例子，它可以检测轮胎的压力是否过低或过高。
工作原理通常是基于敏感元件的弯曲或拉伸来测量压力。
常见的压力传感器包括应变片、电容式压力传感器和压电传感器等。
3. 湿度传感器：湿度传感器可以测量空气中的湿度，常用于气象观测、农业、温室控制等领域。
一个例子是空调系统中的湿度传感器，它可以感知室内空气的湿度，从而控制空调系统的制冷或加湿。
工作原理通常是基于湿度对敏感材料的吸收或释放水分来进行测量。
常见的湿度传感器包括电容式湿度传感器和电阻式湿度传感器等。
4. 光学传感器：光学传感器可以检测光的吸收、散射、反射或发射等现象，广泛应用于光学仪器、机器人、安防系统等领域。
一个例子是红外线传感器，它可以感知物体是否存在，被广泛用于自动门、人体检测和反射型光电传感器等应用。
工作原理通常是基于光敏材料的电阻、电容或输出电压的变化。
常见的光学传感器包括光电传感器、光纤传感器和光电开关等。
5. 加速度传感器：加速度传感器可以测量物体的加速度、振动或冲击，常用于移动设备、运动控制和体感游戏等领域。
一个例子是手机中的加速度传感器，它可以感知手机的倾斜、旋转或摇动。
工作原理通常是基于质量与受力之间的关系，通过测量质量与加速度之间的变化来判断物体的运动状态。
传感器原理及应用第2章
第2章 传 感 器 概 述 2.2.2 传感器的动态特性 传感器的动态特性是指输入量随时间变化时传感器的响应 特性。 由于传感器的惯性和滞后，当被测量随时间变化时，传 感器的输出往往来不及达到平衡状态，处于动态过渡过程之中， 所以传感器的输出量也是时间的函数，其间的关系要用动态特 性来表示。一个动态特性好的传感器，其输出将再现输入量的 变化规律，即具有相同的时间函数。实际的传感器，输出信号
2） 一阶系统
若在方程式（2-8）中的系数除了a0、a1与b0之外，其它的 系数均为零，则微分方程为
dy(t ) a1 a0 y (t ) b0 x(t ) dt
上式通常改写成为
dy(t ) y (t ) kx(t ) dt
(2-10)
第2章 传 感 器 概 述 式中：τ——传感器的时间常数，τ=a1/a0； k——传感器的静态灵敏度或放大系数，k=b0/a0。 时间常数τ具有时间的量纲，它反映传感器的惯性的大小， 静态灵敏度则说明其静态特性。用方程式（2-10）描述其动态特 性的传感器就称为一阶系统，一阶系统又称为惯性系统。 如前面提到的不带套管热电偶测温系统、电路中常用的阻
入量变化范围较小时，可用一条直线（切线或割线）近似地代
表实际曲线的一段，使传感器输入输出特性线性化，所采用的 直线称为拟合直线。
第2章 传 感 器 概 述 传感器的线性度是指在全量程范围内实际特性曲线与拟合 直线之间的最大偏差值ΔLmax 与满量程输出值YFS 之比。线性度
也称为非线性误差，用γL表示，即
第2章 传 感 器 概 述
第2章 传 感 器 概 述
2.1 传感器的组成和分类 2.2 传感器的基本特性
第2章 传 感 器 概 述
2.1 传感器的组成和分类
《传感器原理及应用(第2版)》教辅2：综合练习答案
! # $ % $ & "选择填空
"#选择以下传感器填入空内 每空填两项 可重复填写 电阻应变片 磁敏电阻 霍尔传感器 气敏传感器 压电传感器 电容传感器 热释电 器件 热敏电阻 光纤传感器 磁敏晶体管 电动式磁电传感器 光电二极管 差动变压 器 红外传感器 色敏传感器 电涡流传感器 超声波传感器 光电开关 核辐射探测器 压阻式传感器 光电池 热电偶 0 0 1电荷耦合器件 集成温度传感器 " 选择合适小位移测量的传感器 % 可用于磁场检测的传感器 感器! 热敏电阻! 光纤传感器! 电涡流传感器! 压电传感器! $ 便于检测机械振动或加速度的传感器 & 适用于家用电器的温度检测传感器 电动式磁电传感器! 霍尔传感器! 集成温度传
" 负温度系数热敏电阻也称为 6 ! 热敏电阻 在常温下其阻值随温度上升而 1 ! 7 # 8 0 !!!!!!6 # / 8 0 !!!! !!!0 #增大!!!!!!1 #减小 $ 硅光电池的结构类似一只半导体 7 ! 属于 0 ! 器件 7 #二极管!!!! 6 #三极管!!!!!!0 #有源!!!!!!1 #无源 % 热释电元件属于 7 ! 红外线传感器 它可检测红外线的 0 ! 波长 7 #热电型 6 #光量子型 0 #全波段 1 #有限段 & 通常我们用绝对湿度 相对湿度和露点温度表示环境中的水蒸气含量 其中相对湿 度表示为 7 ! 量纲为 0 ! 7 # 9 : ; 6 # 7 : 0 #无
"'#超声波传感器的发射与接收换能器是利用压电效应 其中超声波发射换能器是将 能转换为 机械! 能 它是利用压电材料的 逆! 压电效应 电! "(#半导体材料在光线作用下 入射光强改变物质导电率的现象称 光电导 ! 效应 基于 这种效应的器件有 光敏电阻! 半导体材料吸收光能后在 . /结上产生电动势的效应称 光 生伏特效应! 效应 基于这种效应的器件有 光敏晶体管 光电池!
传感器原理及应用第二版课后习题答案(吴建平机械工业出版)
G j
2 n 2 s 2 2n s n
s j
1 1 2 j n n
1 400 2 2 400 [1 ( ) ] [2 0.4 ] 2200 2200
2
| G ( jw) |
1
[1 ( ) 2 ] 2 [2 ] n n
2
0.940
2
相对误差为（1-0.940）× 100%=6.0%
400 ) 2 0.4 2200 8 33' n tg 1 tg 1 2 400 2 1 ( ) 1 ( ) 2200
2 (
故相位滞后 8°33′。
第 3 章 电阻应变式传感器
2.7 解：所求幅值误差为 0.947,相位滞后 52°70′
2 n G j 2 2 s 2n s n s j
1 1 2 j n n
1 600 2 2 600 2 [1 ( ) ] [2 0.7 ] 1000 1000
当 n 为常数时响应特性取决于阻尼比 ， 阻尼系数 越大， 过冲现象减弱， 1 时无过冲， 不存在振荡，阻尼比直接影响过冲量和振荡次数。 2.4 答： （略） 2.5 解： 对微分方程两边进行拉氏变换，Y(s)(30s+3)=0.15X(s) 则该传感器系统的传递函数为：
H (s)
①说明是一种什么形式的梁。在梁式测力弹性元件距梁端 l0 处画出四个应变片粘贴位 置，并画出相应的测量桥路原理图；②求出各应变片电阻相对变化量；③当桥路电源 电压为 6V 时，负载电阻为无穷大，求桥路输出电压 U0 是多少？
图 3-30
3.9 图 3-31 为一直流电桥，负载电阻 RL 趋于无穷。 图中 E=4V， R1=R2=R3=R4=120Ω，试求： ① R1 为金属应变片， 其余为外接电阻， 当 R1 的增量为 ΔR1=1.2Ω 时， 电桥输出电压 U0=? ② R 1、 R2 为金属应变片， 感应应变大小变化相同， 其余为外接电阻， 电桥输出电压 U0=? ③ R1、R2 为金属应变片，如果感应应变大小相反，且 ΔR1=ΔR2 =1.2Ω，电桥输出电压 U0=?
传感器的应用及原理
传感器的应用及原理一、传感器的基本原理传感器作为现代科技领域的重要组成部分，具备将物理量转化为可供人们感知、测量和控制的电信号的能力。
传感器的基本原理可以分为以下几种：1.电阻原理：根据材料在电流、电压或电路中的阻力变化来测量和感应物理量。
2.电容原理：利用物质的电容性质来测量和探测物理量。
3.电感原理：根据电流在线圈中引起的磁场变化来感测和测量物理量。
4.光电原理：通过光电传感器接收光信号，转换为电信号来感知和测量物理量。
5.超声波原理：利用超声波在空气或其他介质中传播的速度和方向来感应和测量物理量。
6.压阻原理：通过应变产生电阻变化来实现物理量的测量和感应。
二、传感器的应用领域1. 工业自动化•温度传感器：用于测量和控制工业过程中的温度变化，如在炉温控制、液体流体控制等方面的应用。
•压力传感器：广泛应用于液体和气体压力测量及控制，包括制造业、能源、汽车等领域。
•流量传感器：用于测量和控制液体和气体流量，如在供应链管理、工程控制等方面的应用。
•位置传感器：用于测量物体的位置和运动状态，广泛应用于机器人导航、自动控制等领域。
2. 智能家居•光照传感器：用于感知室内外的光照强度，并根据需要自动调节灯光亮度。
•湿度传感器：测量和控制室内空气中的湿度，实现智能的温湿度调控。
•烟雾传感器：检测室内烟雾浓度，及时报警并采取相应措施。
•人体红外传感器：感测人体存在，并根据人体动静自动调节室内灯光和电器设备的状态。
3. 医疗领域•心率传感器：通过监测心电图信号，实时测量和记录人体心率，用于心脏病和健康管理。
•血压传感器：实时测量和监测人体血压水平，用于高血压和心血管疾病的预防和治疗。
•血氧传感器：测量人体血液中的氧气饱和度，用于监测肺部功能和呼吸疾病的筛查。
4. 环境监测•CO2传感器：测量和监测室内外空气中的CO2浓度，用于实现室内空气质量的监控和管理。
•PM2.5传感器：感测空气中的细颗粒物，用于评估空气质量和环境污染情况。
传感器原理及应用-第2章
电桥电路
力、加速度、荷重等
应变
电阻变化
电压、电流
图2-1 电阻应变式传感器典型结构与测量原理
电阻应变片：利用金属丝的电阻应变效应或半导 体的压阻效应制成的一种传感元件。
电阻应变片的分类： 金属应变片和半导体应变片。
一、电阻应变片
（一）工作原理——应变效应
导体或半导体材料在外力的作用下产生机械变形时， 其电阻值相应发生变化的现象称为应变效应。
第二章 应变式传感器
主要内容：
一、电阻应变式传感器 二、压阻式传感器
本章重点：
电阻应变式传感器的构成原理及特性 电桥测量电路的结构形式及特点 压阻式传感器的工作原理
基本要求：
掌握电阻应变式传感器的构成原理及特性， 掌握电桥测量电路的结构形式及和差特性，掌握 压阻式传感器的工作原理及设计特点。
in2x
图2-10 应变片对应变波的动态响应
应变片对正弦应变波的响应是在其栅长 l 范围内所
感受应变量的平均值 m，低于真实应变波 t ，从而
产生误差。
t 瞬时应变片中点的应变(真实应变波) 值为：
t
0
s
in2
xt
t 瞬时应变片的平均应变(实际响应波) 值为：
m
也可写成增量形式
RRKs
l l
Ks
式中，Ks——金属丝的应变灵敏系数。物理意义是单位应变 所引起的电阻相对变化量。
金属丝的灵敏系数取决于两部分：
①金属丝几何尺寸的变化， 0 .3 (1 2 ) 1 .6
②电阻率随应变而引起的变化
Hale Waihona Puke 金属丝几何尺寸 金属本身的特性C
如康铜，C≈1， Ks ≈2.0。其他金属， Ks一般在1.8~4.8范围内。
传感器原理及应用(第2版)
感谢观看
该教材共12章，对常用传感器原理及其数据采集和信号处理进行阐述，且注重对传感器应用和工程实践能力 的培养。
成书过程
修订情况
出版工作
该书前10章的内容基本保持不变。除保持前一版系统性的稳定外，对教学的重点内容进行了充实与提高。第 1章在保持传感器概论及相关基础知识体系稳定的情况下，对相关概念进行了更为科学的表述，充实了关于传感器 动静态特性的内容，重新编写了相关的内容，同时修正了此前的笔误；第2章除修订印刷错误外，内容基本保持稳 定。第3~10章按照综合分类法介绍传感器的原理及应用，重新编写了热学量（温敏）、力学量（力敏和声敏）、 磁学量（磁敏）、光学量（光敏）传感器这部分内容，并修订了上一版中的错误，增加了关于传感器应用的实例。 该版保持了化学量（气敏和湿敏）、水声传感器及生物量（生物传感器）这部分内容的稳定性，仅更正了部分印 刷错误。该版对第1版中的第11章做了较大修改，对该部分内容进行了重新编写，将其分为了两章，即第11章 “传感器的信号处理”和第12章“传感器的智能化和络化”，对新的第11章进行了系统整理，提升了传感器调理 电路的理论知识，第12章丰富了络化传感器的内容。
该书的修订工作由彭杰纲完成。电子科技大学自动化工程学院传感器原理课程组的詹慧琴、胡学海、邓罡、 蒋毅、闫斌等老师提出了意见，研究生祝悦和欧斌在教材编写和电子教案的准备过程中做了工作，研究生杨超、 何春秋、雍涛、董冠奇、吴俊、刘露、邹地长在教材的外文资料翻译和校对方面也做了工作。该书的编写参考了 中国国内外相关技术资料，吸取了相关专家和同仁的经验。该教材的修订得到了电子科技大学高水平规划教材项 目和新编特色教材建设项目的支持。
教材目录
（注：目录排版顺序为从左列至右列）
教学资源
《传感器原理及应用（第2版）》有配套的慕课——“传感器原理及应用”。 《传感器原理及应用（第2版）》提供配套电子课件。
传感器原理及应用(第三版)第2章
金属丝的应变灵敏系数
K0由两部 分组成
①受力后材料几何尺寸变化（1+2μ）
②受力后材料电阻率的变化（Δρ/ρ）/ε（与几何尺寸及 金属丝本身特性有关）
对于金属电阻丝（1+2μ ）>>（Δ ρ /ρ ）/ε ，金属丝应变片灵敏 系数k0主要由材料的几何尺寸变化决定，即对于用金属制成的应变片 来说，起主要作用的是应变效应（电阻的相对变化与伸长或缩短间 存在比例关系叫应变）。金属丝的μ =0.25～0.5(钢的μ =0.285)故 k0≈1+2μ ，k0≈1.5～2。 对于半导体则不同：当半导体材料受到应力作用后，其电阻率发生 明显的变化，称为压阻效应。因此（Δρ/ρ）/ε=πE >> （1+2μ ） 故可忽略（1+2μ ）的影响，即对于用半导体制成的压阻传感器来说， 起主要作用的是压阻效应。半导体的k0≈ πE ≈ 50～100，灵敏度是 金属材料的几十到上百倍。 弹性模 压阻系
AR RK
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返
回
不引入补偿块（如下图所示） – 起到温度补偿作用 – 可提高灵敏度
A：如图，R1、RB正交粘结 则： U AR' RK (1 )
0
R正反面（R1受拉，应变为正；RB受压，应变为负） 则： '
U0 2 AR RK
应变计
应变片的粘贴
1. 检查通断 13.固定 5 .用透明胶带将应变片与构件在引脚处 临时固定，移动胶带位置使应变片达到 3 .再用细砂纸精磨（ 45度交叉纹）。 粘贴、焊接后，用胶布将引线和 正确定位。 2 .在选定贴应 被测对象固定在一起，防止拉动 4 .用棉纱或 引线和应变片。 变片的位置划