第四章传感器的基本类型及其工作原理——0330详解
传感器工作原理
传感器工作原理传感器是一种能够感知外部环境并将感知到的信息转化成可用信号的设备。
它广泛应用于各个领域，例如工业控制、汽车制造、医疗仪器等。
本文将介绍传感器的工作原理。
一、传感器的分类传感器按工作原理的不同可以分为多种类型，包括电阻型传感器、电容型传感器、电磁型传感器、光电型传感器等。
不同类型的传感器有着不同的工作原理和应用场景。
二、电阻型传感器的工作原理电阻型传感器是最常见的一种传感器。
它通过测量电阻值的变化来感知外部环境的变化。
一般来说，电阻型传感器由感测元件和电路组成。
感测元件的电阻值会随着外部环境的变化而发生变化，通过电路将感测到的电阻值转化成电压、电流或数字信号，实现对外部环境的感知和检测。
三、电容型传感器的工作原理电容型传感器是利用电容的变化来感知外部环境的传感器。
当外界介质的电介质常数或电容器的结构发生变化时，电容的数值也会发生相应的变化。
通过监测电容的变化，可以得到环境参数的信息。
四、电磁型传感器的工作原理电磁型传感器是利用电磁感应原理来感知外部环境的传感器。
它通过感应外界磁场的强度和方向的变化，将这些变化转化成电信号输出。
电磁型传感器广泛应用于测量磁场、测量电流和速度等领域。
五、光电型传感器的工作原理光电型传感器是利用光的物理性质来感知外部环境的。
它通过感测光线的变化，包括强度、颜色、频率等来实现对外部环境的感知。
光电型传感器在自动控制、安全监控等领域具有重要的应用价值。
六、其他类型传感器的工作原理除了上述常见的传感器类型外，还有许多其他类型的传感器。
例如气体传感器、温度传感器、湿度传感器等。
它们都有着自己独特的工作原理，用于感知不同类型的信息。
七、传感器的应用领域传感器广泛应用于各个领域，其中包括但不限于以下几个方面：1. 工业控制：传感器在工业生产中起着重要作用，用于测量温度、湿度、压力等参数，实现自动化控制。
2. 汽车制造：汽车中使用了大量的传感器，包括测量车速、转向、油位、气压等参数，实现智能化驾驶和安全保护。
传感器的种类和基本工作原理
传感器的种类和基本工作原理介绍传感器是一种能够感知和测量环境变量的设备，其在现代科技中发挥着重要作用。
本文将介绍几种常见的传感器类型，并讨论它们的基本工作原理。
1. 光学传感器光学传感器利用光线的特性来测量和检测物体的属性。
常见的光学传感器包括光电传感器、光敏电阻器和光纤传感器等。
光电传感器通过光敏电池和光源组成，当光照强度发生变化时，光敏电池产生的电流也会发生变化，从而实现测量和检测功能。
光敏电阻器则根据光敏材料的阻值随光照强度变化而变化来实现测量。
光纤传感器利用光的折射原理，通过光纤的弯曲和折射来测量物体的形态和位移。
2. 声学传感器声学传感器用于测量和检测声音和振动。
常见的声学传感器包括麦克风、声波传感器和压电传感器。
麦克风是一种将声音转换为电信号的设备，通过测量声波的振动来实现测量功能。
声波传感器则利用声波在介质中传播的特性来检测和测量距离、流速等属性。
压电传感器则利用压电材料的特性，当受到压力或振动时，会产生电荷或电势差，从而实现测量和检测功能。
3. 温度传感器温度传感器用于测量和检测物体的温度。
常见的温度传感器包括热电偶、热敏电阻和红外线传感器等。
热电偶利用两种不同金属的导线形成的热电偶电路，当温度变化时，会产生电势差，从而实现测量功能。
热敏电阻则根据材料的电阻随温度的变化而变化来实现测量。
红外线传感器则利用物体在不同温度下辐射出的红外线来测量物体的温度。
4. 压力传感器压力传感器用于测量和检测物体的压力和力量。
常见的压力传感器包括应变计、电容式传感器和气体压力传感器等。
应变计通过测量物体的形变和变形来测量压力。
电容式传感器则利用电容的变化来实现测量。
气体压力传感器则利用气体分子与传感器之间发生的碰撞和压缩来检测和测量压力。
5. 气体传感器气体传感器用于测量和检测空气中特定气体的浓度和成分。
常见的气体传感器包括CO2传感器、氧气传感器和气体化学传感器等。
CO2传感器利用化学材料与CO2发生反应的原理来测量CO2浓度。
传感器工作原理详解
传感器工作原理详解传感器是一种能够将特定的物理量或化学量转化为可测量的电信号或其他形式输出的装置。
它在现代科技中起着至关重要的作用，广泛应用于各个领域，如工业、农业、医疗、环境监测等。
本文将详细解析传感器的工作原理，以便更好地理解传感器的功能与应用。
一、传感器的基本原理传感器的基本原理是通过感知外界物理或化学量的变化，并将其转化为与之相对应的电信号。
以下将介绍几种常见的传感器工作原理。
1. 压阻式传感器压阻式传感器利用外界物理量对材料电阻的影响来进行测量。
它由敏感材料和电极组成，当外界物理量引起敏感材料的变形或压力变化时，敏感材料的电阻值也会相应改变，通过测量电阻值的变化来得到外界物理量的信息。
2. 光电传感器光电传感器基于光电效应，将光辐射能转化为电信号。
它由光敏元件和电子电路组成，当光源照射到光敏元件上时，光敏元件吸收光的能量并产生电荷。
通过电子电路的放大和处理，最终得到与光强度相关的电信号。
3. 磁敏传感器磁敏传感器利用磁场对材料磁性的影响来进行测量。
它包括感应式磁敏传感器和霍尔效应磁敏传感器等。
感应式磁敏传感器利用线圈中感应出的电动势来检测磁场变化；霍尔效应磁敏传感器则利用霍尔元件的磁场感应效应，通过测量输出电压或电流来获得磁场信息。
二、传感器应用案例传感器广泛应用于各个领域，下面将介绍几个常见的传感器应用案例。
1. 温度传感器温度传感器是以测量物体温度为目的的传感器，常见的应用有室内温度监测、电子设备温度控制等。
它一般采用热敏电阻、热电偶或半导体材料作为敏感元件，通过测量敏感元件的电阻、电势或电流来获得温度信息。
2. 湿度传感器湿度传感器用于测量空气中的湿度，常见应用有气象观测、农业温室环境调节等。
它一般使用湿度敏感材料或电容式湿度传感器作为敏感元件，通过测量敏感元件的电容或电阻值来获取湿度信息。
3. 加速度传感器加速度传感器用于测量物体在空间中的加速度，广泛应用于汽车安全、运动监测等领域。
传感器类型及原理--工作
比较
重量设定
4.1 电阻式传感器
2 金属应变式传感器
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。
4.1 电阻式传感器
1) 工作原理 金属应变片的电阻R为
R = l / A
4.4 压电式传感器 一、工作原理－压电效应 天然结构的石英晶体呈六角形晶柱，用金刚石刀具切割 出一片正方形薄片。当晶体薄片受到压力时，晶格产生变形， 表面产生正电荷，电荷Q与所施加的力F成正比，这种现象称 为压电效应。还有一些人造的材料也具有压电效应。 若在电介质的极化方向上施加交变电压，它就会产生 机械变形。当去掉外加电场时，电介质的变形随之消失，这 种现象称为逆压电效应（电致伸缩效应）。
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4.1 电阻式传感器 湿度传感器的分类
4.1 电阻式传感器
•6 热电阻传感器
导体和半导体材料的电阻率与温度有关，金属的电阻随温度升高而 变大，而半导体的电阻具有负的温度系数。 导体的电阻在一定温度范围内与温度具有线性关系 半导体热敏电阻的材料是一种由锰、镍、铜、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。
变换原理:将被测量的变化转化为电容量变化
+ + +
A
两平行极板组成的电容器,它的 电容量为:
C =
0A
δ、 A 或ε发生变化 时，都会引起电容 的变化。
4.3 电容式传感器
a)极距δ变化型
+ +
传感器工作原理
传感器工作原理一、引言传感器是现代科技中不可或者缺的重要组成部份，广泛应用于各个领域。
本文将详细介绍传感器的工作原理，包括传感器的定义、分类、工作原理、应用等方面的内容。
二、传感器的定义与分类传感器是一种能够将被测量物理量转换为可供测量或者处理的信号的装置。
根据被测量的物理量不同，传感器可以分为多种类型，如温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光传感器等。
三、传感器的工作原理1. 温度传感器工作原理温度传感器是用于测量环境或者物体的温度的传感器。
常见的温度传感器有热电偶和热敏电阻。
热电偶利用两种不同金属的导线连接处产生的热电势来测量温度，而热敏电阻则是利用电阻值随温度变化而变化的特性来测量温度。
2. 压力传感器工作原理压力传感器用于测量气体或者液体的压力。
常见的压力传感器有压阻式传感器和压电式传感器。
压阻式传感器利用电阻值随压力变化而变化的特性来测量压力，而压电式传感器则是利用压电效应将压力转换为电荷或者电压信号来测量压力。
3. 湿度传感器工作原理湿度传感器用于测量环境中的湿度。
常见的湿度传感器有电容式传感器和电阻式传感器。
电容式传感器利用湿度对电容值的影响来测量湿度，而电阻式传感器则是利用湿度对电阻值的影响来测量湿度。
4. 光传感器工作原理光传感器用于测量光的强度或者光的特性。
常见的光传感器有光敏电阻和光电二极管。
光敏电阻是利用光照射时电阻值随之变化的特性来测量光的强度，而光电二极管则是利用光照射时产生的电流来测量光的强度。
四、传感器的应用传感器广泛应用于各个领域，如工业自动化、环境监测、医疗设备、汽车工业等。
在工业自动化中，传感器可以用于测量温度、压力、湿度等参数，实现对生产过程的控制和监测。
在环境监测中，传感器可以用于测量大气中的温度、湿度、气体浓度等，匡助人们了解环境状况并采取相应的措施。
在医疗设备中，传感器可以用于测量患者的体温、心率、血压等，为医生提供准确的数据。
在汽车工业中，传感器可以用于测量车辆的速度、转向角度、轮胎压力等，提高行车安全性。
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。
传感器的种类与工作原理
传感器的种类与工作原理传感器是现代科学技术中不可或缺的重要组成部分。
它们可以将各种形式的物理量转换为可输入到电气和电子设备中的电信号。
传感器种类繁多，每种传感器都有其特定的工作原理。
在本文中，我将详细介绍几种常见的传感器及其工作原理。
1. 光敏传感器光敏传感器，也称为光电传感器，是一种能够感知光线强度和光照变化的传感器。
它们基于光照吸收、散射或反射的原理工作。
最常见的光敏传感器是光敏电阻器（LDR）。
当光线照射在LDR上时，其电阻值会随之变化。
LDR可以被用来测量环境光强度，也可以用于照明控制和光敏报警系统。
2. 温度传感器温度传感器是一类广泛应用于工业、农业和家用电器的传感器。
它们可以测量环境和物体的温度变化。
最常见的温度传感器是热电偶和热敏电阻。
热电偶是由两个不同金属连接而成的，当温度变化时，它们之间的电压也会发生变化。
而热敏电阻则是通过测量材料电阻值与温度之间的关系来实现温度测量。
3. 压力传感器压力传感器用于测量液体或气体的压力。
它们可以根据应力、电容或挠性变化来测量压力的大小。
压阻式压力传感器使用变阻元件来测量被测量物体施加的压力。
当压力施加在传感器上时，电阻值变化，从而测量压力的大小。
4. 加速度传感器加速度传感器是一种能够测量物体加速度变化的传感器。
它们常用于汽车、航空和消费电子产品中。
加速度传感器使用物体对应的质量惯性变化来测量加速度。
最常见的加速度传感器是压电加速度传感器。
当加速度作用于压电晶体上时，该晶体产生电荷，从而测量加速度。
5. 湿度传感器湿度传感器测量空气中水蒸气的含量，即湿度。
它们通常使用电容、电阻或共振频率来测量空气的湿度。
其中最常见的传感器是电容式湿度传感器。
该传感器使用物体表面上的电极来测量空气湿度对电容的影响。
总结起来，传感器是一种将物理量转换为电信号的重要设备。
在现代科学技术的发展中，传感器的应用十分广泛。
光敏传感器可以感知光线强度和光照变化，温度传感器可以测量环境和物体的温度，压力传感器可以测量液体或气体的压力，加速度传感器可以测量物体的加速度变化，湿度传感器可以测量空气中水蒸气的含量。
传感器工作原理及分类
传感器工作原理及分类传感器能够以一定的精度检测各种物理量，并将其转换成与之相对应的、易于精确处理和测量的某种物理量。
通常使用的传感器可以将非电量转换成电量输出。
传感器一般包含敏感元件、转换元件和基本转换电路三个部分。
敏感元件直接感受被测的物理量，并以确定的关系输出一个物理量；转换元件将敏感元件输出的物理量转换成电路参数；基本转换电路再将电路参数转换成便于测量的电量。
传感器工作原理如下图所示。
传感器工作原理由于现代监测系统中待测的信息（待测量）很多，而且一种待测量往往可用几种传感器来测量，因此传感器产品的品种也极为庞杂、繁多。
传感器的工作原理各异，检测对象门类复杂，其分类方法至今尚无统一规定。
人们通常是站在不同角度，重点从某一侧面来分类，归纳起来有如下分类法。
按被测量的性质可划分为物理量传感器、化学量传感器和生物量传感器三大类，例如温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器和转矩传感器等。
按传感器的工作机理可分为结构型、物性型和复合型三大类。
这种分类方法是以其工作原理划分，将物理、化学和生物等学科的原理、规律、效应作为分类的依据。
结构型传感器是一类结构尺寸（如厚度、角度、位置等）在被测量作用下会发生变化并可获得与被测非电量成一定比例的电信号的敏感元器件或装置。
例如用于测量压力、位移、流量、温度的力平衡式、振弦式、电容式、电感式等传感器均属该类。
这类传感器开发较早，至今仍然被广泛应用于工业流程检测设备中。
物性型传感器是一类由其构成材料的物理特性、化学特性或生物特性直接敏感于被测非电量并可将被测非电量转换成信号的敏感元器件或装置。
由于它的“敏感体”就是材料本身，故不存在显著的结构特征，也无所谓的“结构变化”，所以这类传感器通常具有响应快的特点；又因为它多以半导体为敏感材料，故易于集成化、小型化、智能化。
复合型传感器是指将中间转换环节与物性型敏感元件复合而成的传感器。
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热能与动力测试技术 第四章 传感器的基本类型及其工作原理
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电感传感器
激光测距传感器
水位传感器
湿度传感器
自诊断传感器
凸轮轴转速传感器
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热能与动力测试技术 第四章 传感器的基本类型及其工作原理
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主要内容
第一节 概述 第二节 电阻式传感器 第三节 电感式传感器 第四节 电容式传感器 第五节 压电式传感器 第六节 磁电式传感器 第七节 热电式传感器 第八节 光电式传感器 第九节 霍尔传感器 第十节 数字式传感器 第十一节 传感器信号处理电路
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第二节 电阻式传感器
一、金属应变式传感器
常见应变片
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热能与动力测试技术 第四章 传感器的基本类型及其工作原理
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第二节 电阻式传感器
一、金属应变式传感器
3. 应变片的温度补偿：
实际使用中，除了应变会导致应变片电阻变化外， 温度变化也会使应变片电阻发生变化，由此带来的误 差称为温度误差。
应变片
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热能与动力测试技术 第四章 传感器的基本类型及其工作原理
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第二节 电阻式传感器
一、金属应变式传感器
金属应变片长度l，表面积A，电阻率ρ，则电阻：
R l/A
当应变片受到拉伸或压缩，几何尺寸发生变化，电阻
也发生变化。如果电阻变化量ΔR<<R，则电阻的变化率
可用下式表示： R k l k
5）电信号易于和计算机等进行连接，记录和处理数据 方便。
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热能与动力测试技术 第四章 传感器的基本类型及其工作原理
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第一节 传感器概述
第一节 传感器概述
非电量测量技术：通过传感器将非电量转换成电量， 然后进行电量的转换、显示和记录。
传感器 非电量测量系统 信号调节电路
记录和显示装置
产生温度误差的原因：
1、因温度变化引起的应 变片敏感栅的电阻变化 及附加变形。
2、因试件材料与敏感栅 的线胀系数不同，从而 使应变片产生附加应变。
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第二节 电阻式传感器
一、金属应变式传感器
➢ 温度补偿方法
（1）桥路补偿
又称补偿片法。电路原理如右图，
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热能与动力测试技术 第四章 传感器的基本类型及其工作原理
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第一节 传感器概述
热能与动力工程测量技术的发展方向是普遍采用电测 仪表测定非电量（机械量、热工量等）。与机械测量法 相比，电测法具有以下突出优点：
1）易于实现集中检测、控制和远距离测量； 2）响应速度快，可测量瞬态值及动态过程；
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第一节 传感器概述
三、分类
三、分类
按被测物理量：压力、速度、温度、光、声 按测量原理：电阻式、电感式、电容式、压电式、磁电 式、热电式、光电式等 按输出信号的性质：模拟式和数字式 按有无外加电源：有源式和无源式 按使用的敏感材料：半导体传感器、光纤传感器、陶瓷 传感器、金属传感器、高分子材料传感器
桥式补偿电路
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热能与动力测试技术 第四章 传感器的基本类型及其工作原理
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第一节 传感器概述
一、定义
一、传感器定义
广义：借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种 信息的装置。
狭义：能感受被测量并按照一定规律转换成电信号的 器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。
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热能与动力测试技术 第四章 传感器的基本类型及其工作原理
两片具有相同特性的应变片，将其
轴线相互垂直地黏在同一个弹性件
表 面 ， 应 变 片 的 纵 轴 x-x 方 向 与 受
力方向一致的为工作片，另一片为
补偿片，因位置靠得很近，故可认
为二者等温。当电桥平衡时，
RaR2=RbR1，固定电阻的阻值相
等，温度变化时，两个应变片上引
起的电阻增量也相等，并保持平衡。 电桥的输出由于Ra的变化而产生。
R
l
k为常数，为金属材料的 灵敏度系数，物理意义是单 位应变的电阻变化率。
ε为线应变
l / l
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第二节 电阻式传感器
一、金属应变式传感器
➢ 应变片测量应变理论公式：
R kl k
R
l
金属应变片的电阻变化率与线应变 ε 呈线性关系。 这就是电阻应变片测量应变的理论基础。
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第二节 电阻式传感器
一、金属应变式传感器
一、金属应变式传感器
1. 基本原理： 基于金属的电阻应变效应
➢ 应变效应： 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。
F
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第二节 电阻式传感器
一、金属应变式传感器
2. 应变片的结构
和基底一起固定 和保护敏感栅
核心部分，感受被测 构件的变形，并转换 成电阻的变化
从敏感栅动力测试技术 第四章 传感器的基本类型及其工作原理
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热能与动力测试技术 第四章 传感器的基本类型及其工作原理
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第一节 传感器概述
3）传感器提供了被研究对象的测量、调节和控制设备 间最方便可靠的联系方式，因而使热能与动力工程测试 的连续测量、自动记录和自动控制称为可能；
4）测量的准确度和灵敏度高，可测量微弱信号并将其 放大与进行长距离传输；
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第二节 电阻式传感器
第二节 电阻式传感器
工作原理： 把物理量的变化转换为敏感元件电阻值的变化，再经
相应电路处理，转换成电信号输出。（可测量位移、形 变、力、加速度、湿度、温度等） 分类（依据工作原理）：
金属应变式、半导体压阻式、电位计式、气敏式、湿 敏式、热敏式、光敏式等。
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第一节 传感器概述
二、构成
二、构成
被测 对象
被测信号 敏感 元件
中间信号 转换元件
辅助装置
易于传输 处理的信号
敏感元件：直接感受被测量的一次变换元件。
传感器
转换元件：将敏感元件感受的被测量转换成适于输 出并可测量的电信号。
辅助部分：安装和保护装置等。
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热能与动力测试技术 第四章 传感器的基本类型及其工作原理