哈工程测试技术 第四章 传感器的基本类型及其工作原理
传感器原理及工程应用作业
目录第三章 .................................................................................................................... 错误!未定义书签。
3—1。
什么是应变效应？什么是压阻效应？利用应变效应和压阻效应解释金属电阻应变片和半导体应变片的工作原理。
(2)3—2。
试述应变片温度误差的概念，产生原因和补偿方法。
(2)3.试用应变片传感器实现一种应用。
(3)第四章 (3)4-1。
说明差动变隙式电感传感器的主要组成、工作原理和基本特征。
(3)4 —3。
差动变压器式传感器有哪几种结构形式?各有什么特点? (3)4—10。
何为涡流效应?怎用利用涡流效应进行位移测量？ (3)4—11。
电涡流的形成范围包括哪些内容？他们的主要特点是什么？ (3)5。
用电感式传感器设计应用 (4)第五章 (4)5-1.根据工作原理可以将电容式传感器分为哪几类？每种类型各有什么特点？各适用于什么场合? (4)5-9.简述差动式电容测厚传感器系统的工作原理。
(4)第六章 (4)6-1.什么叫正压电效应和逆压电效应？什么叫纵向压电效应和横向压电效应？ (4)6—3.简述压电陶瓷的结构及其特性。
(4)3。
利用压电式传感器设计一个应用系统 (5)第七章 (5)7-4。
什么是霍尔效应？霍尔电势与哪些因素有关？ (5)7-6。
温度变化对霍尔元件输出电势有什么影响?怎样补偿? (5)第八章 (5)8-1.光电效应有哪几种？相对应的光电器件有哪些? (5)8—2.试述光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管和光电池的工作原理，在实际应用时各有什么特点？ (6)8-6。
光在光纤中是怎样传输的？对光纤及入射光的入射角有什么要求? (6)8-7。
试用光电开关设计一个应用系统. (6)第九章 (7)9—1。
简述气敏元件的工作原理 (7)9-2。
各类传感器的工作原理
各类传感器的工作原理传感器是一种能够检测和感知周围环境，并将其转化为可用信号的装置。
传感器在各个领域中起着极为重要的作用，从智能手机中的加速度传感器到汽车中的车速传感器，从医疗设备中的心率传感器到环境监测中的温度传感器，都体现了传感器在现代生活中的广泛应用。
下面将介绍几种常见的传感器及其工作原理。
1.光电传感器：光电传感器是基于光电效应的原理工作的。
光电效应是指当光照射到物体表面时，光中的能量被物体吸收，电子被激发而从原子中跃迁，产生电流。
光电传感器利用光电效应将光信号转化为电信号，可以用于测量光的强度、距离或光的频率等。
2.压力传感器：压力传感器是利用压力作用在压敏电阻或压电材料上变化的阻值或电荷来测量压力的。
当外力施加在压阻上时，导电粒子（电子或离子）运动受到阻碍，阻值发生变化，通过测量电阻的变化来确定压力的大小。
3.温度传感器：温度传感器利用材料在温度变化时导电性或热传导性的变化原理来测量温度。
常用的温度传感器有热敏电阻、热电偶和温度敏感电容等。
热敏电阻是利用材料的电阻随温度的变化而变化；热电偶则是利用两种不同材料的接触产生热电势差，通过测量热电势差来计算温度；温度敏感电容则是通过测量电容的变化来确定温度。
4.加速度传感器：加速度传感器是利用物体在加速或减速时所产生的惯性力来测量加速度的。
常用的加速度传感器有电容式加速度传感器和压电式加速度传感器。
电容式加速度传感器通过测量电容的变化来确定加速度；压电式加速度传感器则是利用压电效应和加速度之间的关系来测量加速度。
5.湿度传感器：湿度传感器是利用材料的吸湿性或湿度对电阻、电容或电抗等性能的影响来测量湿度的。
常用的湿度传感器有湿度敏感电阻、湿度敏感电容和湿度敏感电感等。
湿度敏感电阻通过测量电阻的变化来计算湿度；湿度敏感电容则是通过测量电容的变化来确定湿度。
总之，传感器的工作原理各异，但都是基于其中一种物理效应或电学特性的变化来实现对周围环境的感知和检测。
位移传感器的工作原理
位移传感器的工作原理标题：位移传感器的工作原理引言概述：位移传感器是一种用于测量物体位置变化的装置，广泛应用于工业自动化、机械创造、航空航天等领域。
本文将详细介绍位移传感器的工作原理，包括其基本原理、工作方式、应用场景和优势。
一、基本原理1.1 电容位移传感器电容位移传感器利用电容量的变化来测量物体的位移。
它由两个电极构成，当物体挨近电极时，电容量增加；当物体远离电极时，电容量减小。
传感器通过测量电容量的变化来确定物体的位移。
1.2 感应位移传感器感应位移传感器利用感应原理测量物体的位移。
它包含一个线圈和一个金属杆，当物体挨近线圈时，金属杆的电磁感应会导致线圈中的电流发生变化。
传感器通过测量电流变化来确定物体的位移。
1.3 光电位移传感器光电位移传感器利用光电效应测量物体的位移。
它由一个光源和一个光敏元件构成，当物体挨近光敏元件时，光敏元件接收到的光强度会发生变化。
传感器通过测量光强度的变化来确定物体的位移。
二、工作方式2.1 绝对位移传感器绝对位移传感器可以直接测量物体的绝对位置。
它们通常使用编码器或者光栅来实现，能够提供高精度和高分辨率的位移测量。
2.2 相对位移传感器相对位移传感器只能测量物体的相对位置变化。
它们通常使用差动变压器或者磁敏元件来实现，适合于需要监测物体相对运动的场景。
2.3 数字位移传感器数字位移传感器可以将位移信号转换为数字信号输出。
它们通常采用AD转换器将摹拟信号转换为数字信号，具有高精度和抗干扰能力。
三、应用场景3.1 机械创造位移传感器广泛应用于机械创造领域，用于测量机械零件的位移、位置和变形。
它们可以提供实时监测和反馈，保证机械系统的精度和稳定性。
3.2 自动化控制位移传感器在自动化控制系统中起着重要作用，用于测量和控制机器人、自动化设备和生产线的位移和位置。
它们可以实现精确的运动控制和定位。
3.3 航空航天位移传感器在航空航天领域被广泛应用，用于测量航空器和航天器的位移和变形。
传感器与检测技术-第4章 电容式传感器
4.1 电容式传感器的工作原理和类型
平板电容器是由金属极板及板间电介质构成的。若忽略边缘效应，其 电容量为
改变电容器电容C的方法： 一是为改变介质的介电常数ε； 二是改变形成电容的有效面积S； 三是改变两个极板间的距离d。
电容式传感器基本类型
通过改变电容得到电参数的输出为电容值的增量ΔC，从
• 4.2.1 电容式传感器的等效电路
• 在低频时，传感器电容的阻抗非常大，因此L和r的影响可以忽略。
• 其等效电路可简化为图 b，其中等效电容Ce＝C0 + CP，等效电阻Re≈Rg。 • 在高频时，传感器电容的阻抗就变小了，因此L和r的影响不可忽略，而漏电
阻的影响可以忽略。
• 其等效电路可简化为图c，其中等效电容Ce＝C0+CP，而等效电阻re ≈ rg。
• 在实际应用中，为了提高测量精度，减动极板与定极板之间 的相对面积变化而引起的测量误差，大都采用差动式结构。
• 3．变介电常数型电容传感器
• 变介电常数式电容传感器的极距、有效作用面积不变，被测量 的变化使其极板之间的介质情况发生变化。
• 传感器的总电容量C为两个电容C1和C2的并联结果，即
若传感器的极板为两同心圆筒，传感器的总电容C等于上、下部分电容C1 和C2的并联，即
2．变面积型电容传感器
与变极距型相比，它们的测量范围大。可测较大的线位移或角位移。 平板型电容传感器两极板间的电容量为
• 可见，变面积型电容传感器的输出特性是线性的，适合测量较 大的位移
• 增大极板长度b，减小间距d，可使灵敏度提高
• 极板宽度a的大小不影响灵敏度，但也不能太小，否则边缘影 响增大，非线性将增大。
而完成由被测量到电容量变化的转换。
传感器工作原理分类
传感器工作原理分类
传感器是一种能够感知和测量环境或对象特征的设备。
根据传感器的工作原理不同，可以将其分为以下几类。
1. 光学传感器：利用光的特性进行测量，如光电二极管、光敏电阻、光电管等。
2. 声学传感器：通过声波的传播和反射来测量参数，包括麦克风、声纳传感器等。
3. 电磁传感器：通过电磁波的相互作用进行测量，例如磁敏电阻、电感传感器等。
4. 温度传感器：用于测量温度变化的设备，包括热敏电阻、热电偶、红外线传感器等。
5. 压力传感器：用于测量压力或力的大小，如压阻式传感器、压电传感器等。
6. 湿度传感器：用于测量空气的湿度水分含量，如湿敏电阻、电导湿度传感器等。
7. 位移传感器：测量物体的位移或位置信息，例如光电编码器、霍尔传感器等。
8. 加速度传感器：测量物体的加速度或振动，包括压电加速度传感器、微机械加速度传感器等。
9. 流量传感器：用于测量流体的流量，如电磁流量计、质量流量计等。
10. 化学传感器：用于检测和测量化学物质的浓度或反应，如气体传感器、pH传感器等。
这些分类只是对传感器工作原理进行大致归类，并不是详尽无遗，实际上还有很多其他类型的传感器。
每种传感器都有其特定的工作原理和应用范围，在不同领域都有广泛的应用。
传感器工作原理
传感器工作原理标题：传感器工作原理引言概述：传感器是一种能够将物理量或化学量转换为电信号的设备，广泛应用于工业控制、环境监测、医疗诊断等领域。
传感器的工作原理是其能够感知外部环境的变化，并将这些变化转换为电信号输出。
本文将详细介绍传感器的工作原理。
一、传感器的感知原理1.1 传感器的感知原理是基于物理量或化学量与传感器内部元件之间的相互作用。
1.2 传感器通过感知外部环境的变化，如温度、压力、湿度等，来实现对物理量或化学量的测量。
1.3 传感器的感知原理主要包括电阻式、电容式、电感式、光电式等多种类型。
二、传感器的转换原理2.1 传感器将感知到的物理量或化学量转换为电信号的过程称为转换原理。
2.2 传感器通过内部的电路和元件将感知到的信号转换为电压、电流或频率等形式的输出信号。
2.3 转换原理的实现主要依靠传感器内部的信号处理电路和转换器。
三、传感器的输出原理3.1 传感器输出的电信号可以是模拟信号或数字信号。
3.2 模拟信号是连续变化的信号，通常通过模拟电路进行处理。
3.3 数字信号是离散的信号，通常通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号输出。
四、传感器的应用原理4.1 传感器的应用原理是将传感器输出的信号应用于各种控制系统或监测系统中。
4.2 传感器可以通过信号输出来实现对环境的监测、对设备的控制等功能。
4.3 传感器的应用原理是实现自动化控制、智能监测等技术的基础。
五、传感器的性能原理5.1 传感器的性能原理包括灵敏度、精度、分辨率、响应时间等指标。
5.2 传感器的性能原理直接影响到传感器的测量准确性和稳定性。
5.3 传感器的性能原理是评价传感器质量和性能优劣的重要标准。
结论：传感器的工作原理是通过感知、转换、输出、应用和性能等多个方面的原理相互作用，实现对外部环境的监测和控制。
了解传感器的工作原理对于正确选择和使用传感器具有重要意义，也有助于提高传感器的性能和应用效果。
希望本文对读者对传感器的工作原理有所帮助。
传感器英文
生物传感器的应用领域：
• 酶传感器：应用于生物分子、药物 等测量 • 抗体传感器：应用于病原体、免疫 物质等测量 • 细胞传感器：应用于细胞活性、生 长等测量
02
传感器的工作原理与技术
传感器的工作原理概述
• 传感器的工作原理是将特定特性转换为电信号，并通过传输系统将信号输出 • 传感器的基本组成：
传感器在医疗健康中的应用
• 传感器在医疗健康中的应用： • 生理参数监测：利用传感器监测心率、血压、血糖等生理参数， 实现远程医疗和健康监护 • 康复治疗：利用传感器实现康复训练和生物反馈治疗 • 疾病诊断：利用传感器实现疾病的早期诊断和预测
传感器在交通出行中 的应用
• 传感器在交通出行中的应用： • 车辆安全：利用传感器监测车辆状态，预防交通事故 • 道路交通：利用传感器监测道路状况，实现智能交通控制 • 导航定位：利用传感器实现车辆的导航和定位
传感器技术面临的挑战：
• 高灵敏度：提高传感器对微小变化的检测能力 • 高精度：提高传感器测量精度，降低误差 • 高可靠性：提高传感器在不同环境条件下的稳定性和寿命 • 降低成本：提高传感器生产效率和降低材料成本，使传感器更易于普及和应用
传感器技术的未来发 展趋势
• 传感器技术的未来发展趋势： • 新型敏感材料的研发：利用新型纳米材料、生物材料等研发高 灵敏度、高稳定性的敏感元件 • 集成化和智能化：实现传感器与其他电子设备的集成，提高智 能化程度 • 网络化和无线化：实现传感器与互联网的连接，提高数据传输 速率和实时性 • 环境友好：研发环保型传感器，降低对环境的影响
传感器的成果转化：
• 传感器产品在工业、生活、军事等领域的应用，提高生产效率、生活质量和安全保 障 • 传感器技术在新兴领域的应用，如物联网、大数据、人工智能等，推动科技创新
《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。
《测试技术》第四章传感器的基本类型及其工作原理解读
三、电位计式传感器
令 R / RL m， Rx / R x
(x 0时, Rx 0; x 1时,
UL
U
1
x mx(1
x)
Rx R)得
U L 与 x 呈非线性关系
电位计式传感器原理图
U Rx
x
R
a
RL UL
非线性相对误差 为：
b
(UL )m0 (UL )m0 100% [1 (UL )m0 ]100%
第一节. 概 述 传感器的组成
敏感元件
被测量
转换元件 辅助电源
基本转换电路
电量
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 某一物理量的元件。
转换元件，敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电 路参量。
基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电 路），便可转换成电量输出。
第四节. 电容式传感器
三、变介电常数型电容传感器
C 2 h11 2 (h h1)2
ln R
ln R
r
r
2 h2 2 h1(1 2)
ln R
ln R
r
r
容器内介质的介电常数 1
容器上面气体介质介电常数 2
输出电容C与液面高度成线性关系
第四节. 电容式传感器
三、变介电常数型电容传感器 — 应用
积变化 △AA ，电阻率的变化为 △ρ ，相应的电阻变化为 dRdR。对
式 R l 全微分得电阻变化率 dR//RR 为：
s
dR dl 2 dr d Rl r
上式中：dl l 为导体的轴向应变量 l ；dr / r 为导体的横向应变量 r
由材料力学得：l r
式中：μ为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为 0.3～0.5 左右
测试技术复习资料传感器第四章 考试重点
测试技术传感器第四章题型小结一、选择题1. 电涡流式传感器是利用什么材料的电涡流效应工作的。
（ A ）PVFA. 金属导电B. 半导体C. 非金属D.22. 为消除压电传感器电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用（B ）。
A. 电压放大器B. 电荷放大器C. 前置放大器D. 电容放大器3. 磁电式绝对振动速度传感器的数学模型是一个（B ）。
A. 一阶环节B. 二阶环节C. 比例环节D. 高阶环节4. 磁电式绝对振动速度传感器的测振频率应（A ）其固有频率。
A. 远高于B. 远低于C. 等于D. 不一定5. 随着电缆电容的增加，压电式加速度计的输出电荷灵敏度将（C ）。
A. 相应减小B. 比例增加C. 保持不变D. 不确定6. 压电式加速度计，其压电片并联时可提高（B ）。
A. 电压灵敏度B. 电荷灵敏度C. 电压和电荷灵敏度D. 保持不变7. 调频式电涡流传感器的解调电路是（C ）。
A. 整流电路B. 相敏检波电路C. 鉴频器D. 包络检波电路8. 压电式加速度传感器的工作频率应该（C ）其固有频率。
A. 远高于B. 等于C. 远低于D. 没有要求9. 下列传感器中哪个是基于压阻效应的？（ B ）A. 金属应变片B. 半导体应变片C. 压敏电阻D. 磁敏电阻10. 压电式振动传感器输出电压信号与输入振动的（B ）成正比。
A. 位移B. 速度C. 加速度D. 频率11. 石英晶体沿机械轴受到正应力时，则会在垂直于（B ）的表面上产生电荷量。
A. 机械轴B. 电轴C. 光轴D. 晶体表面12. 石英晶体的压电系数比压电陶瓷的（C ）。
A. 大得多B. 相接近C. 小得多D. 不确定13. 光敏晶体管的工作原理是基于（ B ）效应。
A. 外光电B. 内光电C. 光生电动势D. 光热效应14. 一般来说，物性型的传感器，其工作频率范围（A ）。
A. 较宽B. 较窄C. 较高D. 不确定15. 金属丝应变片在测量构件的应变时，电阻的相对变化主要由（B ）来决定的。
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U0
R E 4R
应变片测量电路
第二节. 电阻式传感器
一、金属应变式传感器—桥路补偿法
R1R4 R2 R3 U0 E ( R1 R2 )( R3 R4 )
第二节. 电阻式传感器
一、金属应变式传感器—应变片自补偿 ① 选择特定的应变片
R / R [ k (lg ln )]t 0
U o
r1 a ＋ L1 a Ma r2 a
e2 a
＋
E 2b
L2 a Mb r2 b
e2 a － e2 b
RL
U o
－
U i
L1 b
1
2
E 2a
L2 b
－
r1 b
Uo － O
e2 b ＋
变隙式差动变压器等效电路
1 —理想特性；2 —实际特性
变隙式差动变压器输出特性
这类传感器通常以电位计的形式接入测量电路，成为 电位计式传感器
第二节. 电阻式传感器
三、电位计式传感器
电位计式传感器原理图
令 R / RL m， Rx / R x
( x 0时, Rx 0; x 1时, Rx R)得 x UL U 1 mx(1 x)
R
a
U
UL 与
第四节. 电容式传感器
二、变面积型电容传感器
改变电容器极板面积获取电容传感器输出变化
第四节. 电容式传感器
三、变介电常数型电容传感器
C
2 L11 2 ( L L1 ) 2 R R ln ln r r 2 L 2 2 L1 (1 2 ) R R ln ln r r
第五节. 压电式传感器
一、工作原理 — 压电效应
F
F
＋＋＋＋＋＋ －－－－－－ F
－－－－－－ ＋＋＋＋＋＋
压电效应示意图
逆压电效应
F
电能
正压电效应
机械能
压电效应的可逆性
第五节. 压电式传感器
一、工作原理 — 石英晶体
z z b o o y x o y z
x
x a
c
y
(a )
(b )
(c)
(a) 晶体外形； (b) 切割方向； (c) 晶片
dR dl dr d 2 R l r dl k k l
第二节. 电阻式传感器
一、金属应变式传感器
3 4
2 1
1—引出线 3—覆盖层
2—敏感栅 4—基底
（a）金属丝短接式；（b）金属箔式； （c）用于扭矩测量；（d）用于流体压力测量
第二节. 电阻式传感器
一、金属应变式传感器—粘贴技术
第一节. 概 述
传感器的组成 敏感元件
被测量
转换元件 辅助电源
基本转换电路
电量
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 某一物理量的元件。 转换元件，敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电 路参量。
基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电 路），便可转换成电量输出。
1
2
灵敏度
3
2
N 0 dA dL 2
dL N 2 0 S dA 2
变截面式
第三节. 电感式传感器
一、自感式电感传感器 — 螺管式电感传感器 螺管型自感传感器 单线圈螺管型传感器主要包括：螺管线圈和圆柱形铁芯 传感器工作时，因铁芯在线圈中伸入长度的变化，引起螺管 线圈自感值的变化，当用恒流源激励时，则线圈的输出电压与
的场合。
(a) 相同极性端粘结 (b) 不同极性端粘结
第五节. 压电式传感器
二、工作原理 — 压电传感器的测量电路
压电传感器本身的内阻抗很高，而输出能量较小，因此它
的测量电路通常需要接入一个高输入阻抗前置放大器。
前置放大器作用：一是把它的高输出阻抗变换为低输出阻 抗；二是放大传感器输出的微弱信号。 压电传感器的输出可以是电压信号，也可以是电荷信号， 因此前置放大器也有两种形式：电压放大器和电荷放大器。
容器内介质的介电常数 1
容器上面气体介质介电常数 2
输出电容C与液面高度L1成线性关系
第四节. 电容式传感器
三、变介电常数型电容传感器 — 应用
此方法可用来对不同材料如 纸、塑料膜、合成纤维等的 厚度进行测定
此方法可用来测量位移
第五节. 压电式传感器
一些物质在外力作用下表面会产生电荷；
第四章 传感器的基本类型 及其工作原理
1. 概 述； 2. 电阻式传感器； 3. 电感式传感器； 4. 电容式传感器； 5. 压电式传感器； 6. 磁电式传感器。 7. 热电式传感器； 8. 光电式传感器； 9. 霍尔传感器； 10. 数字式传感器； 11. 传感器信号处理电路。
动力装置电控技术研究所
五、湿敏传感器
有些材料的电阻值会随空气湿度的变化而变化，利用此
原理制成的传感器，称为湿敏电阻传感器。
第三节. 电感式传感器
电感式传感器，利用线圈自感或互感的变化，把被测物
理量如位移、振动、压力、流量等转换为线圈上电感量变
化的传感器。
电感式传感器
互感式电感传感器 自感式电感传感器
变气隙式电感传感器 变截面式电感传感器 螺管式电感传感器
温度引起的电阻变化：
第二节. 电阻式传感器
一、金属应变式传感器—温度补偿
温度补 偿方法
① 桥路补偿法
② 应变片自补偿法
选择特定的应变片 采用双金属敏感栅自补偿应变片 热敏电阻补偿
R1R4 R2 R3 U0 E ( R1 R2 )( R3 R4 )
取值 R1 R2 R3 R4 R 则有：
x方向, 为电轴； y方向, 为力轴；
Z方向, 为光轴.
第五节. 压电式传感器
二、工作原理 — 压电元件连接方式
并联接法输出电荷大，本身电 容大， 时间常数大，适宜用在测 量慢变信号并且以电荷作为输出
量的场合。
串联接法输出电压大，本身电 容小，适宜用于以电压作输出信
号，并且测量电路输入阻抗很高
(U L )m0 (U L )m0 (U L )m0 100% [1 ] 100% 非线性相对误差 (U L )m0 (U L )m0 [1
当位移量 x 1/ 2 时,
1 ] 100% 1 mx(1 x)
电位计式传感器原理图
得最大相对误差 max 为
一、金属应变式传感器 金属电阻应变计效应：金属导体（电阻丝）的电阻值随其变形 （伸长或缩短）而发生变化的一种物理现象。 已知导体（一根圆截面的金属丝）的电阻：
F
l
d
金属丝的原始长度 金属丝的原始横截面积
l R s
金属丝的原始电阻
金属丝的原始电阻率
第二节. 电阻式传感器
一、金属应变式传感器 设金属丝在外力作用下沿轴线伸长，伸长量设为 △ ll ，并因此截面 积变化 △ A ，电阻率的变化为 △ ρ ，相应的电阻变化为 dR dR。对 A l 式 R 全微分得电阻变化率 dR dR/R / R 为： s
构件的线胀伸长量为 应变片处于自由状态 应变片产生附加变形
lg lgln t
ln lnln t
lg 为构件线胀系数
ln 为应变片线胀系数
lt'' (lg ln )ln t
Rt' Rt
Rt R[ k (lg ln )]t
（2）温度对电阻的影响
选择材料时满足 k (lg ln )
R1 R2
② 采用双金属敏感栅自补偿应变片 选择材料时满足 R1 R2 则可实现
温度补偿
双金属丝敏感栅
③ 热敏电阻补偿法
第二节. 电阻式传感器
二、半导体式压阻传感器 很多固体材料受到应力作用，电阻率会发生变化，称为压阻效应
半导体材料的压阻效应最为明显，如硅/锗压阻式传感器
压力传感器
ａ）结构图 ｂ）主要元件硅环
第二节. 电阻式传感器
二、半导体式压阻传感器 压阻式加速度传感器
当质量块受加速度作用时，硅梁根部受应力作用.
第二节. 电阻式传感器
电阻式压力传感器
电阻应变式力传感器
电阻式压力传感器
电阻应变式力传感器
第二节. 电阻式传感器
三、电位计式传感器 用于角位移和线位移测量的电阻式传感器
第一节. 概 述
传感器的分类
（1）按被测物理量分类 被测量为压力、温度、速度等物理量，相应的为压力 传感器、温度传感器等 （2）按测量原理分类
基于物理学现象，如电阻式传感器、电感式传感器、 电容式传感器、压电式传感器等
（3）按输出信号性质分类 模拟式传感器、数字式传感器
第二节. 电阻式传感器
电阻式传感器：将被测的量转变为电阻变化的一种传感器。
第四节. 电容式传感器
电容式传感器是将被测物理量的位移转换为电容量的变化，再 通过配套的测量电路，将电容的变化转换为电信号输出。
0 s 两极板间的电容量 C
上式中： ε0 — 真空的介电常数； s — 极板的遮盖面积； ε — 极板间相对介电系数； δ — 两平行极板间的距离。
第四节. 电容式传感器
第三节. 电感式传感器
一、自感式电感传感器 — 变气隙式电感传感器
N2 线圈电感量 L Rm
N 线圈匝数；Rm 磁路的总磁阻
如果气隙厚度 较小，则 总磁阻值为：
Rm
li 2 2 i Ai 0 A 0 A
自感式电感传感器的结构
N 2 0 A L 2
第三节. 电感式传感器
铁芯的位移量有关