第三章 常用传感器PPT课件
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pw4第三章传感器222-PPT资料129页
4、涡流传感器的应用
涡流式电感传感器主要用于位移、振动、转 速、距离、厚度等参数测量，它可实现非线性测 量，下图是涡流式传感器测厚和涡流式传感器用 于零件计数的例子。
电阻分压电路
x 输入位移 输出电压 u y
uy
u0 x p R p (1
x
)
x RL
xp
当 RL
R p时：u y
u0 xp
x
uy
x xp
u0
负载效应
变阻器式传感器的性能参数
1. 线性(或曲线的一致性); 2. 分辨率; 3. 整个电阻值的偏差; 4. 移动或旋转角度范围; 5. 电阻温度系数; 6. 寿命;
]
2L0x0[1(x0)2 ]
当x01 ， 有 L差2L0x0
S L差 x
2L0
0
2W22u002A0
2S单
当
x
0
1，有
L差
2 L0
x
0
差动连接的优点
灵敏度提高一倍 非线性误差减小 稳定性好 有补偿作用
L2 LL1
L1L2
0
x
L2
L W 2u0 A0
dR2E
R
dR
S R 12 E
2、金属电阻应变片：
①工作原理： dR (1 2 )
R dR
S R 1 2 常量
金属应变片：应变效应为主，压阻效应很小
②结构：
丝式 箔式
a．丝式：
四个基本部分组成：
丝式
敏感栅（电阻丝） 基片 覆盖层 引出线
设一根电阻丝，未 受力时的原始电阻值：
R l
A
常用传感器工作原理(电感式)PPT课件
成正比。
L L=f(A)
L=f(δ) δ, A
图4-2 变面积型电感传感器
1-衔铁 2-铁芯 3-线圈
图4-3 电感传感器特性
6
变 面 积
L N 20A 2
传感器灵敏度为：
k dL N 20 dA 20
式
变面积型自感传感器的自感与面积成线性关系， 但这种传感器的灵敏度较低。
7
变
L N 20A
1
44
3
3
12 （a） 变气隙型
4 （c） 螺管型
1-线圈 2-铁芯 3-衔铁 4-导杆
13
变气隙型差动式自感传感器
衔铁下移：
L
N 2 A 0
1 2( )
0
N 2 A
L
0
2 2( )
0
L1L01 0 0 2 0 3......
L2L01 0 0 2 0 3......
忽略高次项：K
2L0 0
1
3
2lc
x 2l
4
线圈Ⅰ
将两差动电感接入交流电桥的相邻桥臂
Δlc
r
线圈Ⅱ
差动式螺管式传感器是一种开磁路的电感传感器，磁路中相当部分
是空气，无明显的边界，因此分析复杂。主要特点是可构成较长 的线性区，用于测量大线位移。缺点是灵敏度比变气隙传感器低，
体积较大。
15
3）自感传感器测量电路-交流电桥：
前面已提到差动式结构可以提高灵敏度，改善线性，所以交流电桥也多采 用双臂工作形式。通常将传感器作为电桥的两个工作臂，电桥的平衡臂可 以是纯电阻，也可以是变压器的二次侧绕组或紧耦合电感线圈。
11
2）差动式自感传感器:
在实际使用中，常采用两个相同的传感线圈共用一个衔 铁，构成差动式自感传感器，两个线圈的电气参数和几 何尺寸要求完全相同。这种结构除了可以改善线性、提 高灵敏度外，对温度变化、电源频率变化等的影响也可 以进行补偿，从而减少了外界影响造成的误差。
L L=f(A)
L=f(δ) δ, A
图4-2 变面积型电感传感器
1-衔铁 2-铁芯 3-线圈
图4-3 电感传感器特性
6
变 面 积
L N 20A 2
传感器灵敏度为：
k dL N 20 dA 20
式
变面积型自感传感器的自感与面积成线性关系， 但这种传感器的灵敏度较低。
7
变
L N 20A
1
44
3
3
12 （a） 变气隙型
4 （c） 螺管型
1-线圈 2-铁芯 3-衔铁 4-导杆
13
变气隙型差动式自感传感器
衔铁下移：
L
N 2 A 0
1 2( )
0
N 2 A
L
0
2 2( )
0
L1L01 0 0 2 0 3......
L2L01 0 0 2 0 3......
忽略高次项：K
2L0 0
1
3
2lc
x 2l
4
线圈Ⅰ
将两差动电感接入交流电桥的相邻桥臂
Δlc
r
线圈Ⅱ
差动式螺管式传感器是一种开磁路的电感传感器，磁路中相当部分
是空气，无明显的边界，因此分析复杂。主要特点是可构成较长 的线性区，用于测量大线位移。缺点是灵敏度比变气隙传感器低，
体积较大。
15
3）自感传感器测量电路-交流电桥：
前面已提到差动式结构可以提高灵敏度，改善线性，所以交流电桥也多采 用双臂工作形式。通常将传感器作为电桥的两个工作臂，电桥的平衡臂可 以是纯电阻，也可以是变压器的二次侧绕组或紧耦合电感线圈。
11
2）差动式自感传感器:
在实际使用中，常采用两个相同的传感线圈共用一个衔 铁，构成差动式自感传感器，两个线圈的电气参数和几 何尺寸要求完全相同。这种结构除了可以改善线性、提 高灵敏度外，对温度变化、电源频率变化等的影响也可 以进行补偿，从而减少了外界影响造成的误差。
《机械工程测试技术》第三章PPT课件
. 机械工程测试技术基础
1
第一节 传感器的分类
1、按被测量分类
位
力
温
湿
移
传
度
度
传
感
传
传
感
器
感
感
器
器
器
2020年10月19日星期
. 机械工程测试技术基础
2
机械式
3、按信号变换特征
2、
按
电气式
物性型
结构型
工
作
光学式
4、按能量关系
原
流体式
理
能量转换
能量控制
型(无源)
型(有源)
5、按输出信号：数字式、模拟式
8
第三节 电阻式传感器
电阻式传感器—一种把被测量转换为电阻变化的传感器。 分类— （一）变阻器式； （二）电阻应变式 一．变阻器式传感器（电位差计式） 定义：通过改变电位器触头位置，把位移转换为电阻的
变化。 根据电阻公式电阻R 为
R l
A
（3-1）
式中：ρ—电阻率；l—电阻丝长度； A—电阻丝截面积
从式中看出当电阻丝直径和材质一定时，电阻值随导线
长度而变化。
分类：（1）直线位移型 （2）角位移型 （3）非线性型
如图3-5 所示
2020年10月19日星期
. 机械工程测试技术基础
9
R
Δα
α
Δx C x
A
C
B a)
A B
C b)
x
A
B
c)
2020年10月19日星期
图3-5 变阻器式传感器
a) 直线位移型 b) 角位移型
C
c)非线性型
. 机械工程测试技术基础
3章1气敏传感器精品PPT课件
1－外壳（接地）2－安装螺栓 3－搭铁线 4－保护管
5—补偿电阻 6－陶瓷片 7－TiO2氧敏电阻 8－进气口
9－引脚 10.10.2020
14
氧浓度传感器外形
可用于汽车 尾气测量
10.10.2020
15
汽车尾气分析
10.10.2020
16
有毒气体传感器的使用
伊拉克战争中美国士兵就配备了一个可探测有毒 气体的传感器(工作时间仅为20多秒)
3.3 气敏电阻
在现代社会的生产和生活中，人们往往会 接触到各种各样的气体，需要对它们进行检 测和控制。比如化工生产中气体成分的检测 与控制；煤矿瓦斯浓度的检测与报警；环境 污染情况的监测；煤气泄漏：火灾报警；燃 烧情况的检测与控制等等。气敏电阻传感器 就是一种将检测到的气体的成分和浓度转换 为电信号的传感器。
10.10.2020
甲醛传感器CH2O/S-10: 测量范围 : 0- 10 ppm(百万分之一 ) 最大负荷 : 50ppm 工作寿命 : 空气中3年
17
3.2 湿敏电阻传感器
绝对湿度：是指大气中水汽的密度，即每 一立方米大气中所含水汽的质量(克数)。
相对湿度：是大气中实有水汽压与当时温 度下饱和水汽压的百分比，是日常生活中常用 来表示湿度大小的方法。当相对湿度达100%时， 称饱和状态。
其电阻率 变化约有多少 个数量级？
10.10.2020
27
电子相对湿度仪表的标定仪器 干球
湿球
干湿球湿度计外形及原理量相对湿度
风
玻璃酒精 温度计
棉球 水槽
上页中，左边的玻璃温度计（湿球）用湿棉 球包裹，并浸没在水槽里。湿棉球由于水份蒸 发，所以其温度低于室温，致使湿球的示值低 于干球。查对应的湿度表就可知道空气的相对 湿度。虽然干湿球湿度计的历史悠久，但现在 还经常用它作为电子相对湿度仪表的标定仪器。
第三章电容传感器PPT课件
第22页/共74页
3.2电容传感器的性能改善
电容传感器虽然有许多独具的优点，但由于它的工作 原理、结构特点而使它也存在一些缺点，在实际使用时需采 取相应的技术措施来改善。
1.静电击穿问题
该问题在3.1节中作过介绍,具体办法就是在电容中
加 容
入 为
介 :
质
,
防
止
静c
电
击穿
dg
,A见
图3
d0
-
3
所
示
说明：
电容C的相对变化△C/C0与角位移也呈线性关系，因此可用来测量角位移
的变化，理论测量范围0-π，但实际由于边缘效应等原因达不到该测量范 围。
3.齿形极板的电容式线性位移传感器 图3-1（j）是一齿形极板的电容式线性位移传感器的原理图。它是
图3-2的一种变形。采用齿形极板的目的是为了增加遮盖面积，提高灵敏 度。
01
d2 2
第20页/共74页
３.１电容传感器的结构原理
则有:
1 1
C
C C0
C0
x a
d1
2 1
d2 2
说明:
(1)变面积介质传感器电容量的相对变化△C/C0与位 移△x呈线性关系。
(2) 该类型传感器可用来测介质厚度,鉴别介质种类或 测量介质位移变化等.
第21页/共74页
３.１电容传感器的结构原理
体（包括仪器中的各种元件甚至人体）之间产生电容联系，这 种电容称为寄生电容。由于传感器本身电容很小，所以寄生电 容可能使传感器电容量发生明显改变；而且寄生电容极不稳定， 从而导致传感器特性的不稳定。
第26页/共74页
3.2电容传感器的性能改善
为了克服上述寄生电容的影响，必须对传感器进行静电屏蔽，即将电容器极板放 置在金属壳体内，并将壳体良好接地。出于同样原因，其电极引出线也必须用屏蔽线， 且屏蔽线外套须同样良好接地，但屏蔽线本身的电容量较大，且由于放置位置和形状不 同而有较大变化，也会造成传感器的灵敏度下降和特性不稳定。目前解决这一问题的有 效方法是采用驱动电缆技术，也称双层屏蔽等电位传输技术。
3.2电容传感器的性能改善
电容传感器虽然有许多独具的优点，但由于它的工作 原理、结构特点而使它也存在一些缺点，在实际使用时需采 取相应的技术措施来改善。
1.静电击穿问题
该问题在3.1节中作过介绍,具体办法就是在电容中
加 容
入 为
介 :
质
,
防
止
静c
电
击穿
dg
,A见
图3
d0
-
3
所
示
说明：
电容C的相对变化△C/C0与角位移也呈线性关系，因此可用来测量角位移
的变化，理论测量范围0-π，但实际由于边缘效应等原因达不到该测量范 围。
3.齿形极板的电容式线性位移传感器 图3-1（j）是一齿形极板的电容式线性位移传感器的原理图。它是
图3-2的一种变形。采用齿形极板的目的是为了增加遮盖面积，提高灵敏 度。
01
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３.１电容传感器的结构原理
则有:
1 1
C
C C0
C0
x a
d1
2 1
d2 2
说明:
(1)变面积介质传感器电容量的相对变化△C/C0与位 移△x呈线性关系。
(2) 该类型传感器可用来测介质厚度,鉴别介质种类或 测量介质位移变化等.
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３.１电容传感器的结构原理
体（包括仪器中的各种元件甚至人体）之间产生电容联系，这 种电容称为寄生电容。由于传感器本身电容很小，所以寄生电 容可能使传感器电容量发生明显改变；而且寄生电容极不稳定， 从而导致传感器特性的不稳定。
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3.2电容传感器的性能改善
为了克服上述寄生电容的影响，必须对传感器进行静电屏蔽，即将电容器极板放 置在金属壳体内，并将壳体良好接地。出于同样原因，其电极引出线也必须用屏蔽线， 且屏蔽线外套须同样良好接地，但屏蔽线本身的电容量较大，且由于放置位置和形状不 同而有较大变化，也会造成传感器的灵敏度下降和特性不稳定。目前解决这一问题的有 效方法是采用驱动电缆技术，也称双层屏蔽等电位传输技术。
【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件.ppt
被测物理量，并将信号进行必要的转换输出。 一般把信号调理与转换电路归为辅助器件
例：
V
智能传感器 ——具有一定的信号调理、信号分析、误差校证、 环境适应等能力，甚至具有一定的辨认、识别、判 断的功能。
四、常用传感器的分类
位移传感器 按被测量 力传感器
温度传感器
机械式
按工作原理
电气式 光学式
流体式
模拟式 按输出信号 数字式
2. 测量电路：注意：零点残余电压的补偿； 位移正负的判断：相敏检波
3. 特点：精度高，可达0.1 m 线性范围大: 达 100 m
(3) 发展智能型传感器。
第二节 机械式传感器及仪器
敏感元件：直接感受被测物理量
敏感组件： 弹性体 输入：力，压力，温度等
输出： 弹性组件本身的变形 特点： 简单、可靠、使用方便，价低， 读 数直观；但固有频率低 弹性原件具有蠕变、弹性后效等现象 适宜： 检测缓变或静态被测量
蠕变：固体材料在保持应力不变的情况下，应变随 时间缓慢增长的现象
u0 xp
x
变阻器式传感器的优点：
简单、性能稳定、使2用0方m便
缺点：分辨力低，<20微米， 噪音较大 应用：测线位移，角位移
电阻式传感器应用
案例1：重量的自动检测--配料设备
原材料
比较 设定值
原理：用弹簧将力转换为 位移;再用变阻器将位移转 换为电阻的变化
二．电阻应变式传感器
应用：测应变、力、位移、加速度、扭矩等
变化过程： 机械量—— 变— L 变
此传感器适： 测较小位移，约为 0.001—1 mm 其它几种常用的可变磁阻式传感器：
1.面积变化型 机械量 x A0 L L W 20 A0 2
例：
V
智能传感器 ——具有一定的信号调理、信号分析、误差校证、 环境适应等能力，甚至具有一定的辨认、识别、判 断的功能。
四、常用传感器的分类
位移传感器 按被测量 力传感器
温度传感器
机械式
按工作原理
电气式 光学式
流体式
模拟式 按输出信号 数字式
2. 测量电路：注意：零点残余电压的补偿； 位移正负的判断：相敏检波
3. 特点：精度高，可达0.1 m 线性范围大: 达 100 m
(3) 发展智能型传感器。
第二节 机械式传感器及仪器
敏感元件：直接感受被测物理量
敏感组件： 弹性体 输入：力，压力，温度等
输出： 弹性组件本身的变形 特点： 简单、可靠、使用方便，价低， 读 数直观；但固有频率低 弹性原件具有蠕变、弹性后效等现象 适宜： 检测缓变或静态被测量
蠕变：固体材料在保持应力不变的情况下，应变随 时间缓慢增长的现象
u0 xp
x
变阻器式传感器的优点：
简单、性能稳定、使2用0方m便
缺点：分辨力低，<20微米， 噪音较大 应用：测线位移，角位移
电阻式传感器应用
案例1：重量的自动检测--配料设备
原材料
比较 设定值
原理：用弹簧将力转换为 位移;再用变阻器将位移转 换为电阻的变化
二．电阻应变式传感器
应用：测应变、力、位移、加速度、扭矩等
变化过程： 机械量—— 变— L 变
此传感器适： 测较小位移，约为 0.001—1 mm 其它几种常用的可变磁阻式传感器：
1.面积变化型 机械量 x A0 L L W 20 A0 2
《测试技术与传感器》课件第3章
图 3-2 应变式加速度传感器
图3-3是热电偶传感器，由两种不同的金属材料A、B烧 结的测量端用于测量被测温度T，另一端为参考端，其温度 为T0。当T≠T0时，由热电效应使回路中产生电动势，从而完 成温度的测量。在这里，两种不同的金属所组成的热电偶既
各种不同的传感器，其敏感元件、转换元件的表现形式 各不相同，组成方式也各有特点。
3.1 传感器的定义和组成 3.2 传感器的分类 3.3 传感器的一般特性 3.4 传感器的标定 思考题与习题
3.1 传感器的定义和组成
3.1.1 传感器的定义 传感器是能够感受规定的被测量，并按照一定的规律转
换成可用输出信号的器件或装置。传感器的定义有三层含义: (1) 传感器对规定的被测量有响应； (2) 传感器的输出与被测量之间成有规律的一一对应关
(线性回归分析)，此时拟合的直线其非线性误差较小。
曲线经线性化处理后将带来误差，这个误差称为非线性
误差，用γL表示。
L
Lmax YFS
100 %
(3-2)
2. 灵敏度
灵敏度是指被测量的单位变化引起的输出变化量，用S
表示。
y dy
S
lim x0
x
dx
(3-3)
当输入/输出完全呈线性关系时，S为常数；当输入/输出
图 3-1 传感器的组成
随着科技的进步，尤其是电子技术的迅速发展，已经出 现将传感器的敏感元件与信号调理电路集成在同一芯片上的 例子，或者甚至与MCU封装在一起，构成智能传感器，不 仅具备模拟信号的调理功能，还具备数字信号处理功能，因 此传感器组成的概念也在不断拓展和延伸。
图3-2所示为应变式加速度传感器，测量垂直方向的加 速度。当加速度变化时，质量块2的惯性力改变，导致应变 梁1变形，由应变片3输出加速度的变化。在这里，质量块2 是敏感元件，应变片3是转换元件。将应变转化为与加速度 变化对应的电信号的电路就是信号调理电路。
传感器课件 第3章
第2章 电阻式传感器
电阻式传感器的种类繁多，应用广泛，其基本原 理是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再 经相应的测量电路而最后显示被测量值的变化。
电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测 压、称重、测位移、测加速度、测扭矩、测温度等 测试系统。目前已成为生产过程检测以及实现生产 自动化不可缺少的手段之一。
输入变化量 输入
Rmax S 2(b h)n
xmax nt
kR
Rmax xmax
2(b h) St
ku
U max xmax
I • 2(b h) St
式中SR、SU分别为电阻灵敏度、电压灵敏度;ρ为导线电阻率;A为导线横截面 积;n为线绕电位器绕线总匝数；t为两线圈间的距离。
线性线绕电位器的电阻灵敏度和电压灵敏度除与电阻率ρ有关外,还与骨架尺寸 h和b、导线横截面积A(导线直径d）、绕线节距t等结构参数有关;电压灵敏度还与
电位器式传感器具有一系列优点，如结构简单、尺寸小、 重量轻、精度高、输出信号大、性能稳定并容易实现任意 函数。其缺点是要求输入能量大，电刷与电阻元件之间容 易磨损。
电位器的种类很多，按其结构形式不同，可分为线绕式、 薄膜式、光电式等；按特性不同，可分为线性电位器和非 线性电位器。目前常用的以单圈线绕电位器居多。
带来一定误差,这就是阶梯误差。电位器的阶
梯误差δj通常以理想阶梯特性曲线对理论特 性曲线的最大偏差值与最大输出电压值的百分
数表示,即
j
( 1 Umax 2n U max
)
1 2n
100%
❖ 电压分辨率和行程分辨率
❖
通常以没有小跳跃的理想阶梯特性来定义电
位器的电压分辨率（分辨物理量细节的能力）:在电
电阻式传感器的种类繁多，应用广泛，其基本原 理是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再 经相应的测量电路而最后显示被测量值的变化。
电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测 压、称重、测位移、测加速度、测扭矩、测温度等 测试系统。目前已成为生产过程检测以及实现生产 自动化不可缺少的手段之一。
输入变化量 输入
Rmax S 2(b h)n
xmax nt
kR
Rmax xmax
2(b h) St
ku
U max xmax
I • 2(b h) St
式中SR、SU分别为电阻灵敏度、电压灵敏度;ρ为导线电阻率;A为导线横截面 积;n为线绕电位器绕线总匝数；t为两线圈间的距离。
线性线绕电位器的电阻灵敏度和电压灵敏度除与电阻率ρ有关外,还与骨架尺寸 h和b、导线横截面积A(导线直径d）、绕线节距t等结构参数有关;电压灵敏度还与
电位器式传感器具有一系列优点，如结构简单、尺寸小、 重量轻、精度高、输出信号大、性能稳定并容易实现任意 函数。其缺点是要求输入能量大，电刷与电阻元件之间容 易磨损。
电位器的种类很多，按其结构形式不同，可分为线绕式、 薄膜式、光电式等；按特性不同，可分为线性电位器和非 线性电位器。目前常用的以单圈线绕电位器居多。
带来一定误差,这就是阶梯误差。电位器的阶
梯误差δj通常以理想阶梯特性曲线对理论特 性曲线的最大偏差值与最大输出电压值的百分
数表示,即
j
( 1 Umax 2n U max
)
1 2n
100%
❖ 电压分辨率和行程分辨率
❖
通常以没有小跳跃的理想阶梯特性来定义电
位器的电压分辨率（分辨物理量细节的能力）:在电