《测试技术》5.常用传感器(完整版)
安全检测技术(第三版)安全检测常用传感器
（2）.
电阻应变片(简称应变片）的种类繁多，但基本构造大
体相同，都是由敏感栅、基底、覆盖层、引线和粘合剂构成，
如图3-4所示。
4引线
3覆盖层
1基底
2电阻丝
(a)
(b)
图3-4电阻应变片的基本结构
3. 按能量转换的方式分类
按转换元件的能量转换方式，传感器可分为有源型和无源型两 类。有源型也称能量转换型或发电型，它把非电量直接变成电压 量、 电流量、电荷量等(如磁电式、压电式、光电池、热电偶 等)；无源型也称能量控制型或参数型， 它把非电量变成电阻、 电容、 电感等量。
4. 按输出信号的形式分类
其两个引出端UAB是电压输入端。电刷由电刷头和电刷臂组成
（电刷头一般焊接在电刷臂上），电刷被绝缘地固定在电位 器的转轴上，绕组与电刷头接触的工作端面用打磨和抛光的
方法去掉漆层，以便与电刷接触。另外两个引出端UAC是电压
输出端。
3.电阻应变式传感器
电阻应变式传感器由弹性敏感元件和电阻应变片组成。当 弹性敏感元件受到被测量作用时，将产生位移、应力和应变， 则粘贴在弹性敏感元件上的电阻应变片将应变转换成电阻的变 化。这样，通过测量电阻应变片的电阻值变化，从而确定被测 量的大小。
l
x
A
C B (a)直线位移型
A
C B (b)角位移型
e0
图3-2线绕电位器式 传感器的组成 (a)直线位移型 (b)角位移型； (c)非线性型
A
C
o
B
i
(c)非线性型
如图3-2所示，线绕电位器主要由骨架、绕组、电刷、 导电环及转轴等部分组成。线绕电位器的骨架一般由胶木等 绝缘材料或表面覆有绝缘层的金属骨架构成。根据需要，骨 架可做成不同的形状，如环带状、弧状、长方体或螺旋状等。 绕组即电阻元件，由漆包电阻丝整齐地绕制在骨架上构成，
测试技术Chapter5
传感元件：电阻应变片，它是一种把被测试件的应变量 转换成电阻变化量的传感元件。
比例关系
应变片受力 比例关系
应变
应变片电阻的变化
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武汉理工大学机电工程学院 10
测试技术基础
(2).工作原理
L
第五章 常用传感器
dL
R
A
P
D+dD
l
拉伸
D
拉伸
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武汉理工大学机电工程学院 14
测试技术基础
(4).金属电阻应变片
应变计
第五章 常用传感器
金属电阻应变片有: 1、丝式 2、箔式 3、薄膜式 优点:稳定性和温度 特性好. 缺点:灵敏度系数小.
金属应变计
dR E R S 60 ~ 170
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半导体应变计
武汉理工大学机电工程学院 13
测试技术基础
(3). 应变片的主要参数
第五章 常用传感器
1) 几何参数：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用 b×L 表示。 2) 电阻值：应变计的原始电阻值。 3) 灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。 4) 其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、 蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。
武汉理工大学机电工程学院 3
测试技术基础
第五章 常用传感器
2. 传感器的分类
(1)按被测物理量分类 位移传感器,流量传感器,温度传感器等. (2)按传感器元件的变换原理分类 电阻式,电容式,电感式,压电式,光电式等. (3)按传感器的能量传递方式分类
测试技术 常用传感器
第2节 电阻式传感器
二、变阻器式传感器 3、应用
变阻器式传感器常用于角位移和线位移的测量。 下图是测量线位移的变阻器式传感器的结构图。被测位移 使测量轴沿导轨轴移动时，带动电刷在滑线电阻上产生相同的 位移，从而改变电位器的输出电阻。精密电阻与电位器电阻构 成电桥测量电路，由此将被测位移量转换为电桥的电压输出。
第3节 电感式传感器
二、自感型 1、可变磁阻式
常用可变磁阻式传感器的典型结构有:可变导磁面积 型、差动型、单螺管线圈型、双螺管线圈差动型。双螺管 线圈差动型，较之单螺管线圈型有较高灵敏度及线性，被 用于电感测微计上，其测量范围为0～300μm，最小分辨 力为0.5μm。这种传感器的线圈接于电桥上，构成两个桥 臂，线圈电感L1、L2 随铁芯位移而变化，其输出特性如下 图所示。
第3节 电感式传感器
二、自感型 2、涡电流式
涡电流式传感器的变换原理是利用金属导体在
交流磁场中的涡电流效应。
第3节 电感式传感器
二、自感型 2、涡电流式
线圈自感量L的大小与金属板的电阻率ρ、磁导率μ、 厚度h、金属板与线圈的距离δ、激励电流角频率ω等参数 有关。若改变其中的某两项参数，而固定其它参数不变， 就可根据涡流的变化测量该参数。 L f ( , , h, , )
W2 L , Rm W：线圈匝数，Rm：磁阻。
因为
l 2 2 Rm A 0 A0 0 A0 W 2 0 A0 L 2 0 — —空气磁导率，0 4 107。
所以有：
结论：自感量 与气隙成反比，而与导磁截面 A0成正比。 L 积
第3节 电感式传感器
二、自感型 1、可变磁阻式
3、应变片的工作原理
(3)两种应变片的比较 ★工作原理不同：金属电阻应变片基于机械变形引起
测试技术 第二版 习题答案 完整版 贾民平 吐血拼整
绪论1 .举例说明什么是测试？答：(1) 测试例子：为了确定一端固定的悬臂梁的固有频率，我们可以采用锤击法对梁进行激振，再利用压电传感器、电荷放大器、波形记录器记录信号波形，由衰减的振荡波形便可以计算出悬臂梁的固有频率。
（2）结论：由本例可知：测试是指确定被测对象悬臂梁的属性—固有频率的全部操作，是通过一定的技术手段—激振、拾振、记录、数据处理等，获取悬臂梁固有频率的信息的过程。
2. 测试技术的任务是什么？答：测试技术的任务主要有:通过模型试验或现场实测，提高产品质量；通过测试，进行设备强度校验，提高产量和质量；监测环境振动和噪声，找振源，以便采取减振、防噪措施；通过测试，发现新的定律、公式等；通过测试和数据采集，实现对设备的状态监测、质量控制和故障诊断。
3. 以方框图的形式说明测试系统的组成，简述主要部分的作用。
（1）测试系统方框图如下：（2）各部分的作用如下：传感器是将被测信息转换成某种电信号的器件；信号的调理是把来自传感器的信号转换成适合传输和处理的形式；信号处理环节可对来自信号调理环节的信号，进行各种运算、滤波和分析；信号显示、记录环节将来自信号处理环节的信号显示或存贮。
模数（A/D）转换和数模（D/A）转换是进行模拟信号与数字信号相互转换，以便用计算机处理。
4.测试技术的发展动向是什么?传感器向新型、微型、智能型方向发展；测试仪器向高精度、多功能、小型化、在线监测、性能标准化和低价格发展；参数测量与数据处理向计算机为核心发展；第一章1 求周期方波的傅立叶级数（复指数函数形式），画出|c n|-w和j-w图。
解：(1)方波的时域描述为：(2) 从而：2 . 求正弦信号的绝对均值和均方根值。
解(1)(2)3.求符号函数和单位阶跃函数的频谱。
解：(1)因为不满足绝对可积条件，因此，可以把符合函数看作为双边指数衰减函数：其傅里叶变换为：(2)阶跃函数：4. 求被截断的余弦函数的傅里叶变换。
解：(1)被截断的余弦函数可以看成为：余弦函数与矩形窗的点积，即：(2)根据卷积定理，其傅里叶变换为：5.设有一时间函数f(t)与其频谱如图所示。
测试技术(第六章 常用传感器)2
1、金属热电阻
金属热电阻材料有铂、铜、镍、铑铁及铂钴合金等，在工业 生产中大量使用的有铂、铜两种热电阻。 (1)铂热电阻 铂的物理化学性能极为稳定，并有良好的工艺性。以铂作 为感温元件具有示值稳定，测量准确度高等优点，其使用范围是 －200℃~850℃。除作为温度标准外，还广泛应用于高精度工业 测量。 (2)铜热电阻 铜热电阻的使用范围是-50~150℃，具有电阻温度系数大 ，价格便宜，互换性好等优点，但它固有电阻太小，另外铜在 250℃以上易氧化。铜热电阻在工业中的应用逐渐减少。
电容量C
A q ，电荷q D F，开路电压u C 实际应用中有串联、并联连接方法：
串联时，C C / 2,U 2U , Q Q 并联时：C 2C ,U U , Q 2Q
压电式传感器适宜于动态测量，不适于静态 和缓变信号的检测。
2、测量电路 压电式传感器内阻很高，电荷信号又很微弱，故 需经过前置放大器的放大和阻抗变换，才可再进行后 续处理。 前置放大器为高输入阻抗放大器，有电压放 大器和电荷放大器两种。 电荷放大器应用广泛，电荷放大器为一个高增益 带电容反馈的运算放大器，略去电路中的电阻量后的 等效电路为下图所示。 与电压放大器相比， 电荷放大器的输出 电压与电缆长度、 分布无关，这为其 突出优点。
八、热电式传感器
国际实用温标有：开尔文温度T（K），摄氏温度t （℃），两者间的换算公式：
t ( C ) T (k ) 273.15K
O
工业生产中有各种测温方法，测温原理、所用感温元件、 测量电路和使用方法各不相同。以下介绍测温方法的分类 。
温度测量方法的分类
按测温原理和测温元件分类：膨胀式 压力式 电阻式 热电式 辐射式 按测温方式分类：接触式、非接触式方法
测试技术-(4)常用传感器5
光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到 红外线光的光能量，并能将光能转化成 电信号的器件。其工作原理是基于一些 物质的光电效应。由于被光照射的物体 材料不同，所产生的光电效应也不同， 通常光照射到物体表面后产生的光电效 应分为：外光电效应、内光电效应。
外光电效应
在光线作用下，物质内的电子逸出物体表面向外 发射的现象,称为外光电效应。
T To
4
(4.133)
2.
红外测温
辐射温度计一般用于800℃以上的高温测量，此外所 讲的红外测温则是指低温及红外光范围的测温。
图4.110 红外测温装置原理图
3. 红外热成像
• •
•
红外光是人的肉眼所不能看到的，因此不能 采用普通照相机原理来摄取红外图象。 红外热成像（Infrared thermal imaging）技 术：将红外辐射转换成可见光进行显示的技 术。 分类：
二、红外探测器
红外探测器：能将红外辐射量转化为电量的 装置。 分类：
热敏探测器； 光敏探测器。 利用半导体薄膜材料在受到红外辐射时产生的 热效应。 响应时间较长，约在10-3s的量级。 对辐射的各种波长基本上有相同的响应，其光 谱响应曲线平坦，在整个测量波长范围内灵敏 度基本不变，且能在常温下工作。
内光电效应
受光照物体(通常为半 导体材料)电导率发 生变化或产生光电动 势的效应称为内光电 效应。内光电效应按 其工作原理分为两种: 光电导效应和光生伏 特效应。
光电传感器的应用
红外辐射检测
一、红外辐射
红外辐射又称红外光，任何物体的温度只要高于绝对零度 （即-273.16℃）就处于“热状态”。处于热状态的物质分子 和原子不断振动、旋转并发生电子跃迁，从而产生电磁波。这 些电磁波的波长处于可见光的红光之外，因此称为“红外线”。 物体与周围温度失去平衡时，就会发射或吸收红外线，这便是 常说的热辐射，即红外辐射。红外线在电磁波谱中位于可见光 与微波之间，波长为0.76～1000μm（图4.106）。
测试技术-传感器部分
第三章常用的传感器传感器：感受或响应特定的被测量，并按照一定规律将其转换为易于测量、传输和处理的电信号输出的器件。
传感器的组成：传感器的核心部分是传感元件。
传感元件是把感受的非电量转换为电信号的器件。
１、元件式传感器传感元件直接感受被测量的传感器，传感元件就是一个独立的传感器，这种传感器称为元件式传感器。
２、结构式传感器如果传感元件感受的并不是被测量，而是一个与被测量有一定关系的某非电量。
那么，在传感元件之前必须有一个将被测量转换为传感元件能够接收的这个非电量的器件。
我们将其称为敏感元件或传递环节。
也就是说，这种传感器由以上两个环节组成，称其为结构式传感器。
第一节传感器的分类１、按被测量分类：位移传感器、力传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器、速度传感器等；２、按传感器的工作原理分类：机械式、电气式、光学式、流体式等；３、按信号变换特性分类：（１）物性型：依靠敏感元件材料本身的物理化学性质的变化来实现变换的（２）结构型：依靠传感器结构参数的变化来实现变换的４、按信号分类：数字式和模拟式；５、按敏感元件与被测对象之间的能量关系分类：（１）能量转换型：也称无源传感器，是直接由被测对象输入能量使其工作的。
（２）能量控制型：也称有源传感器，是从外部提供辅助能量使其工作的，并且由被测量来控制外部供给能量的变化。
第二节机械式传感器一、应用范围：机械工程中常见的传感器见表３－１（Ｐ56）原理举例见图３－３（P58）二、机械传感器作成的机械式指示仪表的特点优点：结构简单，可靠，使用方便，价格低廉，读书直观等缺点：受间隙影响，惯性大，固有频率低，只适用于测量缓变或静态被测量。
第三节电阻式传感器电阻式传感器是一种把被测量转换为电阻变化的传感器。
按照工作原理可分为变阻器式和电阻应变片式两类。
一、变阻器式传感器1、原理：它通过改变电位器的触头位置，把位移转换为电阻的变化。
根据下式R=ρL/A式中，ρ为电阻率，L为电阻丝的长度，A为电阻丝的截面积。
《测试技术基础》5.常用传感器(完整版)
b. 线圈在磁场中作旋转运动
e kWBA
其中，k－与结构有关的系数 （＜１），A－线圈的截面积， ω－角速度。
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②变磁阻式工作原理：一般通过改变传感器到被测对象间的气隙厚 度等方法来改变磁路磁阻。
热电偶是一种发电型传感器，其输出信号可直接接入记录仪 器。利用热电偶还可测量两点温差及温度场中多点的平均温度， 在实际使用时，还可利用不同被测对象构成热电偶，如测磨削温 度；可用车刀与零件构成一对热电偶，有关方面知识还可参考其 它专著。
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5.2.4 半导体光电效应式传感器
① 光电导效应――光的照射使半导体载流子（电子－空穴）浓度加 大，电导率增加，根据光电导效应可以制成光敏电阻。
R2
u
j (L1
2M 2 R22 ( L2 )2
L2 )
Z1 (R1 kR2 ) j(L1 kL2)
k
2M 2 R22 (L2 )2
由上式可看出：原线圈阻抗 Z0=R1+j ω L1 由于电涡流的影响, Z1变成 Z1=(R1+kR2)+j ω(L1-kL2) 式中：kR2:涡流反射电阻，
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③ 中间温度定理
EAB (t1, t2 ) EAB (t1, t3 ) EAB (t3, t2 )
一般热电偶的分度表（输出特性）是在冷端为0℃时给出的，若 测量时冷端不为0℃，则可据此修正。
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④热电偶相配定理
EAB (t1, t2 ) EAC (t1, t2 ) ECB (t, t2 )
《测试技术》复习要点2024-
《测试技术》2024考试题型及复习资料一、填空（2分*5=10分）测试的基本概念1.测试技术是（测量）和（试验）技术的统称。
测试的目的是( 获取被测对象信息)测量的目的是获取被测对象的（量值））。
2.按误差的性质（统计特征）分，测量误差可以分为：（系统误差、粗大误差和随机误差）。
按误差的表示方法分，误差可以分为：（绝对误差、相对误差和引用误差）3.信号频谱的特点：周期信号频谱的特点（离散非周期）/非周期（连续非周期）周期信号的频谱特点是：（离散性、谐波性和收敛性）。
周期信号的频谱是（离散）的，非周期信号的频谱是（连续）的。
非周期信号x(t)的傅里叶变换X(jf)是（频谱密度函数）联系信号时域与频率的数学工具是（傅里叶变换）信号在时域时移，其频谱在频域（相移），幅频（不变）4.测试系统的静态特性指标的定义，具体指标的定义在静态测量情况下，（测量装置的静态特性）描述实际测量装置与（理想线性时不变系统）的接近程度；5.测量装置的静态特性指标有：（线性度、灵敏度、回程误差、迟滞、分辨力）等。
6.精度等级为0.1级的电压表，表示该电压表的引用误差为（±0.1%）7.（非线性度）是指测量装置输入输出之间的关系与理想比例关系的偏离程度。
8.一阶测试系统适用于测量(低频或缓变)的被测量9.为了减小误差，在实际测试中，一固有频率为2kHz的二阶测试系统，适用于测量频率不超过(2/3kHz)的信号10.按型号的变换特征来分，玻璃管温度计属于（物性）型传感器。
电容传声器属于（结构）型传感器。
11.极距变化性的电容式传感器，器灵敏度与极距成（反比）12.交流电阻桥的实质是一个（乘法器/幅值调制器）器。
输出是（调幅波）13.信号调理包括（电桥、调制与解调和滤波放大）14.所谓平稳随机过程是指其（统计指标）不随时间的变化而变化的随机过程。
15.直接作用于被测量,并能够按一定的规律将被测量转换成同种或别种两只输出的器件称之为(传感器)。
《测试技术基础》期末试题及答案--
第一章 信号及其描述（一)填空题1、 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来传输的。
这些物理量就是 信号 ，其中目前应用最广泛的是电信号。
2、 信号的时域描述，以 时间 为独立变量;而信号的频域描述，以 频率 为独立变量。
3、 周期信号的频谱具有三个特点:离散的 ，谐波型 , 收敛性 。
4、 非周期信号包括 瞬态非周期 信号和 准周期 信号。
5、 描述随机信号的时域特征参数有 均值x μ、均方值2x ψ，方差2x σ;。
6、 对信号的双边谱而言,实频谱（幅频谱)总是 偶 对称,虚频谱（相频谱)总是 奇 对称。
（二）判断对错题（用√或×表示）1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。
( v)2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。
（ v ）3、 非周期信号的频谱一定是连续的。
（ x ）4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。
( x )5、 随机信号的频域描述为功率谱.（ v ）（三）简答和计算题1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。
2、 求正弦信号)sin()(0ϕω+=t x t x 的均值x μ，均方值2x ψ，和概率密度函数p （x ）。
3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。
4、 求被截断的余弦函数⎩⎨⎧≥<=T t T t t t x ||0||cos )(0ω的傅立叶变换。
5、 求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。
第二章 测试装置的基本特性（一）填空题1、 某一阶系统的频率响应函数为121)(+=ωωj j H ，输入信号2sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω 1/2 ,幅值=y √2/2 ，相位=φ -45 . 2、 试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和2224.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度。
电气测试技术第五章
应变片
直流电桥的工作原理 输出 U 0 U ab U ad
R1 R3 R2 R4 UI ( R1 R2 )(R3 R4 )
平衡条件： R R R R 1 3 2 4 工作时，各桥臂阻值变化，则输出电压U0 0 定义电桥的灵敏度为：
U0 SB R0 / R0
实际使用中，为了简化桥路设计，同时也为了得到电 桥的最大灵敏度，通常R1=R2=R3=R4=R0,即为等臂电桥.
半导体应变片：分为体型和扩散型两种。 体型：利用半导体材料的体 电阻制成。 扩散型：在半导体材料的基 片上利用集成电路工艺制成 扩散型电阻。 由于半导体(如单晶硅)是各向异性材料，因此 它的压阻效应不仅与掺杂浓度、温度和材料类型有 关，还与晶向有关(即对晶体的不同方向上施加力时， 其电阻的变化方式不同)。
2)桥路补偿法——电桥的和差特性
全桥自动补偿；半桥邻臂
3)热敏电阻补偿法——热敏电阻适当分压
3、应变片的布置和接桥方式
利用适当的布片和组桥方式消除温度变化和复合载 荷作用的影响，获得最大的输出灵敏度。 1）应变片应布置在弹性元件产生应变最大的位置，并 沿主应力方向贴片；贴片处的应变尽量与外载荷呈线 性关系（避开非线性区），同时应注意使该处不受非 待测载荷的干扰影响。 2）根据电桥的和差特性，选择适当的接桥方式，可以 使输出的灵敏度最大，同时又能排除非待测载荷的影 响并进行温度补偿。
R1 R1 R1 , R2 R2 R2
1 R0 Uo UI 2 R0
全桥接法:
R1 R1 R1 , R2 R2 R2， R3 R3 R3 , R4 R4 R4
R0 Uo UI R0
电桥的工作特性:
1）不同的接桥方式具有不同的电桥灵敏度，尽量采 用半桥双臂或全桥方式。
精品文档-测试技术与传感器(罗志增)-第5章
第5章 电感式传感器 图 5-10 电压输出型全波整流电路(全波电压输出)
第5章 电感式传感器
从图5-10的电路结构可知，不论两个次级线圈的输出瞬时
电压极性如何，流经电容C1的电流方向总是从2到4，流经电容
C2的电流方向总是从6到8，故整流电路的输出电压为
U 2
以
UU2240；U当68衔。铁当在衔零铁位在以零上位时时，，因因为为
线，虚线为实际特性曲线。
以上分析表明，差动变压器输出电压的大小反映了铁芯位
移的大小，输出电压的极性反映了铁芯运动的方向。
第5章 电感式传感器 图 5-9 差动变压器输出电压的特性曲线
第5章 电感式传感器 由图5-9可以看出，当衔铁位于中心位置时，差动变压器输
出电压并不等于零，我们把差动变压器在零位移时的输出电压称 为零点残余电压。它的存在使传感器的输出特性不经过零点，造 成实际特性与理论特性不完全一致。零点残余电压主要是由传感 器的两次级绕组的电气参数和几何尺寸不对称，以及磁性材料的 非线性等引起的。零点残余电压的波形十分复杂，主要由基波和 高次谐波组成。基波产生的主要原因是传感器的两次级绕组的电 气参数、几何尺寸不对称，导致它们产生的感应电势幅值不等， 相位不同，因此不论怎样调整衔铁位置，两线圈中的感应电势都 不能完全抵消。高次谐波中起主要作用的是三次谐波，其产生的 原因是磁性材料磁化曲线的非线性(磁饱和、磁滞)。零点残余电 压一般在几十毫伏以下，实际使用时，应设法减小它，否则将会 影响传感器的测量结果。
Δ 0
2
Δ 0
3
(5-8)
第5章 电感式传感器
由上式可求得电感增量ΔL和相对增量ΔL/L0的表达式，即
ΔL
L0
Δ 0
测试技术基础课件：传感器
传感器
4. 1. 3 传感器的发展趋势 1. 开发新材料、新型传感器 传感器材料是传感器技术的重要基础,由于材料科学的
进步,使传感器技术越来越成熟,传感器种类越来越多。除了 早期使用的半导体材料、陶瓷材料以外,光导纤维以及超 导材料的发展,为传感器技术的发展提供了新的物质基础。 未来将会有更多的新材料开发出来。鉴于传感器的工作机理 是基于各种效应和定律,由此启发人们进一步探索具有新效 应的敏感功能材料,并以此研制出基于新原理的传感器。其 中利用量子力学诸效应研制的高灵敏度传感器,可用来检测 极微弱的信号,是传感器技术发展的新趋势之一。
传感器
2. 传感器的集成化和多功能化 固态功能材料———半导体、电介质、强磁体的进一步 开发和集成技术的不断发展,为传感器集成化开辟了广阔的 前景。所谓集成化,就是在同一芯片上,或将众多同一类型的 单个传感器集成为一维线型、二维阵列(面)型传感器,或将传 感器与调理、补偿等电路集成一体化。前一种集成化使传感 器的检测参数由点到线到面到体不断扩展,甚至还能加上时 序,变单参数检测为多参数检测;后一种传感器由单一的信号 变换功能,扩展为兼有放大、运算、误差补偿等多种功能。 多功能集成传感器可以在一个集成传感器上同时测量多个被 测量。例如硅压阻式复合传感器,可以同时测量温度和压力。
传感器
3 )按被测量应力场分类 应变片按被测量应力场分类,可分为单向应力的应变片 和测量平面应力的应变片。 如图 4－4 ( a )所示为测量单向应力的应变片,图 4－4 ( c )、( d )所示为测量平面应力的应变片。可用两片以上的 电阻应变片组成测量平面应力的应变花。它又可分为测量主 应力已知的互成 90° 的二轴应变花,如图 4-4 (c )所示。测量 主应力未知的应变花一般由三个方向的三片式应变片组成, 如图 4-4 ( d )所示。
传感与测试技术-常用的传感器与敏感元
工作原理
R l
A
式中 —电阻率； l —电阻丝长度；
A —电阻丝截面积。
当电阻丝直径和材质一 定时，、A为
常量，则 R l
精选PPT
22
一、电阻式传感器
直线位移型
Ω V
精选PPT
3
第一节 常用传感器分类
1)按被测物理量分类
常见的被测物理量
机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 旋转角,转数,质量,重量,力;
声: 声压,噪声. 磁: 磁通,磁场. 温度: 温度,热量,比热. 光： 亮度，色彩
精选PPT
4
2)按工作原理分类:
应变式传感器、电容式传感器、压电式 传感器、磁电式传感器、光电式传感器 等。
飞机在停场时进行了清洗工作，由于洗完 飞机后没有及时将为了防止空速管进水而 封堵的胶布拆除，在凌晨执行航班前又没 有被检查出来，飞机起飞离港后由于气压 高度指示出现问题，时高时低，飞行员无 法正确判断飞机高度，最终飞机坠入到大 海里，导致机毁人亡！
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重要性
二战中日本海军发生的一次大丢颜面的“海军乙事件” （甲事件，就是著名的山本五十六事件）：1944年3月 31日，日本联合舰队参谋长福留繁中将等11人乘坐一 架水上飞机从帛硫群岛出发。由于起飞仓促，机长竟 忘记打开空速管的盖子。于是一行人就在没有空速和 高度数据的情况下飞行，途中因台风迫降，由于没有 准确的高度数据导致飞机坠毁。
第三章 常用的传感器与敏感元件
学习要求 了解传感器的分类 掌握常用传感器测量原理 了解传感器测量电路
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概述
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能 将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其 他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存 储、显示、记录和控制等要求。
(完整版)测试技术模拟题含答案
4常用传感器的变换原理4.1单选题1、导体应变片在外力作用下引起电阻变化的因素主要是（）。
(A)长度；(B)截面积；(C)电阻率；(D)温度2、在位移测量中，（）传感器适用于非接触测量，而且不宜受油污等介质影响。
(A)电容；(B)压电；(C)电阻；(D) 电涡流3、面积变化型电容传感器的灵敏度（）。
(A)正比于两块极板之间的线速度；(B) 正比于两块极板之间的线位移；(C) 正比于两块极板之间的间隙；(D)等于常数4、变极板间隙型电容传感器的输入与输出成（）关系。
(A) 正比；(B) 线性；(C)反比；(D) 平方5、下列第（）组传感器都是把被测量变换为电动势输出的。
(A)热电偶、电涡流、电阻应变；(B) 热电偶、霍尔、半导体气敏传感器；(C)硅光电池、霍尔、磁电；(D)压电、霍尔、电感式6、（）传感器适用于几米到几十米的大型机床工作台位移的直线测量。
(A) 电涡流；(B) 电容；(C) 压磁；(D)光栅7、下列第（）组传感器较适用于测量旋转轴的转速。
(A) 电涡流、电阻应变、电容；(B) 电磁感应、电涡流、光电；(C) 硅光电池、霍尔、压磁；(D) 压电、霍尔、电感式8、下面对涡流传感器描述正确的是（）。
(A)不受油污等介质影响；(B) 它属于接触测量；(C) 有高频透射式；(D) 有低频反射式9、关于极距变化型电容传感器，（）的说法是错误的。
(A) 极板之间的距离越小，灵敏度越高；(B) 电容与极板的位移成线性关系(C) 采用差动连接方式可以提高灵敏度；(D) 测量时，保持极板的覆盖面积不变10、关于可变磁阻式传感器，（）的说法是错误的。
(A) 自感与气隙长度成正比例，与气隙导磁截面积成反比例(B) 可以把双螺管差动型的线圈做为电桥的两个桥臂(C) 采用差动连接方式可以提高灵敏度和线性(D) 变气隙型的灵敏度比面积型的灵敏度高11、关于线性可变差动变压器（LVDT）传感器，（）的说法是错误的。
测试技术第三章常用的传感器
第三章常用的传感器1. 传感器：广义上，传感器是在特定条件下将感受到的物理量，按照一定规律变换为与之相应的、易于检测、便于传输、处理或显示的另一种物理量的测量装置或元件。
狭义上，传感器就是将非电量转换成电量的装置或元件。
因为电信号易于检测、远距离传输、存储、显示、再现和运算处理，所以通常是将被测量转化为电量。
2. 传感器的作用类似于人的感觉器官。
它把被测量，如力、位移、温度等，转换为易测信号，传送给测量系统的信号调理环节。
传感器也可以认为是人类感官的延伸，因为借助传感器可以去探索那些人们无法用感官直接测量的事物，例如，用热电偶可以测得炽热物体的温度；用超声波探测器可以测量海水深度；用红外遥感器可从高空探测地面上的植被和污染情况，等等。
因此，可以说传感器是人们认识自然界的有力工具，是测量仪器与被测事物之间的接口。
在工程上也把提供与输入量有给定关系的输出量的器件，称为测量变换器。
传感器就是输入量为被测量的测量变换器。
传感器处于测试装置的输入端，其性能将直接影响着整个测试装置的工作质量。
传感器技术是当今信息工程的三大重要支柱之一。
传感器技术（信息的采集和转换）、通讯技术（信息的传递）、计算机技术（信息的处理）。
第一节传感器的分类传感器分类方法很多。
1.按被测量分类可分为位移传感器、力传感器、温度传感器等；2. 按传感器工作原理分类可分为机械式、电气式、光学式、流体式等；3. 按信号变换特征可概括分为物性型和结构型。
物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理化学性质的变化来实现信号的变换的。
仍如用水银温度计测量，是利用水银的热胀冷缩现象；压电测力计是利用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量的变化而实现信号转换的。
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等。
4. 按输出信号分类可分为模拟式和数字式。
5. 按能量变换关系根据敏感元件与被测对象之间的能量关系，可分为能量转换型与能量控制型。
测试技术基础答案-常用传感器资料整理
4、介质变化型：可用来测量电介质的液位或某些材料的厚度、湿度
和温度等；也可用于测量空气的湿度。
(五)压电式传感器
1、压电传感器的工作原理是压电效应。
压电效应是指某些物质，如石英、鈦酸钡、鎬鈦酸铅等，当受到外
力作用时，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极化，表面上有电荷出
现，形成电场；当外力消失时，材料重新回复到原来状态，这种现象
x)
x RL
xp
RL xp
xp
关系。
由上式可见，只有当
Rp/RL0
时，才有 uo
x xp
ue
x
。所以要求后续
测量仪表的输入阻抗 RL 要远大于变阻器式传感器的电阻 Rp，只有这样
才能使输出电压和输入位移有较好的线性关系。
习题 3-9 试按接触式与非接触式区分传感器，列出它们的名称、变 换原理，用在何处？ 解：接触式：变阻器式、电阻应变式、电感式（涡流式除外）、电容 式、磁电式、压电式、热电式、广线式、热敏电阻、气敏、湿敏等传 感器。 非接触式：涡电流式、光电式、热释电式、霍尔式、固态图像传感器 等。可以实现非接触测量的是：电容式、光纤式等传感器。
称为压电效应。
三、习题解答
习题 3-2 试举出你所熟悉的五种传感器，并说明它们的变换原理。
解：涡电流式、热电偶式、压电式、差动变压器式、半导体应变片。
习题 3-3 电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各 有何优缺点？应如何针对具体情况来选用？ 解：电阻丝应变片主要利用导体形变引起电阻的变化，而半导体应变 片主要利用半导体电阻率的变化引起电阻的变化。电阻丝应变片主要 优点是性能稳定，线性较好；主要缺点是灵敏度低，横向效应大。半 导体应变片主要优点是灵敏度高、机械滞后小、横向效应小；主要缺 点是温度稳定性差、灵敏度离散度大、非线性大。选用时要根据测量 精度要求、现场条件、灵敏度要求等来选择。
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传感器作用及分类
5.1.2 传感器的分类
1. 按输出信号是模拟量还是数字量，可分成模拟传感器与数字传感器。 （I(t)，V(t)，数字量，频率量）。
2. 按变换原理，可分为参量型与发电型。 参量型：被测量使传感器本身的电参量R、L、C改变，这种传感器
工作时必须有外加电源，故又称为无源型，通常将其接入电桥，谐振电 路等信号调节器中，再变换成电压或电流量。
不同的材料虽然压电机理不同，但最终产生的效应是等同的。
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发电型传感器
2．压电变换元件的应用特性： 压电变换元件相当于电荷源，其等效电路为：
C C0 Ci
R R0 // Ri
电路方程： Q(t) Cv i.dt
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发电型传感器
dQ(t) C dv i C dv v
发电型：被测量使传感器产生电动势、电流、电荷，可直接接入放 大器或记录仪器，所以又称为有源型，一般不需外加电源，如热电偶、 压电型传感器等。但由于能量有限，通常还要接放大器。
2020/5/16Hale Waihona Puke 发电型参量型4
传感器作用及分类
5.1.3 传感器工作原理与标定
任何一种传感器其工作原理都是基于某一种物理现象或化学现象。这 种现象抽象成若干个物理量（其中有一个电量）按一定规律相互影响，可 用一个数学公式来表示（建立一个数学模型），即：
e w d
dt
电动势与磁通变化量有关。导致磁通变化的原因有多种，当线圈的匝 数及磁感应强度不变时，磁通的变化率与磁路的磁阻及线圈在磁场中的运 动速度有关。根据利用被测量改变线圈速度或磁阻的方式，可将电动式传 感器分成动圈式和变磁阻式。
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① 动圈式工作原理
a. 线圈在磁场中作直线运动
f＝Ｎ×ｎ
其中，f：感应电势频率 N：齿数 n：转速【演示】
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发电型传感器
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发电型传感器
5.2.2 压电式传感器
1．工作原理 压电效应，某些材料，如石英晶体和钛酸钡陶瓷，在某一方向受 力时，其表面产生电荷，电荷量的改变与受力情况有关，即
Q DF D：压电系数；F：施加力的大小
传感器在使用之前一般要进行标定，即确定输入与输出的关系，通常 由于制作误差和原理的理想化，使输入输出不能严格满足理想的物理公式。 所以，只有给定已知输入，确定输入、输出二者间关系后才能使用。
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发电型传感器
5.2 发电型传感器简介 5.2.1 电动式传感器（磁电式传感器）
1. 工作原理：根据电磁感应定理，一个匝数为w的线圈，当穿过该线圈的 磁通Φ发生变化时，其感应电动势的大小为：
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测试技术基础
机械工程及自动化学院
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检测技术 第五章 常用传感器
5.1 传感器作用及分类 5.2 发电型传感器 5.3 参量型传感器
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传感器作用及分类
5.1 传感器的作用与分类 5.1.1 传感器的作用
传感器是控制系统中的第一个环节，它具有两个作用： 1. 敏感作用：感受物理量的变化，以完成对被测信号的拾取。 2. 变换作用：将非电量变换成电量。 对应这两个作用，传感器一般由两部分 组成，即敏感元件与变换元件，二者有 时很容易分开，有时合二为一。
通常为电量的 y=f(x1,x2,……,xn) （通常为非电量） 如： R=ρL/A 就描述了四个物理量间的关系。
如果我们能够让被测量影响某一个参数，而通过该参数与另一个电参数 的变化来反映被测量的大小，那么一个传感器就制造出来了。所以一种传 感器的设计、研制都要基于某种物理效应，在此基础上再设计出敏感部分 的结构以及变换部分的结构。我们在下面介绍的各种传感器都是从某一基 本的物理概念或原理出发，根据物理量间的关系来分析相应的传感器结构 及特点。
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发电型传感器
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•（ 图a）
•（ 图b）
•（ 图c）
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发电型传感器
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发电型传感器
② 转速传感器及转速测量
测速发电机：工作原理与发电机原理相同。
e kWBA
开磁路转速传感器（如图所示）： 齿轮旋转时，探头与齿轮间气隙发 生变化，引起磁阻改变。线圈中的 感应电动势的频率与转速的关系式 为
e wBlv
其中，w－线圈匝数，B－磁感应 强度，l－单匝线圈有效长度，v －线圈与磁场的相对速度。
b. 线圈在磁场中作旋转运动
e kWBA
其中，k－与结构有关的系数 （＜１），A－线圈的截面积， ω－角速度。
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发电型传感器
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发电型传感器
②变磁阻式工作原理：一般通过改变传感器到被测对象间的气隙厚 度等方法来改变磁路磁阻。
dt
dt
dt R
两边进行拉普拉斯变换有：
SQ(s) CSV (s) 1 V (s) R
1 H (s) V (s) RS C
Q(s) RCS 1 1 1 RSC
H ( j) 1/ C
1
1
jcR
当输入 F(t) F0 sin0t 时
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发电型传感器
Q(t) DF0 sin0t Q0 sin0t
输出： u(t) Q0 | H ( j0 ) | sin[0t (0 )]
其幅值： V0
Q0 / C
1 (CR10 )2
DF0 / C
1 (CR10 )2
可见，若想使输出信号保持一定的幅值，ω有一个范围，或者说
2. 电动式传感器的构成及其应用
① 振动测量 • 动圈式相对速度传感器：由两部分组成，一部分安装在被测物体上，通
常是磁铁与壳体，另一部分是线圈，固定在参照物体上；当两个物体产 生相对运动时，便产生电压量输出。（ 图a） • 动圈式绝对速度传感器：传感器壳体固定在被测振动物体上，当壳体以 大于某一频率点的频率振动时，线圈芯轴系统（质量大，惯性力大）相 对于大地是静止的，因此壳体磁钢与线圈之间的相对速度就是被测物体 的绝对速度，线圈以这一速度切割磁力线，产生的电动势的大小即反应 了被测对象的运动速度。 （ 图b） • 变磁阻式电动式传感器：探头的磁极与振动物体间有一气隙，当振动物 体振动时，气隙变化引起磁路磁阻改变，线圈磁通发生变化，输出电动 势与振幅成比例。 （ 图c） 【演示】