第四章常用传感器1
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《认识常见的传感器》课件
传感器在物联网中的应用
物联网传感器
物联网的发展离不开传感器技术的支持，传感器在智能家居、智能交通、智能农业等领 域的应用越来越广泛，为人们的生活和工作带来了便利。
物联网传感器发展趋势
随着物联网技术的不断进步，传感器将朝着更低功耗、更小体积、更高可靠性和更低成 本的方向发展。
传感器与其他技术的融合发展
详细描述
传感器可以监测人体的血压、血糖、 血氧饱和度等生理参数，以及检测癌 症标志物、病毒等，为医生提供快速 准确的诊断结果。
智能家居
总结词
在智能家居领域，传感器用于实现智能化控制和提升居住体验。
详细描述
传感器可以检测室内温度、湿度、光照、空气质量等环境参数，以及家庭成员的行动和习惯，实现智能化的家居 环境调节和节能控制。
《认识常见的传感器 》ppt课件
目录
• 传感器概述 • 常见传感器介绍 • 传感器的工作原理与特性 • 传感器的应用领域 • 未来传感器技术展望
01 传感器概述
传感器的定义与分类
定义
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感 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。
03 传感器的工作原理与特性
传感器的转换原理
电阻式传感器
利用电阻随环境变化而 变化的特性，将非电量 转换为电信号。
电容式传感器
利用电容器极板间电容 随环境变化而变化的特 性，将非电量转换为电 信号。
电感式传感器
利用线圈的电感随环境 变化而变化的特性，将 非电量转换为电信号。
磁电式传感器
利用磁电感应原理，将 非电量转换为电信号。
总结词
常用传感器与敏感元件优秀课件
优点：结构简单、性能稳定、使用方便。
缺点：因为受到制作更小直径的电阻丝的限制，分辨力 不高，很难小于20mm，其绕制较困难。此外，这种传感 器还有较大的噪声，主要因为电刷和电阻元件之间存在 磨损、接触面变动等。
3.3 电阻、电容与电感式传感器
一、电阻式传感器
2.电阻应变式传感器——应变片（核心/敏感元件） （1）金属电阻应变片 ※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。
常用传感器与敏感元件
1. 传感器（sensor/transducer）定义
工程测量中通常把直接作用于（感知）被测量，并 能按一定方式/一定规律将其转换成同种或别种量值输出 的器件。
物理量
电量
目前，传感器转换后的信号大多为电信号（如电压、
电流）或者电的参数信号（如电阻、电容、电感等）。因 而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电 信号的装置。
3.1 常用传感器分类
4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系:
能量转换型和能量控制型
能量转换型:又称无源传感器。直接由被测对象输入 能量使其工作。二者存在能量交换。例 如:热电偶温度计
能量控制型:又称有源传感器。从外部供给能量使传 感器工作，并且由被测量来控制外部供 给能量的变换。例如:电阻温度计
2. 传感器的构成
传感器由敏感器件/元件与辅助器件组成。敏感 元件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换 输出。
辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放 大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。
d V
Return
3.1 常用传感器分类
1)按被测物理量
常见的被测物理量
缺点：因为受到制作更小直径的电阻丝的限制，分辨力 不高，很难小于20mm，其绕制较困难。此外，这种传感 器还有较大的噪声，主要因为电刷和电阻元件之间存在 磨损、接触面变动等。
3.3 电阻、电容与电感式传感器
一、电阻式传感器
2.电阻应变式传感器——应变片（核心/敏感元件） （1）金属电阻应变片 ※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。
常用传感器与敏感元件
1. 传感器（sensor/transducer）定义
工程测量中通常把直接作用于（感知）被测量，并 能按一定方式/一定规律将其转换成同种或别种量值输出 的器件。
物理量
电量
目前，传感器转换后的信号大多为电信号（如电压、
电流）或者电的参数信号（如电阻、电容、电感等）。因 而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电 信号的装置。
3.1 常用传感器分类
4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系:
能量转换型和能量控制型
能量转换型:又称无源传感器。直接由被测对象输入 能量使其工作。二者存在能量交换。例 如:热电偶温度计
能量控制型:又称有源传感器。从外部供给能量使传 感器工作，并且由被测量来控制外部供 给能量的变换。例如:电阻温度计
2. 传感器的构成
传感器由敏感器件/元件与辅助器件组成。敏感 元件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换 输出。
辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放 大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。
d V
Return
3.1 常用传感器分类
1)按被测物理量
常见的被测物理量
《常用传感器》PPT课件
磁阻元件可用于位移、力、加速度等参 数的测量。
磁阻IC用于笔式验钞器
验钞笔顺着纸币上的 磁性防伪线扫描
3、磁敏管
磁敏二极管、三极管是继霍耳元件和磁敏电阻 之后迅速发展起来的新型磁电转换元件。它们具有磁 灵敏度高（磁灵敏度比霍耳元件高数百甚至数千倍） ；能识别磁场的极性；体积小、电路简单等特点，因 而正日益得到重视；并在检测、控制等方面Hale Waihona Puke 到普遍 应用。二、热敏传感器
热敏电阻是一种半导体温度传感器，它利用半导体材料 的电阻随温度显著变化这一特性制成的感温元件。它是由 某些金属氧化物按一定的配方比例压制烧结而成。在某一 温度范围内，根据测量热敏电阻阻值的变化，便可知道被 测介质的温度变化。
热敏电阻是非线性电阻，它的非线性特性表现在其电 阻值与温度间呈指数关系。
霍尔效应：通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁 场的方向上将产生电动势的现象。
I +++
Ｂ
－－－
－ －－
+
+
+
+
+
+
w
++ + l
d
VH
当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力 的作用，向内侧偏移，在半导体薄片c、d 方向的端面之间建立起霍尔电势。
产生霍尔效应的原理： 电子在磁场中运动受磁场力（洛仑兹力）的作用而产
生偏转运动，向垂直于磁场方向与电流方向的侧面聚 集。 在一侧面形成负电荷累积的同时，另一侧面形成正电 荷的累积。两端面间建立起霍尔电场。 电场对电子的作用力与洛仑兹力的方向相反，当它们 达到平衡时，就形成了稳定的霍尔电压。
若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线 成某一角度时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感 应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量， 这时的霍尔电势为
磁阻IC用于笔式验钞器
验钞笔顺着纸币上的 磁性防伪线扫描
3、磁敏管
磁敏二极管、三极管是继霍耳元件和磁敏电阻 之后迅速发展起来的新型磁电转换元件。它们具有磁 灵敏度高（磁灵敏度比霍耳元件高数百甚至数千倍） ；能识别磁场的极性；体积小、电路简单等特点，因 而正日益得到重视；并在检测、控制等方面Hale Waihona Puke 到普遍 应用。二、热敏传感器
热敏电阻是一种半导体温度传感器，它利用半导体材料 的电阻随温度显著变化这一特性制成的感温元件。它是由 某些金属氧化物按一定的配方比例压制烧结而成。在某一 温度范围内，根据测量热敏电阻阻值的变化，便可知道被 测介质的温度变化。
热敏电阻是非线性电阻，它的非线性特性表现在其电 阻值与温度间呈指数关系。
霍尔效应：通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁 场的方向上将产生电动势的现象。
I +++
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VH
当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力 的作用，向内侧偏移，在半导体薄片c、d 方向的端面之间建立起霍尔电势。
产生霍尔效应的原理： 电子在磁场中运动受磁场力（洛仑兹力）的作用而产
生偏转运动，向垂直于磁场方向与电流方向的侧面聚 集。 在一侧面形成负电荷累积的同时，另一侧面形成正电 荷的累积。两端面间建立起霍尔电场。 电场对电子的作用力与洛仑兹力的方向相反，当它们 达到平衡时，就形成了稳定的霍尔电压。
若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线 成某一角度时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感 应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量， 这时的霍尔电势为
《常用的传感器》课件
光敏传感器
测量环境中的光强度变化，常用于照明控制、安全 监测等领域。
湿度传感器
检测空气中的湿度水分含量，并输出相应的电信号。 广泛应用于农业、仓储、气象等领域。
压力传感器
感知物体或介质施加的压力，广泛应用于工业控制、 汽车制造等领域。
传感器的工作原理
1
具体案例说明
2
以压力传感器为例，介绍其工作原理和应用
探索传感器在医疗设备、疾病监测 和健康管理方面的创新应用，提高 医疗质量和效率。
传感器的未来发展趋势
智能化
传感器结合人工智能和 机器学习，实现自动化 监测、辨识和预测功能 的发展。
网络化
传感器通过无线网络互 联，实现信息共享和远 程监控，促进智慧城市 和物联网的发展。
小型化
传感器不断减小尺寸， 实现微型化和嵌入式应 用，提高可用性和集成 度。
常用传感器
探索常见的传感器类型、工作原理以及未来发展趋势。了解传感器在各领域 的应用，以及它们的重要性和潜力。
传感器概述
传感器是一种设备，能感知和检测环境中的物理量和信号，并将其转换为电 信号或其他易于处理的形式。传感器根据工作原理、应用领域等进行分类。
常见传其转化为电信号。常 用于气象、工业、医疗等领域。
示例。
3
原理简述
传感器利用物理效应或感知机制，通过转换 器件将信号转化为易于处理的形式。
案例分析
通过实际案例分析，深入理解其他传感器的 工作原理。
感性应用
工业领域的应用
探索传感器在工厂自动化、物流管 理等方面的应用，提高生产效率和 产品质量。
智能家居中的应用
医疗领域的应用
了解传感器在智能家居领域的应用， 实现智能控制、能源管理和安全保 障等功能。
测量环境中的光强度变化，常用于照明控制、安全 监测等领域。
湿度传感器
检测空气中的湿度水分含量，并输出相应的电信号。 广泛应用于农业、仓储、气象等领域。
压力传感器
感知物体或介质施加的压力，广泛应用于工业控制、 汽车制造等领域。
传感器的工作原理
1
具体案例说明
2
以压力传感器为例，介绍其工作原理和应用
探索传感器在医疗设备、疾病监测 和健康管理方面的创新应用，提高 医疗质量和效率。
传感器的未来发展趋势
智能化
传感器结合人工智能和 机器学习，实现自动化 监测、辨识和预测功能 的发展。
网络化
传感器通过无线网络互 联，实现信息共享和远 程监控，促进智慧城市 和物联网的发展。
小型化
传感器不断减小尺寸， 实现微型化和嵌入式应 用，提高可用性和集成 度。
常用传感器
探索常见的传感器类型、工作原理以及未来发展趋势。了解传感器在各领域 的应用，以及它们的重要性和潜力。
传感器概述
传感器是一种设备，能感知和检测环境中的物理量和信号，并将其转换为电 信号或其他易于处理的形式。传感器根据工作原理、应用领域等进行分类。
常见传其转化为电信号。常 用于气象、工业、医疗等领域。
示例。
3
原理简述
传感器利用物理效应或感知机制，通过转换 器件将信号转化为易于处理的形式。
案例分析
通过实际案例分析，深入理解其他传感器的 工作原理。
感性应用
工业领域的应用
探索传感器在工厂自动化、物流管 理等方面的应用，提高生产效率和 产品质量。
智能家居中的应用
医疗领域的应用
了解传感器在智能家居领域的应用， 实现智能控制、能源管理和安全保 障等功能。
第四章常用传感器与敏感元件
机械工程测试技术基础
第四章 常用传感器与敏感元件
当我象嗡嗡作响的陀螺一样高速旋转的时 候，就自然排除了外界各种因素的干扰， 抵抗着外界的压力。
皮埃尔·居里
Pierre Curie
法国 物理学家 1859－1906
China university of petroleum (Huadong)
中国石油大学（华东）机电工程学院1
激光测距传感器
控制和信 息融合计
算机
自主移动装配机器人
装配机械手 力觉传感器 触觉传感器
视觉传感器 超声波传感器
多传感器信息融合自主移动装配机器人
China university of petroleum (Huadong)
自补偿、自诊断、自校正、数据存储、分析、处理、通信
➢ 研究生物感官，开发仿生传感器； ➢ 传感器的集成化和多功能化。
China university of petroleum (Huadong)
中国石油大学（华东）机电工程学院12
机械工程测试技术基础
第四章 常用传感器与敏感元件
（1）机器人中的传感器信息融合
狭义上，非电信号
电信号。
非电量 敏感元件
转换元件
电量 测量电路
China university of petroleum (Huadong)
辅助电源
传感器的组成框图
中国石油大学（华东）机电工程学院5
机械工程测试技术基础
在非电量电测系统中的作用
第四章 常用传感器与敏感元件
被测 对象
非电量
传 感 器
电量 信 电量 号 调 理
机械工程测试技术基础
第四章 常用传感器与敏感元件
第四章 常用传感器与敏感元件
第四章 常用传感器与敏感元件
当我象嗡嗡作响的陀螺一样高速旋转的时 候，就自然排除了外界各种因素的干扰， 抵抗着外界的压力。
皮埃尔·居里
Pierre Curie
法国 物理学家 1859－1906
China university of petroleum (Huadong)
中国石油大学（华东）机电工程学院1
激光测距传感器
控制和信 息融合计
算机
自主移动装配机器人
装配机械手 力觉传感器 触觉传感器
视觉传感器 超声波传感器
多传感器信息融合自主移动装配机器人
China university of petroleum (Huadong)
自补偿、自诊断、自校正、数据存储、分析、处理、通信
➢ 研究生物感官，开发仿生传感器； ➢ 传感器的集成化和多功能化。
China university of petroleum (Huadong)
中国石油大学（华东）机电工程学院12
机械工程测试技术基础
第四章 常用传感器与敏感元件
（1）机器人中的传感器信息融合
狭义上，非电信号
电信号。
非电量 敏感元件
转换元件
电量 测量电路
China university of petroleum (Huadong)
辅助电源
传感器的组成框图
中国石油大学（华东）机电工程学院5
机械工程测试技术基础
在非电量电测系统中的作用
第四章 常用传感器与敏感元件
被测 对象
非电量
传 感 器
电量 信 电量 号 调 理
机械工程测试技术基础
第四章 常用传感器与敏感元件
第四章 常用传感器与敏感元件
《常用传感器》课件
线性度
衡量传感器输出与输入之间线性 关系的指标，通常以百分比表示 。线性度越高，传感器输出与输 入之间的关系越接近直线。
灵敏度
表示传感器输出变化量与输入变 化量之间的比例系数。灵敏度越 高，传感器对输入变化的响应越 快。
传感器的迟滞与重复性
迟滞
传感器在相同输入下，正向和反向输出之间的最大偏 差。迟滞现象会影响传感器的精度和稳定性。
总结词
通过电容值的变化来检测物理量的变化
详细描述
电容式传感器利用电容器件的电容值变化来 检测物理量，如压力、位移、湿度等的变化 。当被测物理量作用在电容器件上时，电容 器的电容量会发生变化，从而引起电路中电 振荡频率的变化，实现物理量的测量。
电感式传感器的工作原理
总结词
通过电感值的变化来检测物理量的变化
传感器的响应时间与频率响应
响应时间
传感器从接收到输入信号到产生所需输出所需的时间 。响应时间越短，传感器对输入变化的响应越快。
频率响应
传感器对不同频率输入信号的响应能力。频率响应宽的 传感器能够更好地处理高频信号，适用于快速变化的测 量需求。
05
传感器的应用实例
电阻式传感器的应用实例
总结词
在重量、压力、位移等物理量的测量中广泛应用
磁性传感器的工作原理
要点一
总结词
利用磁性材料的磁特性来检测物理量的变化
要点二
详细描述
磁性传感器利用磁性材料的磁特性来检测物理量，如磁场 、角度、位置等的变化。当被测物理量作用在磁性材料上 时，磁性材料的磁特性会发生变化，从而引起电路中磁通 量的变化，实现物理量的测量。
04
传感器的特性与参数
传感器的线性度与灵敏度
重复性
第四章第1节比色法与色度传感器
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T%
四、目视比色法（ colorimetry ）
观察方向
方便、灵敏，
不能定量测定光
的强度，准确度 差。常用于限界
ccc112
cc23
cc3 4
c4
分析。
1 2 4 8 16 40 x
五.色度传感器
色度传感器：用光电比色法测定溶液的吸光度。 用滤光片或特定波长的发光二极管得到较窄波长
第四章 其他传感器的初步应用
第一节 比色法与色度传感器
分光光度计通过比色原理测定浓度
你记得吗？ 《化学反应原理》p34
一、方法依据及分类
基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方 法，包括比色法、可见及紫外光度法及红外光谱法等。
比色分析法： 通过比较或测量有色物质溶液的颜色深度，
确定待测组分含量的分析方法。
4.打开计算机，进入软件系统， 显示色度传感器操作窗口。
5.点击“B”按钮，选择蓝色光源。 6.反复压缩、拉伸针筒，绘制透光率
随时间变化的曲线，记录实验结论。
NO2的制备 实验装置
（四）、实验结论
2NO2⇋N2O4平衡体系中，扩大体积，体系的压强瞬间 增小，透光率增大，平衡随即逆向移动，压强又逐渐增大， 透光率减小。反之，缩小体积，压强瞬间变大，透光率瞬 间变小，然后平衡正移，透光率增大。这说明平衡移动会 削弱，但不能消除外界条件的改变。
（二） 、实验器材
仪器：色度传感器、数据采集器、 比色皿、 计算机、大号针筒、橡皮塞、小刀、布
试剂：浓硝酸、铜片
（三） 、实验过程
1.橡皮塞切成方形，并使之恰好 塞紧比色皿口。
2.利用铜与浓硝酸反应获取NO2气 体，并收集在比色皿和针筒中。
《常用传感器》课件
发射式光电传感器
通过发射和接收光束来检测物体 的位置和检测距离。
接近传感器
利用光束的反射或散射来检测物 体的存在和距离。
颜色传感器
通过检测物体反射的光的波长来 识别物体的颜色。
重量传感器的设计和用途
1 电阻应变式传感器
通过测量应变引起的电阻 变化来测量物体的重量。
2 压力式传感器
通过测量物体受到的压力 来推断物体的重量。
通过测量电阻、电压或电流的变化来感知温度变化。
2
热敏电阻
根据温度变化引起的电阻变化来测量温度。
3
红外温度传感器
利用红外线辐射，通过感应和测量物体发射的红外辐射来获取温度信息。
压力传感器及其类型
电容式压力传感器
利用电容的变化来感知压力的变化。
压力膜片传感器
通过感知薄膜片的形变来测量压力。
压电式压力传感器
《常用传感器》PPT课件
本PPT课件将详细介绍常用传感器的定义、作用以及各种类型和应用场景，让 您对传感器有更深入的了解。
传感器的定义和作用
传感器是一种能够感知和监测环境中物理量或信息的装置。它们起着将非电信号转换为电信号的作用，是现代 科技和工程中不可或缺的重要组成部分。
温度传感器及其分类
1
热电温度计
3 电磁式传感器
通过测量电磁感应引起的 电流变化来测量物体的重 量。
振动传感器及其检测方法
1
加速度传感器
通过感知物体的加速度和震动来检测振动。
2
拉压传感器
通过感知物体在振动中受到的拉压变化来检测振动。
3
压电传感器
利用压电效应，将振动转化为电荷或电压信号。
电动传感器及其优缺点
感应电动传感器
常用传感器及其应用教学课件
2
工业机器人
光电传感器配合工业机器人使用，以检测和测量物体的位置和距离。
3
光电开关
光电传感器被应用为非接触式的开关，用于检测物体的存在或位置。
压力传感器的应用
医疗领域
压力传感器在医疗设备中用于监 测血压、呼吸、流体和气体等生 理参数。
汽车行业
压力传感器在汽车制动系统中用 于检测制动液的压力，以确保安 全和性能。
课程总结和评价
1 知识丰富
通过本课程，我们深入学 习了常用传感器及其应用 领域，扩展了专业知识。
2 实用性强
课程中的案例分享帮助我 们了解传感器在实际应用 中的价值和重要性。
3 启发思考
本课程激发了我们对创新 和技术发展的思考，促使 我们更深入地探索相关领 域。
常用传感器及其应用教学 课件PPT
在这个教学课件中，我们将深入探讨常用传感器的定义、作用及应用领域。 让我们一起来探索这些令人着迷的技术吧！
传感器的定义和作用
传感器是一种能够感知和检测物理、化学、生物等信号，并将信号转化为可读取的电信号或其他形式的设备。 传感器在现代技术中发挥着至关重要的作用。
常见的传感器及其原理
温度传感器
通过测量物体的温度变化来 检测温度信息，广泛用于自 动化控制、环境监测和智能 家居等领域。
光电传感器
利用光电效应转换物质对光 的作用，用于检测、测量和 控制光线的存在、强度、颜 色和位置。
压力传感器
通过测量物体受力后产生的 压强变化来检测压力信息， 常用于工业、医疗和汽车等 领域。
温度传感器的应用
暖通空调
温度传感器在暖通空调系统中用 于监测和控制室内温度，以提供 舒适的室内环境。
食品行业
温度传感器在食品加工和储存过 程中用于确保食品的安全性和质 量。
常用的传感器课件
详细描述
霍尔压力传感器利用霍尔效应原理，当一个 导体受到磁场作用时，会在导体中产生电动 势。在传感器中，磁场和导体受到压力的作 用，从而改变导体中的电动势。通过测量电 动势的变化，可以得知压力的大小。这种传 感器具有精度高、稳定性好等优点，常用于
测量气瓶压力。
04
湿度传感器
氯化锂湿度传感器
氯化锂湿敏电阻由吸湿性强的氯化锂等材料制成，其电阻值 随湿度的变化而变化。氯化锂湿敏电阻的优点是灵敏度高、 响应速度快、稳定性好，缺点是湿度传感器的输出阻抗较高 ，需要配合放大器使用。
光纤传感器在石油化工、电力 、交通等领域有广泛应用。
图像传感器
图像传感器是一种能够将光学图 像转换为数字信号的电子器件。
图像传感器通常由多个像素单元 组成，每个像素单元可以检测光
线的强度和颜色。
图像传感器广泛应用于数码相机 、摄像头、医疗影像等领域。
激光雷达传感器
激光雷达传感器是一种集激光扫描和 雷达测距于一体的传感器，可以获取 物体的三维坐标和表面信息。
缺点
不适合测量低粘度流体 ，且对流体中的杂质敏
感。
速度式流量传感器
原理
通过测量流体的速度来计算流量。
优点
结构简单、测量准确度高、响应速度快。
应用
常用于测量液体和气体流量，如自来水管道 、空气管道等。
缺点
需要直管段和稳定的流体状态，对流体中的 杂质敏感。
质量流量传感器
原理
通过测量单位时间内流过传感器的流 体质量来计算流量。
03
压力传感器
应变片式压力传感器
总结词
通过应变片感受压力变化，输出电阻变化信号的压力传感器 。
详细描述
应变片式压力传感器利用金属受压后产生微小形变的原理， 将压力转换为应变片的形变，从而改变其电阻值。通过测量 电阻值的变化，可以得知压力的大小。这种传感器广泛应用 于气瓶压力的测量。
轮07级轮机自动化第四章
越大，即灵敏度越高。
2.转换放大电路 转换放大电路
转换放大电路的作用是将上述差动电容的相对变化值转换成标准的电流输出 信号。还具有零点调整、量程调整、正负迁移和阻尼调整等功能。其原理框图如 图4-2-11所示。
返回本节
三、电动差压变送器
电动差压变送器将被测量的物理量转化为4～20mA的标准电流输出信号，目 前，在船舶机舱中主要以电容式电动差压变送器为主。 电容式差压变送器的基本组成可用方框图4-2-９表示。
图4-2-９ ９
电容式差压变送器组成方框图
1.测量部件 测量部件
测量部件的作用是把被测差压△Ｐ转换成电容量的变化，其核心是差动电容 敏感元件。差动电容敏感元件包括中心感压膜片（可动电极，正负压侧弧形电极 （固定电极），电极引线，正压侧、负压侧隔离膜片和基体等，如图4-2-10所示。
cH =
ε 1 A1
s1
=
εA
s0 + ∆ s
和c1 =
ε 2 A2
s2
=εALeabharlann s0 − ∆s 1 1 由上两式可得∆C = CH − CL = ε A − s0 − ∆s s0 + ∆s
由上式可知，两电容量的差值与测量膜片的们移成非线性关系，难以满足高 精度的测量要求。若取两电容之差与两电容之和的比值，则有
图4-1-9 电磁式流量传感器
3差压式流量传感器 差压式流量传感器 如图4-1-10所示
图4-1-10 差压式流量传感器
五.转速传感器 转速传感器
1.测速发电机 测速发电机 测速发电机有直流和交流两种形式。 测速发电机测得的转速信号可送至转速表来指示主机的转速和转向,但作为控制系 统中的转速反馈和转速逻辑鉴别信号,因不能使用电压,故必须经过整流把倒车负 极性电压信号转换成正极性电压信号,如图4-1-11所示:
传感器原理与应用习题第4章电容式传感器 (1)
《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案 教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书第4章 电容式传感器4-1 电容式传感器可分为哪几类？各自的主要用途是什么？答：（1）变极距型电容传感器：在微位移检测中应用最广。
（2）变面积型电容传感器：适合测量较大的直线位移和角位移。
（3）变介质型电容传感器：可用于非导电散材物料的物位测量。
4-2 试述变极距型电容传感器产生非线性误差的原因及在设计中如何减小这一误差？答：原因：灵敏度S 与初始极距0δ的平方成反比，用减少0δ的办法来提高灵敏度，但0δ的减小会导致非线性误差增大。
采用差动式，可比单极式灵敏度提高一倍，且非线性误差大为减小。
由于结构上的对称性，它还能有效地补偿温度变化所造成的误差。
4-3 为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特别重要？设计和应用中如何解决这些问题？答：电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其电容量都很小，属于小功率、高阻抗器，因此极易受外界干扰，尤其是受大于它几倍、几十倍的、且具有随机性的电缆寄生电容的干扰，它与传感器电容相并联，严重影响传感器的输出特性，甚至会淹没没有用信号而不能使用。
解决：驱动电缆法、整体屏蔽法、采用组合式与集成技术。
4-4 电容式传感器的测量电路主要有哪几种？各自的目的及特点是什么？使用这些测量电路时应注意哪些问题？4-5 为什么高频工作的电容式传感器连接电缆的长度不能任意变动？答：因为连接电缆的变化会导致传感器的分布电容、等效电感都会发生变化，会使等效电容等参数会发生改变，最终导致了传感器的使用条件与标定条件发生了改变，从而改变了传感器的输入输出特性。
4-6 简述电容测厚仪的工作原理及测试步骤。
4-7 试计算图P4-1所示各电容传感元件的总电容表达式。
4-8如图P4-2所示，在压力比指示系统中采用差动式变极距电容传感器，已知原始极距1δ＝2δ＝0.25mm ，极板直径D ＝38.2mm ，采用电桥电路作为其转换电路，电容传感器的两个电容分别接R ＝5.1k Ω的电阻后作为电桥的两个桥臂，并接有效值为U1＝60V 的电源电压，其频率为f ＝400Hz ，电桥的另两桥臂为相同的固定电容C ＝0.001μF 。
认识常见的传感器课件
常见的信号转换原理包括电阻式、电 容式、电感式、压电式、热电式等。
传感器通过敏感元件感受被测量，然 后通过转换元件将非电量转换为电量， 最后通过测量元件进行测量和输出。
传感器的特性参数
线性范围
传感器能够测量的被测 量范围，通常以满量程
或线性误差表示。
灵敏度
传感器输出变化量与输 入变化量之比，反映了 传感器对被测量的敏感
总结词
具有测量范围宽、精度高、可靠性好等优点
详细描述
电感式传感器具有测量范围宽、精度高、可靠性好等优点， 因此在自动化控制、机器人等领域得到广泛应用。
总结词
常见的类型有变磁阻式电感传感器和涡流式电感传感器
详细描述
根据不同的工作原理和应用需求，电感式传感器有多种类 型，常见的有变磁阻式电感传感器和涡流式电感传感器。
传感器的发展前景与挑战
新材料与新技术的应用
新材料
随着科技的进步，新型材料如纳米材 料、生物材料等在传感器领域的应用 逐渐增多，为传感器带来了更高的灵 敏度和稳定性。
新技 术
新兴技术如物联网、人工智能等为传 感器的发展提供了新的机遇，使得传 感器能够更好地与各类系统集成，实 现智能化和远程化。
智能化与集成化的发展趋势
总结词
常见的类型有光电管、光电倍增管和光电池等
详细描述
根据不同的工作原理和应用需求，光电式传感器有多种类 型，常见的有光电管、光电倍增管和光电池等。
传感器的工作原理与特性 分析
传感器的信号转换原理
传感器是一种能够将非电量转换为电 量的装置，其工作原理主要基于物理 或化学效应，如热、光、电、磁等。
总结词
常见的类型有平行板电容式传感器和圆柱形电容式传感器
详细描述
传感器课件(PPT)可修改全文
传感器
一传感器
1、有时被称为检测器、探测器或变换器
传感器：检测非电信号，并按一定规律使之转换 成电信号的器件或装置。
2、传感器结构
敏感元件：对某些非电信号的改变很敏感的元器 件 处理电路：对敏感元器件输出电信号进行放大和 去干扰的电路 2、敏感元件的工作原理
（1）热敏电阻 电阻的阻值对温度的变化 很敏感
B、环境监控，火灾报警装置
三、生活中的传感器 1、洗衣机中的传感器 （1）水位传感器 （2）负载传感器 （3）水温传感器 （4）赃物程度传感器等等 2、电冰箱中的传感器 靠传感器进行：温度控制、除霜温度控制、 过热及过电流保护。
3、家用报警器
火警报警器、 测温度，测流体流量
C、热敏电阻传感器（半导体） 随温度升高而电阻减小的热敏电阻 随温度升高而电阻增大的热敏电阻 特殊热敏电阻：在某特定温度电阻聚聚变化
应用：测温度，温度控制、过热保护 2、光传感器
用受到光照时能产生电压（电流）的金属或 半导体材料制成。
光传感器的应用： A、自动水龙头、自动旋转门：红外线传感器
（2）磁敏感元件 对磁感应强度变化敏感
传感器的简单应用
二、常用传感器 1、温度传感器
A、热双金属片传感器
将膨胀系数差别大的不 同金属片焊接或轧制成 一体
工作原理：受热后，双金 属片产生变形
B、热电阻传感器
金属的电阻R与温度t的关系 R R0 (1 t)
选材要求：要求 值（温度系数）稳定不因为
一传感器
1、有时被称为检测器、探测器或变换器
传感器：检测非电信号，并按一定规律使之转换 成电信号的器件或装置。
2、传感器结构
敏感元件：对某些非电信号的改变很敏感的元器 件 处理电路：对敏感元器件输出电信号进行放大和 去干扰的电路 2、敏感元件的工作原理
（1）热敏电阻 电阻的阻值对温度的变化 很敏感
B、环境监控，火灾报警装置
三、生活中的传感器 1、洗衣机中的传感器 （1）水位传感器 （2）负载传感器 （3）水温传感器 （4）赃物程度传感器等等 2、电冰箱中的传感器 靠传感器进行：温度控制、除霜温度控制、 过热及过电流保护。
3、家用报警器
火警报警器、 测温度，测流体流量
C、热敏电阻传感器（半导体） 随温度升高而电阻减小的热敏电阻 随温度升高而电阻增大的热敏电阻 特殊热敏电阻：在某特定温度电阻聚聚变化
应用：测温度，温度控制、过热保护 2、光传感器
用受到光照时能产生电压（电流）的金属或 半导体材料制成。
光传感器的应用： A、自动水龙头、自动旋转门：红外线传感器
（2）磁敏感元件 对磁感应强度变化敏感
传感器的简单应用
二、常用传感器 1、温度传感器
A、热双金属片传感器
将膨胀系数差别大的不 同金属片焊接或轧制成 一体
工作原理：受热后，双金 属片产生变形
B、热电阻传感器
金属的电阻R与温度t的关系 R R0 (1 t)
选材要求：要求 值（温度系数）稳定不因为
第四章讲义常用传感器
概述
3. 传感器的性能要求
➢ 工作范围或量程应足够大，具有一定的过载能力 ➢ 与检测系统匹配性好，转换灵敏度高 ➢ 精度适当，稳定性高 ➢ 反应速度快，工作可靠性高 ➢ 适应性和适用性强
5
第4章 常用传感器
概述
4. 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,压力,真空度,力矩,风速,流速, 流量;
• 声: 声压,噪声. • 磁: 磁通,磁场. • 温度: 温度,热量,比热. • 光： 亮度，色彩
▲
6
第4章 常用传Biblioteka 器电阻传感器4.2 电阻式传感器
电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器。
R l
A
•按工作的原理可分为:
电阻应变式 变阻器式 热敏式 光敏式 湿敏式
7
1.可调电位器
第4章 常用传感器
电阻传感器
(1).应变效应
R l A
➢导体或半导体在外力作用下产生机械变形而引起导体或 半导体的电阻值发生变化的物理现象称为应变效应。
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。
应变片受力 比例关系 应变 比例关系 应变片电阻的变化
10
(2).工作原理
第4章 常用传感器
第四章常用传感器
精品
第4章 常用传感器
概述
4.1 概 述
1. 传感器(Sensor)定义
传感器是能感受规定的被测量，并按照一定的规律 转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和 转换元件组成(GB766-87)。
狭义上，非电信号
电信号。
在非电量电测系统中的作用
敏感作用：感受并拾取被测对象的信号
3. 传感器的性能要求
➢ 工作范围或量程应足够大，具有一定的过载能力 ➢ 与检测系统匹配性好，转换灵敏度高 ➢ 精度适当，稳定性高 ➢ 反应速度快，工作可靠性高 ➢ 适应性和适用性强
5
第4章 常用传感器
概述
4. 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,压力,真空度,力矩,风速,流速, 流量;
• 声: 声压,噪声. • 磁: 磁通,磁场. • 温度: 温度,热量,比热. • 光： 亮度，色彩
▲
6
第4章 常用传Biblioteka 器电阻传感器4.2 电阻式传感器
电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器。
R l
A
•按工作的原理可分为:
电阻应变式 变阻器式 热敏式 光敏式 湿敏式
7
1.可调电位器
第4章 常用传感器
电阻传感器
(1).应变效应
R l A
➢导体或半导体在外力作用下产生机械变形而引起导体或 半导体的电阻值发生变化的物理现象称为应变效应。
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。
应变片受力 比例关系 应变 比例关系 应变片电阻的变化
10
(2).工作原理
第4章 常用传感器
第四章常用传感器
精品
第4章 常用传感器
概述
4.1 概 述
1. 传感器(Sensor)定义
传感器是能感受规定的被测量，并按照一定的规律 转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和 转换元件组成(GB766-87)。
狭义上，非电信号
电信号。
在非电量电测系统中的作用
敏感作用：感受并拾取被测对象的信号
第四章 常用传感器
第四章常用传感器原理及应用§4-0 概述现代测试技术通常是用传感器把被测物理量转换成容易检测、传输和处理的电信号，然后由测试装置的其他部分进行后续处理。
传感器的作用类似于人的感觉器官，也可以认为传感器是人类感官的延伸。
传感器一般由敏感元件和其他辅助零件组成。
敏感元件直接感受被测量并将其转换成另一种信号，是传感器的核心。
传感器处于测试装置的输入端，其性能直接影响整个测试装置和测试结果的可靠性。
传感器技术是测试技术的重要分支，受到普遍重视，并且已经在工业生产以及科学技术各领域中发挥并将继续发挥重要作用。
随着科学技术的发展，传感器正在向高度集成化、智能化方向迅速发展。
物理量电测传感器种类繁多。
一种物理量往往可以用多种类型的传感器检测；一种传感器可以测量多种物理量。
科学的分类无疑将有益于传感器技术的发展。
传感器分类方法也很多，且目前尚无统一规定。
按被测物理量分类，可分为力传感器、位移传感器、温度传感器等；按工作的物理基础分类，可分为机械式、电气式、光学式、流体式等；按信号变换特征可分为物性型与结构型；瞬量关系可分为能量转换型和能量控制型等等。
结构型传感器是依靠其结构参数的变化实现信号转换。
例如，电容式传感器依靠其极板间距离引起电容量变化；电感式传感器是基于位移引起自感或互感变化等。
物性型传感器不改变其结构参数而是靠其敏感元件物理性能的变化实现信号转换。
例如，压电式力传感器通过石英晶体的压电效应把力转换成电荷。
能量转换到传感器并不具备能源，而是靠从被测对象输入能量使其工作，如热电偶温度将被测对象的热能转换成电能。
被测对象与传感器之间的能量传输，必然改变被测对象的状态，造成测量误差。
容易理解，能量控制型传感器目备能源，被测物理量仅控制能源所提供能量的变化。
例如，电阻应变片接入电桥测量应变时，被测量以应变片电阻的形式控制电桥的失衡程度，从而完成信号的转换。
表4—1列出了部分常用传感器的名称、工作原理及应用等概况。
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4.3 电阻式传感器
1) 工作原理
金属应变片的电阻R为
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R l/ A
上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数
dR dl l dA l d
A
A2
A
代入 R l / A
dR R dl R dA R d l A
4.3 电阻式传感器
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有： dR dl dA d R l A
金属丝： A r 2
dR dl 2dr d Rl r
金属丝体积不变：
dl 轴向应变
l
dr 径向应变
r
dr dl
r
l
4.3 电阻式传感器
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有：
dR 2 d
R
S0
dR
R
1
2
d
金属丝应变片：
对金属材料，电阻率不变。大量实验证明，在电阻 丝拉伸比例极限范围内，电阻的相对变化与其所受 的轴向应变成正比，即S0为常数。
4.3 电阻式传感器
• 等效电路分析: •L-变阻器总长; •x-电刷移动量. •R-总电阻; •Rx电刷电阻;
U
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x L
Rx
R L
x
KLx
S
dR dx
KL
常数
Uo
Uo
Rx R
U
xU L
U L
x
SU
x
4.3 电阻式传感器
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Uo
Rx R
U
xU L
U L
为了保证稳定性，在选用传感器之前应对使用 环境进行调查，以选择合适的传感器类型。
5 精确度 6 其他原则
第四章、常用传感器
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4.3 电阻式传感器
• 电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一 种传感器,
• 按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式、 热敏式、光敏式、电敏式.
•1 变阻器式传感器
d V
第四章、常用传感器
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3. 传感器的分类
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, 压力,真空度,力矩,风速,流速, 流量;
声: 声压,噪声. 磁: 磁通,磁场. 温度: 温度,热量,比热. 光： 亮度，色彩
第四章、常用传感器
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2)按工作的物理基础分类: 机械式,电气式,光学式,流体式等。
第四章、常用传感器
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3)按能量转换情况: 能量转换型和能量控制型.
能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计,压电式加速度计.
能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部 供给能量的变化.例如:电阻应变片.
dR R
(1 2)
S0
4.3 电阻式传感器 金属应变计
应变计
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4.3 电阻式传感器
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半导体应变计 （压阻式传感器）
dR dl 2dr d Rl r
简化为：
dR d R
LE
dR
x
SU
x
E
Uo
0
x
L
第四章、常用传感器
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输出电阻(或电压)与电刷位移(包括 线位移或角位移)之间具有非线性函 数关系的一种电位器
4.3 电阻式传感器
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线性电阻器的分压电路
R-Rx
U
Rx Uo
V
RL
Uo
Rx
Rx // RL // RL R
Rx
U
L
->电位器
->电阻
4.3 电阻式传感器
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案例：玩具机器人（广州中鸣数码 ）
原理：电机->转角 ->电位器 ->电阻
4.3 电阻式传感器
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2 电阻应变式传感器--应变片
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 生变化现象。
2 线性范围
任何传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输 出与输入成比例关系，线性范围愈宽则表明传感器的工作 量程愈大。
3 响应特性
传感器的响应特性必须在所测频率范围内尽量保持 不失真。实际传感器的响应总有一定迟延，但迟延时间越 短越好。
第四章、常用传感器
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4 稳定性
传感器的稳定性是指经过长期使用以后，其输 出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因 素是时间与环境。
第四章、常用传感器
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4)按构成原理:
物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来 实现信号变换.如:水银温度计.
结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. 例如:电容式和电感式传感器.
第四章、常用传感器
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4.2 传感器选用原则
1 灵敏度
灵敏度越高，与测量信号无关的外界噪声也容易混 入，并且噪声也会被放大。因此，对传感器往往要求有较 大的信噪比。
物理量
电量
目前，传感器转换后的信号大多为电信号。 因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信 号转换成电信号的装置。
第四章、常用传感器
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2. 传感器的构成
传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件 的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。 辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、 阻抗匹配，以便于后续仪表接入。
测试技术
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第四章、常用传感器
本章学习要求：
1.了解传感器的分类 2.掌握常用传感器测量原理 3.了解传感器应用
第四章 常用传感器
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4.1 传感器概述
1. 传感器(Transducer/Sensor)定义
传感器是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。
U R (1
x RL Uo )
U L
x SU x
x RL L
4.3 电阻式传感器
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负载效应
U
Uo
L
U R (1
x)
RL U o
U L
x SU x
x RL L
0
L
4.3 电阻式传感器 变阻器式传感器的分类
按测量类型： 单圈电位器 多圈电位器 直线滑动式电位器
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4.3 电阻式传感器 变阻器式传感器产品
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4.3 电阻式传感器
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案例：重量的自动检测--配料设备
原材料
原理：弹簧->力->位移 ->电位器->电阻
比较
重量设定
4.3 电阻式传感器 案例：煤气包储量检测
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钢丝
煤气包
原理：钢丝->收线圈数