机械工程测试技术基础第三章

感
器
测试 技术
1) 工作原理
R 金属应变片的电阻R为
l
A
电 阻
dR R ldl R d R AdA
式
A r2 d A 2 rd r
传 感
dR dl
Rl
d2drr
器
d r r ll ,d E
dR R(12E)
测试
技术 (1) 金属应变片（不变）
d R (1 2 )
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.
电阻式,电容式,电感式,压电式、光电式等.
测试 技术
(3)按传感器的能量传递方式分类:
概
能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作.（无源传 感器） 例如:热电偶温度计,压电式加速度计.
述 能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部供给能
章
2）、由于放大和指示环节多为机械传动，不仅受间隙 影响，而且、惯性大，固有频率低，只宜用于检测缓变
或静态被测量。（为了提高测量的频率范围，可先用弹
性元件将被测量转换成位移量，然后用其他形式的传感
常
器(如电阻、电容、电涡流式等)将位移量转换成电信号 输出。）
用
3）、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
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)。
常
目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从
用 狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信
传 号的器件或装置。
感
器
测试 技术
获得传感器信号的两种方法：直接获得电信号的变
化（开关传感器）；将物理量变换成电信号的变化（水
长度、角度、振动、 按输入量分类 位移、压力、温度、
流量、距离、速度等
以被测量命名（即按用途分类）
按输出量分类
模拟式 数字式
输出量为模拟信号（电压、电流、……） 输出量为数字信号（脉冲、编码、……）
测试
技术 3.1 概 述
第 三
1. 传感器(Sensor)定义
章
传感器是能感受规定的被测量、并按照一定的规律
以转换元件结构参数变化实现信号转换 以转换元件物理特性变化实现信号转换
传感器输出量直接由被测量能量转换而来 传感器输出量能量由外部能源提供，但受输入量控制
按工作原理分
电阻式 电容式 电感式 压电式 磁电式 热电式 光电式 光纤式
利用电阻参数变化实现信号转换 利用电容参数变化实现信号转换 利用电感参数变化实现信号转换 利用压电效应实现信号转换 利用电磁感应原理实现信号转换 利用热电效应实现信号转换 利用光电效应实现信号转换 利用光纤特性参数变化实现信号转换
三 章
R l
A
•按工作的原理可分为:
常
电阻应变式
热敏式
用
传
变阻器式
光敏式
感 器
固态压阻式
电敏式
测试 技术
1、电阻应变式传感器--应变片
金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变
电 效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电
阻
阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变 化的现象。
式
传
述 式压力传感器，则经过压力一膜片弹性变形(位移)一电容变化的转 换过程。此时膜片是一个由机械量一机械量的换能件，由它实现第 一次变换；同时它又与另—极板构成电容器，用来完成第二次转换。 再如电容型伺服式加速度计(也称力反馈式加速度计)，实际上是一 个具有闭环回路的小型测量系统，如图3-2所示。这种传感器较一 般开环式传感器具有更高的精确度和稳定性。
位、压力等）。
概
• 传感器在非电量电测系统中的作用：
一是 敏感作用：
述
感受并拾取被测对象的信号
二是变换作用：
被测信号转换成易于检测和处理的电 信号
测试 技术
2. 传感器的分类
(1)按被测物理量分类:
概
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:
述
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. 例如:水银温度计,压电测力计.
测试 技术
概
述
测试 技术
3. 传感器的性能要求
概 • 足够的容量
• 匹配性好，转换灵敏度高 • 精度适当，稳定性高
述wenku.baidu.com• 反应速度快，工作可靠性高
• 适应性和适用性强
测试 技术
3.2 机械式传感器
第
三
章
机械式传感器应用很广。在测试技术中，常常
以弹性体作为传感器的敏感元件。它的输入量可以
是力、压力、温度等物理量，而输出则为弹性元件
测试 技术
第三章 常用传感器
测
试 技
主要研究内容： 1.了解传感器的分类 2.常用传感器测量原理
术 3.传感器选用
基
础
测试 技术
检测系统： 信号检出
信号处理
信号显示
信号监控
传感器（重要、关键）
一、传感器的作用
传感器 --- 被测信息按照一定的规律转换成某种可用信号输出器件/装置
物理量、化学量、生物量/其他
便于处理和传输的信号
人的五官：眼睛 耳朵 鼻子 舌头 皮肤
视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉
测试 技术
二测试、传感器的分类
技术
分类法
型式
按基本效应分类 按构成原理分类
物理型 化学型 生物型
结构型 物性型
按能量关系分类
能量转换型 能量控制型
说明
采用物理效应进行转换 采用化学效应进行转换 采用生物效应进行转换
传
性后效则与材料应力-松驰和内阻尼等因素有关。都会 影响到输出与输入的线性关系。因此，应用弹性元件时，
感 应从结构设计、材料选择和处理工艺等方面采取有效措
器 施来改善上述诸现象产生的影响。
测试 技术
第 三 章
常 用 传 感 器
测试 技术
3.3 电阻式传感器
第 电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器
常
本身的弹性变形(或应变)。这种变形可转变成其他
用
形式的变量。例如被测量可放大而成为仪表指针的 偏转，借助刻度指示出被测量的大小。
传
感
器
测试 技术
第 三 章
常 用 传 感 器
测试 技术
第 1）、机械式指示仪表具有结构简单、可靠、使用方便、
三
价格低廉、读数直观等优点。但弹性变形不宜大，以减 小线性误差。
量的变化. （有源传感器）例如:电阻应变片.
能量传递型:从某种能量发生器与接受器进行能量传递过 程中实现敏感检测. 例如:超声波发生器和接受器.
测试 技术
(4)按输出信号分类:
模拟式传感器和数字式传感器。
概
需要指出的是，不同情况下，传感器可能只有一个，也可能有几 个换能元件，也可能是一个小型装置。例如，电容式位移传感器是 位移一电容变化的能量控制型传感器，可以直接测量位移。而电容