第四章传感器的基本类型及其工作原理——0330详解

R
l
k为常数，为金属材料的 灵敏度系数，物理意义是单 位应变的电阻变化率。
ε为线应变
l / l
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第二节 电阻式传感器
一、金属应变式传感器
➢ 应变片测量应变理论公式：
R kl k
R
l
金属应变片的电阻变化率与线应变 ε 呈线性关系。 这就是电阻应变片测量应变的理论基础。
应变片
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第二节 电阻式传感器
一、金属应变式传感器
金属应变片长度l，表面积A，电阻率ρ，则电阻：
R l/A
当应变片受到拉伸或压缩，几何尺寸发生变化，电阻
也发生变化。如果电阻变化量ΔR<<R，则电阻的变化率
可用下式表示： R k l k
两片具有相同特性的应变片，将其
轴线相互垂直地黏在同一个弹性件
表 面 ， 应 变 片 的 纵 轴 x-x 方 向 与 受
力方向一致的为工作片，另一片为
补偿片，因位置靠得很近，故可认
为二者等温。当电桥平衡时，
RaR2=RbR1，固定电阻的阻值相
等，温度变化时，两个应变片上引
起的电阻增量也相等，并保持平衡。 电桥的输出由于Ra的变化而产生。
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第二节 电阻式传感器
一、金属应变式传感器
2. 应变片的结构
和基底一起固定 和保护敏感栅
核心部分，感受被测 构件的变形，并转换 成电阻的变化
从敏感栅 引出信号
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第一节 传感器概述
二、构成
二、构成
被测 对象
被测信号 敏感 元件
中间信号 转换元件
辅助装置
易于传输 处理的信号
敏感元件：直接感受被测量的一次变换元件。
传感器
转换元件：将敏感元件感受的被测量转换成适于输 出并可测量的电信号。
辅助部分：安装和保护装置等。
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热能与动力测试技术 第四章 传感器Βιβλιοθήκη Baidu基本类型及其工作原理
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第一节 传感器概述
3）传感器提供了被研究对象的测量、调节和控制设备 间最方便可靠的联系方式，因而使热能与动力工程测试 的连续测量、自动记录和自动控制称为可能；
4）测量的准确度和灵敏度高，可测量微弱信号并将其 放大与进行长距离传输；
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第一节 传感器概述
一、定义
一、传感器定义
广义：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。
狭义：能感受被测量并按照一定规律转换成电信号的 器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。
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5）电信号易于和计算机等进行连接，记录和处理数据 方便。
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第一节 传感器概述
第一节 传感器概述
非电量测量技术：通过传感器将非电量转换成电量， 然后进行电量的转换、显示和记录。
传感器 非电量测量系统 信号调节电路
记录和显示装置
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第二节 电阻式传感器
一、金属应变式传感器
常见应变片
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第二节 电阻式传感器
一、金属应变式传感器
3. 应变片的温度补偿：
实际使用中，除了应变会导致应变片电阻变化外， 温度变化也会使应变片电阻发生变化，由此带来的误 差称为温度误差。
桥式补偿电路
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第一节 传感器概述
热能与动力工程测量技术的发展方向是普遍采用电测 仪表测定非电量（机械量、热工量等）。与机械测量法 相比，电测法具有以下突出优点：
1）易于实现集中检测、控制和远距离测量； 2）响应速度快，可测量瞬态值及动态过程；
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第二节 电阻式传感器
第二节 电阻式传感器
工作原理： 把物理量的变化转换为敏感元件电阻值的变化，再经
相应电路处理，转换成电信号输出。（可测量位移、形 变、力、加速度、湿度、温度等） 分类（依据工作原理）：
金属应变式、半导体压阻式、电位计式、气敏式、湿 敏式、热敏式、光敏式等。
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第二节 电阻式传感器
一、金属应变式传感器
一、金属应变式传感器
1. 基本原理： 基于金属的电阻应变效应
➢ 应变效应： 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 发生变化的现象。
F
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第一节 传感器概述
三、分类
三、分类
按被测物理量：压力、速度、温度、光、声 按测量原理：电阻式、电感式、电容式、压电式、磁电 式、热电式、光电式等 按输出信号的性质：模拟式和数字式 按有无外加电源：有源式和无源式 按使用的敏感材料：半导体传感器、光纤传感器、陶瓷 传感器、金属传感器、高分子材料传感器
产生温度误差的原因：
1、因温度变化引起的应 变片敏感栅的电阻变化 及附加变形。
2、因试件材料与敏感栅 的线胀系数不同，从而 使应变片产生附加应变。
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第二节 电阻式传感器
一、金属应变式传感器
➢ 温度补偿方法
（1）桥路补偿
又称补偿片法。电路原理如右图，
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电感传感器
激光测距传感器
水位传感器
湿度传感器
自诊断传感器
凸轮轴转速传感器
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主要内容
第一节 概述 第二节 电阻式传感器 第三节 电感式传感器 第四节 电容式传感器 第五节 压电式传感器 第六节 磁电式传感器 第七节 热电式传感器 第八节 光电式传感器 第九节 霍尔传感器 第十节 数字式传感器 第十一节 传感器信号处理电路