常用的传感器与敏感元件(1-3).

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。
（2）作用 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（水位、压力等）。
• 传感器在非电量电测系统中的作用：
一是 敏感作用：感受并拾取被测 对象的信号
命长 ⅲ）抗腐蚀性好（抗氧化，硫化，有机污染）
铂＞铱＞钯＞银. 但太贵。
ⅳ）延展性、抗拉强度好：绕线时不易拉断；
可使 A↓↓
操作方便
线性度好
ⅴ）电阻值沿长度范围内均匀分布，减少系统
误差
ⅵ）耐磨，焊接性能良好
常用材料 康铜丝 =5×10 4 ㎜ 2 /㎜
=(0.05～1.5)×10 4 /℃
镍铬丝 =11×10 4 ㎜ 2 /㎜ =-2×10 4 /℃
·电测法：在框架弹簧上贴应变片以弹簧应变来折 算力的大小
握力器
指针式弹 簧秤
弹簧 秤
2） 压力计
弹性
弹性
元件
弹性
元件
元件
·机测法：压力推动膜片、经杠杆放大显示，或压力 使波登管伸直，经杠杆齿轮放大
·电测法：压力推动膜片、使应变片变形输出⊿R， 或波登管变形使应变片变形输出⊿R
3）温度计
由两温度膨胀系数不同的金属组成的双金属片, 当温度
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.
§3.2 机械式传感器及仪器
一 工作原理
. 机械量
弹性
变形
元件
机械 放大 几何量 指示 机测
传感 元件 电量
电测
中间
记录
变换
二、常见实例
1）测力计
握力器
指针式弹 簧秤
弹簧 秤
·机测法：力经滚珠（保证点接触测力，垂直输入） ，再经弹簧实现机械衰减,最后经压力表读数
第三章 常用的传感器与敏感元件
§3.1 常用传感器分类 §3.2 机械式传感器及仪器 §3.3 电阻、电容与电感式传感器 §3.4 磁电、压电与电热式传感器 §3.5 光电式传感器 §3.6 光纤式传感器 §3.7 半导体传感器 §3.8 红外测试系统 §3.9 激光测试传感器 §3.10 传动器的选用原则
三、机械式传感器的特点
优点：结构简单，读数直观，使用方便，价格低廉。 缺点：固有频率低，惯性大，使得应用限于静态或低频。
A( )
A( )
较大
n 较小
1
n
有 高疲温劳蠕变
精度差
有弹性后效
四．机械式传感器应用场合
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
静态
低频
输入
大信号
§3.3 电阻式、电容与电感式传感器
一 电阻式传感器 二 电阻应变式传感器 三 电容式传感器
变化时会发生弯曲。）
弹性
弹性
元件
元件
·机测：其挠度表示温度变化 ·电测：应变片受拉或压，输出⊿R
可见：弹性元件的输入信号变换为自身的变形，将信息 传到后一级.
4）微型探测开关 具有导
（1）. 结构
磁性 P72 图 3-4
图中深色部分为微型探测开关。它由二片簧片组成。 （2）. 工作原理
在常态下二簧片靠弹性力，处于断开状态。 当管道中铁块经过簧片附近时。簧片被磁化而贴合，成为接 通状态。 （3）. 用途 自动计数，产品质量检验。
A
W
(R1
R2
2r)
A
2 (R2
2r
r) (R1
R2
2r)
2
2r 3
(R2
r ) (R1
R2
2r)
2r 3
R2 (R1
R2 )
S0
dR
d
2r 3
R2 (R1
R2 )
k
(常数)
线性特征
上海科技馆的“通过CT了解人体结构”展项中， 人体移动的位移测量采用电阻式传感器
卡玛丝 =13.5×10 4 ㎜ 2 /㎜ =1.5×10 4 /℃ 接触电阻大
4）灵敏度
a. 直线位移型电阻式传感器的灵敏度
R l (D d) x
AA d
（D
Ad
d)
x
(D
2r 3
d)
x
S0
dR dx
(D
2r 3
d)
kl
（常数）
线性特征
b. 角位移型电阻式传感器的灵敏器
R
l A
一、 电阻式传感器
1. 变阻器式传感器
p73 图 3-5
1) . 工作原理
R l （）
A
电阻率（.mm2 / m）
其中
l
电阻丝长度（m）
A
电阻丝截面积(mm2
)
当≡（材料确定），A≡（加工完毕），R∝l
2）常见结构
直线位移型
角位移型
非线性型
（1） 工作原理
R l
A
（2） 性能特点
3)按信号变换特征: 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.
4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系:
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.
* 灵敏度为线性
S
dR dx
k1
P74 图3-6 电阻分压电路
u0
ue xp ( RP )(1
x)
x RL
xp
当RL
RP时u0
ue xp
x线性
所以 R = k 1 x
3）电阻元件
要求：ⅰ）↑↑：有利于产品小型化
＞ ＞ 卡玛拉
NiCr
康铜
测量时受环境
ⅱ）↓↓：温度系数小
影响小
稳定性 好，寿
MnCu ＜ 康铜 ，但锰铜易氧化
d
V
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
2)按工作的物理基础分类: 机械式,电气式,光学式,流体式等.
§3.1 常用传感器的分类
一 传感器的作用 二 传感器的分类
（一）传感器的作用
（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)。
也可以这样定义
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。
二是变换作用：被测信号转换成易于 检测和处理的电信号
机械信号
可转换的信号
电信号 辐射信号（光波超声波红外波）
流体信号
（3） 传感器的性能要求
• 足够的容量 • 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
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。