1 常用传感器及敏感元件.
列举常用的传感器
1.温度传感器：用于测量环境或物体的温度变化，例如热
敏电阻、热电偶和红外温度传感器等。
2.湿度传感器：用于测量空气或物体的湿度水分含量，例
如电容式湿度传感器和电阻式湿度传感器等。
3.压力传感器：用于测量气体或液体的压力变化，例如压
阻式传感器和压电式传感器等。
4.光敏传感器：用于检测光线的强度或光照变化，例如光
敏电阻和光电二极管等。
5.加速度传感器：用于测量物体的加速度或振动情况，广
泛应用于汽车、智能手机和运动追踪设备等。
6.位移传感器：用于测量物体的位移或位置变化，例如线
性变送器和旋转编码器等。
7.气体传感器：用于检测环境中的气体成分或浓度，例如
气体传感器、二氧化碳传感器和气体浓度传感器等。
8.触摸传感器：用于检测物体与其接触或靠近的情况，例
如电容式触摸传感器和电阻式触摸传感器等。
9.磁场传感器：用于检测周围磁场的强度或方向，例如霍
尔传感器和磁电阻传感器等。
10.声音传感器：用于检测声音或声压水平，例如麦克风和
声音传感器等。
这只是传感器的一小部分，实际上还有许多其他类型的传感器，如重力传感器、光谱传感器、气体质量传感器等，每种
传感器都有其特定的应用领域和工作原理。
机械工程测试技术_课后习题及答案
第三章 常用传感器与敏感元件3-1 在机械式传感器中，影响线性度的主要因素是什么？可举例说明。
解答：主要因素是弹性敏感元件的蠕变、弹性后效等。
3-2 试举出你所熟悉的五种机械式传感器，并说明它们的变换原理。
解答：气压表、弹簧秤、双金属片温度传感器、液体温度传感器、毛发湿度计等。
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？解答：电阻丝应变片主要利用形变效应，而半导体应变片主要利用压阻效应。
电阻丝应变片主要优点是性能稳定，现行较好；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。
3-4 有一电阻应变片（见图3-84），其灵敏度S g ＝2，R ＝120。
设工作时其应变为1000，问R ＝？设将此应变片接成如图所示的电路，试求：1）无应变时电流表示值；2）有应变时电流表示值；3）电流表指示值相对变化量；4）试分析这个变量能否从表中读出？解：根据应变效应表达式R /R =S g 得 R =S g R =2100010-6120= 1）I 1=R =120=0.0125A=2）I 2=(R +R )=(120+0.012475A= 3）=(I 2-I 1)/I 1100%=%4）电流变化量太小，很难从电流表中读出。
如果采用高灵敏度小量程的微安表，则量程不够，无法测量的电流；如果采用毫安表，无法分辨的电流变化。
一般需要电桥来测量，将无应变时的灵位电流平衡掉，只取有应变时的微小输出量，并可根据需要采用放大器放大。
3-5 电感传感器（自感型）的灵敏度与哪些因素有关？要提高灵敏度可采取哪些措施？采取这些措施会带来什么样后果？解答：以气隙变化式为例进行分析。
20022N A dLS d μδδ==- 又因为线圈阻抗Z =L ，所以灵敏度又可写成20022N A dZ S d μωδδ==-图3-84 题3-4图由上式可见，灵敏度与磁路横截面积A 0、线圈匝数N 、电源角频率、铁芯磁导率0，气隙等有关。
《机械工程测试技术》第三章PPT课件
. 机械工程测试技术基础
1
第一节 传感器的分类
1、按被测量分类
位
力
温
湿
移
传
度
度
传
感
传
传
感
器
感
感
器
器
器
2020年10月19日星期
. 机械工程测试技术基础
2
机械式
3、按信号变换特征
2、
按
电气式
物性型
结构型
工
作
光学式
4、按能量关系
原
流体式
理
能量转换
能量控制
型(无源)
型(有源)
5、按输出信号：数字式、模拟式
8
第三节 电阻式传感器
电阻式传感器—一种把被测量转换为电阻变化的传感器。 分类— （一）变阻器式； （二）电阻应变式 一．变阻器式传感器（电位差计式） 定义：通过改变电位器触头位置，把位移转换为电阻的
变化。 根据电阻公式电阻R 为
R l
A
（3-1）
式中：ρ—电阻率；l—电阻丝长度； A—电阻丝截面积
从式中看出当电阻丝直径和材质一定时，电阻值随导线
长度而变化。
分类：（1）直线位移型 （2）角位移型 （3）非线性型
如图3-5 所示
2020年10月19日星期
. 机械工程测试技术基础
9
R
Δα
α
Δx C x
A
C
B a)
A B
C b)
x
A
B
c)
2020年10月19日星期
图3-5 变阻器式传感器
a) 直线位移型 b) 角位移型
C
c)非线性型
. 机械工程测试技术基础
第3章_常用传感器与敏感元件_第5-10节
半反射半透射镜 光电传感器
聚焦投镜 光源
反射带
光电耦合器 透射式转速计
反射式转速计
光电编码器
将位移转换成脉冲信号或数字信号输出的传感器称为
编码器。可用于位移和速度检测。有直线编码器和旋 转编码器。分为增量式和绝对式（数字式）编码器。
0000
1111
零位信号窗口 主信号窗口 编码盘
一、光纤传感器的类型
功能型（又叫传感型或全
光纤型）：光纤作为敏感 元件，利用光纤的传光特 光纤 性随着被测量（如应变、 压力、温度、电场、射线 光敏元件 等）而变化，从而使光纤 功能型光纤传感器示意图 内传输的光的特征参量 （强度、相位、频率、偏 振态、波长等）发生变化。非功能型（又叫传光型 或混合型）：光纤只是 只要检测出这些变化即可 传输光的导体，还需利 确定被测量的大小。光纤 用其它敏感元件（如光 既传光又传感。
1. 光电管(Phototube)
利用外光电效应，有真空光电管和充气光电管。
基本工作过程： 真空光电管：一定波长的光线→光电阴极发射电子 →被阳极吸收→形成光电流。 充气光电管（充有惰性气体）：阴极发射的电子撞 击惰性气体，使其电离，从而使阳极电流急剧增加， 提高了灵敏度。
光电阴极：由 光电材料涂敷 光电阴极 在玻璃泡内壁 阳极 或半圆筒形的 金属片上构成。
S F N 霍尔元件
N S 力的测量
霍尔元件 磁铁 磁铁随刀架一起转动 数控车床自动换刀控制
被测零件
非金属板
N 霍尔传感器 S 磁钢 计数装置
霍尔传感器产品
霍尔开关传感器 各种霍尔传感器
霍尔电流传感器
二、热敏电阻传感器
工作原理：利用半导体材料本身的电阻率随温度 而变化的特性。 特点：灵敏度高（电阻温度系数大，比一般金属 电阻大10～100倍）；结构简单，体积小，可进行 点测；热容量小，响应快，适宜动态测量；线性 差；稳定性和互换性较差。 类型：PTC、NTC和CTR。 结构： 直热式：圆柱形、圆片形、珠粒状、薄膜形、垫圈 形、扁形、杆形、管形、松叶状等。珠粒状体积小， 热时间常数小，适合制造点、表面温度计，如电子 体温计几乎100%都采用这种形式（NTC）。 旁热式：带有金属丝加热器。
常用传感器与敏感元件(热电式传感器)
B
即：EABT1，T3 EABT1，T2 EABT2，T3
热电偶传感器
（5）在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要 第三种导线的两端温度相同，第三种导线的引入不 会影响热电偶的热电势。 中间导体定律
C
T0
T0
A
B
T
T0
C
T1
A T1 B
T
热电偶传感器
（6）当温度为T1、T2时，用导体A、B组成的热电偶 的热电势等于AC热电偶和CB热电偶的热电势的和， 即：EAB(T,T0)=EAC(T,T0)+ECB(T,T0) 标准电极定律 或：EAB(T,T0)=EAC(T,T0)-EBC(T,T0)
热电偶传感器
◆镍铬－镍硅(镍铬－镍铝)热电偶(WREU)
（1）由直径1.22.5mm的镍铬与镍硅制成，用符 号EU表示，镍铬为正极，纯镍硅为负极。
（2）化学稳定性好，1200C以下范围长期使用，短 期测量温度高达1300℃，热电势大，线性好价格便 宜。 （3）测量精度偏低。
热电偶传感器
◆镍铬－考铜热电偶(WREA) （1）由直径1.22.0mm的镍铬材料与镍、铜合金 制成，用符号EA表示，镍铬为正极，考铜为负极。
镍铬-镍硅
镍铬-考铜 镍铬-铜镍
WRN
EU-2 或K
0～ 1300℃
≤400℃ ±3.0℃
>400℃ ±0.75%t
0～
WRK EA-2 800℃ ≤300℃ >300℃
WRE 或E 0～ ±3.0℃ ±1.0%t
1000℃
例1：用铂铑30-铂铑6热电偶测温，已知冷端温度为50ºC， 实测的热电势为8.954mV，试求预测的温度值。
2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV
常用的传感器与敏感元件(1)
(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
29
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
我们的 研究生 在现场 调试中
30
c. 非线性型电阻式传感器的灵敏度
R l W 2kx x 2kx
二是变换作用：被测信号转换成易于 检测和处理的电信号
5
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
6
（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
7
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。
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。
19
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
自感式电感传感器可分为变间隙型、变面积型和螺管 型三种类型。 一、自感式电感传感器的工作原理
（一）变间隙型电感传感器 变间隙型电感传感器的结构示意图如图5-1所示。
66
常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍
常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍做迎：翼彳传感器由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。
敏感元器件品种繁多，就其感知外界信息的原理来讲，可分为①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。
②化学类，基于化学反应的原理。
③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。
通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将传感器分46类）。
下面对常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍如下。
一、温度传感器及热敏元件温度传感器主要由热敏元件组成。
热敏元件品种教多，市场上销售的有双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热电偶及半导体热敏电阻等。
以半导体热敏电阻为探测元件的温度传感器应用广泛，这是因为在元件允许工作条件范围内，半导体热敏电阻器具有体积小、灵敏度高、精度高的特点，而且制造工艺简单、价格低廉。
1、半导体热敏电阻的工作原理按温度特性热敏电阻可分为两类，随温度上升电阻增加的为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。
⑴正温度系数热敏电阻的工作原理此种热敏电阻以钛酸钡（BaTio3）为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结尔成。
纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素如镧（La）和铌（Nb）等以后，变成了半导体材料，被称半导体化钛酸钡。
它是一种多晶体材料，晶粒之间存在着晶粒界面，对于导电电子而言，晶粒间界面相当于一个位垒。
当温度低时，由于半导体化钛酸钡内电场的作用，导电电子可以很容易越过位垒，所以电阻值较小；当温度升高到居里点温度（即临界温度，此元件的‘温度控制点一般钛酸钡的居里点为120℃）时，内电场受到破坏，不能帮助导电电子越过位垒，所以表现为电阻值的急剧增加。
因为这种元件具有未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢，具有恒温、调温和自动控温的功能，只发热，不发红，无明火，不易燃烧，电压交、直流3〜440V均可，使用寿命长，非常适用于电动机等电器装置的过热探测。
常用传感器与敏感元件
第三章常用传感器与敏感元件第一节传感器的分类一、传感器的作用传感器是将被测物理量按一事实上规律转换为与其对应的另一种物理量输出的装置常用的是将非电量转换成电量传感器又称变换器二、传感器的分类1.按被测物理量分类位移传感器速度传感器加速度传感器温度传感器2.按变换原理分类结构型（参量型）物性型（发电型）（1）结构型（参量型）传感器特点：传感器感受外界被测量后，直接输出的不是U或I,而且结构参量，如（RLC）由于上述原因必须将输出量接入电桥，谐振电路或振荡器中，以转换成电压，电流后，再接测量电路从能量观点上讲，本身不产生能量，需外加激励电源又称为无源传感器。
（2）物性型（电发型）传感器当接到外界被测量后，本身物理，化学性能变化，直接输出UI,它相当于一个电压或电流源，不需外力激励，称为有源性感器。
第二节机械式传感器及仪器机械式传感器常常以弹性体作为传感器敏感元件，输入量可以是力、压力、温度等物理量，输出为弹性元件的弹性变形或应变。
图3-3、3H为典型应用实例。
特点：结构简单、可靠、使用方便、价格低廉、读数直观等优点，缺点弹性变形不易过大在，只适用于缓变或静态被测量。
一、电阻式传感器 1.变阻器式传感器结构组成：骨架，电阻元件 电刷町直线也町旋转运动 根据欧姆定律R = P*A如图3-5 C 、A 点电阻 R=R L X第三节电阻、电容、与电感式传感器• • • V . ••• ••-.v sf.4.••.?.K I ;': ••• •••■"■（线圈等）电刷R L ——单位长度的电阻cdR7如果输入量与位物X 间的函数关系为f （x 尸Rx ）要使输入输出成线性关系可用三角形骨 架，f （x ）=Rx3可用抛物线型骨架为减小后接电路影响R L “R P特点：优点；结构简单，性能较稳定，使用方便。
缺点：受阻经直径影响，分辩率不高，低于20mm,运用于定物检测精度不高的场合, 噪声大 2.电阻应变式传感器可检测参数：应变，力，位物加速度，扭矩等。
传感器的敏感材料与敏感元件
传感器的敏感材料与敏感元件概述传感器是计量和控制系统中的重要组成部分。
它通过感知物理或化学量的变化并将其转化为电信号，从而实现对环境、材料或物体的检测和测量。
在传感器中，敏感材料和敏感元件起着关键作用。
敏感材料是指能够对外界环境变化产生敏感响应的材料，而敏感元件则是将敏感材料的响应转化为电信号的组件。
传感器常用的敏感材料1. 氧化物敏感材料氧化物敏感材料是传感器中常用的一类材料。
它们具有很高的化学稳定性和电学性能，并且对特定气体有很高的敏感性。
例如，二氧化锡（SnO2）被广泛应用于气体传感器中，可以检测到一氧化碳、二氧化硫等有害气体。
此外，氧化锌（ZnO）也常用于氨气传感器的制备。
2. 金属敏感材料金属敏感材料主要通过其电导率的变化来实现对环境参数的敏感检测。
常用的金属敏感材料包括铂、钼等。
例如，铂电阻温度传感器可以精确测量温度，广泛应用于温度控制系统中。
3. 半导体敏感材料半导体敏感材料是传感器中最常用的一类材料。
它们的电学特性可以被外界环境的变化所改变，从而实现对物理量或化学量的检测。
例如，硅、锗等材料常用于温度传感器的制备，而氮化镓（GaN）材料则用于制备氮化物传感器，可以检测温度、压力、光强等参数。
传感器常用的敏感元件1. 电容式敏感元件电容式敏感元件是一种常见的传感器元件。
它由一个固定电容和一个可变电容组成，通过测量电容的变化来检测物理量的变化。
例如，电容式湿度传感器通过测量湿度对电容的影响来判断环境中的湿度水平。
2. 电阻式敏感元件电阻式敏感元件主要是通过测量电阻值的变化来检测物理量的变化。
例如，热敏电阻温度传感器通过测量电阻值随温度的变化来实现温度的测量。
3. 压阻式敏感元件压阻式敏感元件是一种可以通过物体的压力或力的变化来改变电阻值的元件。
例如，应变片传感器通过测量应变片电阻值的变化来检测物体的应力或压力。
4. 光敏敏感元件光敏敏感元件是一种能够对光强变化产生敏感响应的元件。
例如，光敏电阻通过光照强度对电阻值的影响来测量光照强度。
传感器课件(PPT)可修改全文
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
常用的传感器与敏感元件
03 磁敏元件
霍尔元件
01
霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁敏元件，能够检测磁场并输出相应 的电压信号。
02
它通常由半导体材料制成，具有体积小、精度高、线性度好等优点， 广泛应用于磁场测量、电流检测、电机控制等领域。
03
霍尔元件的输出电压与磁场强度成正比，可以通过外部电路进行放大 和调理，以实现精确的测量和控制。
压电式传感器
利用压电材料的压电 效应来检测物理量， 如加速度计。
热电式传感器
利用热电效应来检测 温度，如热敏电阻。
应用领域
工业自动化
用于生产过程中的各种参数检 测和控制。
环境监测
用于气象、水文、环保等领域 的数据采集。
医疗诊断
用于生理参数的监测和诊断。
交通运输
用于车辆、船舶、飞机等的安 全监测和控制系统。
热电偶
总结词
热电偶是一种将温度转换为电势差的传感器。
详细描述
热电偶由两种不同材料的导体组成，当两端存在温差时，会在导体之 间产生电动势，通过测量电动势可以得知温度差的大小。
应用领域
热电偶广泛应用于工业领域中的温度测量和控制，如炉温监测、管道 温度检测等。
优点
热电偶具有测量范围广、精度高、稳定性好等优点。
从而检测气体浓度。
优点
灵敏度高、响应速度快、稳定性好、寿命 长。
应用
广泛应用于可燃气体、有毒气体、有机蒸 汽等气体的检测。
缺点
对某些气体选择性较差，容易受到温度和 湿度的影响。
固态电解质气敏传感器
应用
主要用于氢气、一氧化碳等气体的检测。
原理
利用固态电解质材料的离子传导特 性，通过气体在电解质中的扩散和 吸附，改变其离子传导率，从而检
敏感元件及传感器用途
敏感元件及传感器用途敏感元件和传感器在现代科技中起着重要的作用，广泛应用于各个领域。
它们能够感知和测量环境中的各种参数和信号，并将其转换为可理解的电信号，从而实现各种自动控制和监测系统的正常运行。
敏感元件是指能够对某一刺激或参数作出敏感反应的元件，其作用是将非电信号转化为电信号。
我将介绍几种常见的敏感元件及其主要应用。
1. 光敏元件（光电二极管、光电三极管）：光敏元件能够将光信号转化为电信号，常用于照明控制、光电传感器、光电开关、摄像头等领域。
2. 压敏元件：压敏元件是一种能够根据外界压力变化产生电信号的敏感元件，主要应用于力学测量、电子称重、压力传感器等领域。
3. 温敏元件（热敏电阻、温敏电容器）：温敏元件的电阻或电容值随温度变化而发生的变化，常用于温度测量、恒温控制、温度补偿等领域。
4. 湿敏元件：湿敏元件根据湿度变化产生电信号，主要应用于湿度监测、湿度控制等领域。
5. 气敏元件：气敏元件是根据气体浓度变化产生电信号的敏感元件，常用于气体浓度监测、空气质量检测等领域。
传感器是一种能够感知和测量某种参数或信号的装置，常用于自动控制和监测系统中。
以下是几种常见的传感器及其主要应用。
1. 加速度传感器：加速度传感器能够感知物体的加速度变化，常用于汽车安全气囊、手机屏幕旋转、运动监测等领域。
2. 压力传感器：压力传感器能够感知和测量物体的压力变化，常用于工业自动化、气压控制、汽车制动系统、石油钻探等领域。
3. 光电传感器：光电传感器能够感知物体的距离、位置、形状和颜色等信息，常用于自动门开关、光电反射器、物体检测等领域。
4. 温度传感器：温度传感器能够感知和测量物体的温度变化，常用于室内恒温控制、电子设备散热监测、医疗仪器等领域。
5. 湿度传感器：湿度传感器能够感知和测量空气中的湿度变化，常用于气象监测、室内湿度控制、农业温室等领域。
以上只是敏感元件和传感器的一部分应用场景，随着科技的不断发展，它们的应用领域还在不断扩大。