常用传感器及其原理
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R l
A 金 属 导 体 发 生 变 形 ， 则电 阻 变 化 量 为 ：
dR R dl R dA R d l A
2020年3月23日星期一
2 电阻式传感器
三、应变片式传感器 3、应变片的工作原理
(1)金属电阻应变片
推导： 若A r2， 则 有 ：
dR R( dl 2dr d ) lr
传感器获取的信息可以为各种物理量、化学量和生物量， 而转换后的信息也可以有各种形式。
目前，传感器转换后的信号大多为电信号。在土木工程 的非电量的电测法中，传感器是把被测量的的非电信号转 换成电信号的装置。
传感器是人类感官的扩展和延伸，借助传感器，人类 可以去探测那些无法直接用感官获取的信息。例如，用超 声波探测器可以探测海水的深度，用红外遥感器可以从高 空探测地球上的植被和污染信况等等。
2020年3月23日星期一
Байду номын сангаас
2 电阻式传感器
三、应变片式传感器
1、应变片的组成
(1)敏感元件：感受应变并将其转换为 自身阻值的变化。一般用康铜、镍铬合金 或半导体材料做成。它要用粘合剂牢牢地 固定在基片上。
(2)基片：固定和保护敏感元件，并 将应变准确的传递给敏感元件。材料可以 是纸、胶膜、玻璃纤维布等。
(3)覆盖层：保护敏感元件不受外界环 境中灰尘、湿气等的影响。
(4)引线：将敏感元件的阻值变化引入 后接电路。
2020年3月23日星期一
2 电阻式传感器
三、应变片式传感器
2、应变片的分类
(1)按敏感元件的材料分为金 属电阻应变片和半导体应变片 两大类。
金属电阻应变片根据敏感元 件的形状不同又分为丝式和箔 式两种。
2020年3月23日星期一
2 电阻式传感器
二、变阻器式传感器 3、应用
变阻器式传感器常用于角位移和线位移的测量。 下图是测量线位移的变阻器式传感器的结构图。被测
位移使测量轴沿导轨轴移动时，带动电刷在滑线电阻上产 生相同的位移，从而改变电位器的输出电阻。精密电阻与 电位器电阻构成电桥测量电路，由此将被测位移量转换为 电桥的电压输出。
2020年3月23日星期一
2 电阻式传感器
二、变阻器式传感器 1、工作原理
变阻器式传感器的工作原理是将物体的位移转换为电 阻的变化，由此再进一步转换为电压等电量的变化。
常用变阻器式传感器有直线位移型、角位移型和非线 性型等，如下图所示。
2020年3月23日星期一
2 电阻式传感器
二、变阻器式传感器
2、特点
变阻器式传感器的优点是：(1)结构简单、尺寸小、重量 轻、价格低廉且性能稳定；(2)受环境因素(如温度、湿度、 电磁场干扰等)影响小；(3)可以实现输出—输入间任意函 数关系；(4)输出信号大，一般不需要放大。
变阻器式传感器的缺点是：(1)因为存在电刷与线圈或电 阻膜之间的摩擦，因此需要较大的输入能量；(2)由于磨损 不仅影响使用寿命和降低可靠性，而且会降低测量的精度， 所以分辨力较低；(3)动态响应较差，适合于测量变化较缓 慢的物理量。
2020年3月23日星期一
2 电阻式传感器
一、电阻式传感器的分类
电阻式传感器的基本原理是将被测物理量的变化转换成 自身电阻值的变化,再经相应的变换电路和装置显示或记录 被测量值的变化。
电阻式传感器按其工作原理可分为以下两种： 1、变阻器式，又称为电位器式。 2、应变片式，又分为金属电阻应变式和半导体应变片 式两种。
2020年3月23日星期一
1 概述
三、传感器的分类
1、按被测物理量来分类（适用于使用者） 根据被测物理量的种类不同，可分为位移传感器、速度 传感器、力传感器、温度传感器等。 2. 按变换原理来分类（适用于研究者） 按传感器的变换原理，可分为以下两种： 参量型：这种传感器在感受到被测量后，输出的不直接 是电信号，而是与电量有关的自身参数变化的信号，因而 称之为参量型传感器，如电阻式、电感式和电容式传感器。 发电型：这种传感器在感受到被测量后，输出的直接是 电信号，因而称之为发电型传感器，如压电式传感器。
dl ——纵向应变
l
dr ——横向应变 r
dr dl ，是 泊 松 比 。
r
l
d —— 电 阻 率 的 相 对 变 化
d E，是 压 阻 系 数 。
2020年3月23日星期一
2 电阻式传感器
三、应变片式传感器 3、应变片的工作原理
(1)金属电阻应变片
推导： 综 合 以 上 各 式 可 得 ：
(2)按用途分为一般应变片、 应变花和特殊应变片。
2020年3月23日星期一
2 电阻式传感器
三、应变片式传感器
3、应变片的工作原理
(1)金属电阻应变片
应变效应：金属导体在外力作用下发生机械变形时，其 电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变 化的现象。
推导： 给 定 金 属 导 体, 则 有 ：
dR R(1 2 E) 对 金 属 导 体1， 2 E， 则 有 ：
dR R(1 2 ) 结论：
R R Sg R — — 标 称 阻 值 ， 有60、120等 。
Sg — — 灵 敏 度 ， 又 称 为 应 变系 数 。
Sg 1 2， 一 般 在1.7 ~ 3.6之 间 。
常用传感器
1 概述 2 电阻式传感器★★★★★ 3 电感式传感器★★☆☆☆ 4 电容式传感器★★☆☆☆ 5 压电式传感器★ ★☆☆☆ 6 光纤传感器★☆☆☆☆ 7 钢弦式传感器★★★★☆ 8 传感器的选用原则★★★★★
2020年3月23日星期一
1 概述
一、传感器的定义
传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息，并按 一定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置。一 般也称为变换器、换能器和探测器。
2020年3月23日星期一
1 概述
二、传感器的组成
传感器一般由敏感元件与辅助元件组成。 敏感器件是传感器的核心，它的作用是直接感受被测物 理量，并将信号进行必要的转换输出。 辅助元件一般指安装、连接、支承敏感元件的一些辅助 的装置，如传感器的壳体、引线等。 传感器的未来发展是与微处理器相结合，封装在一个检 测器中形成一种新型的“智能传感器”。它将具有一定的 信号调理、信号分析、误差校正、环境适应等能力，甚至 具有一定的辨认、识别和判断的功能。
A 金 属 导 体 发 生 变 形 ， 则电 阻 变 化 量 为 ：
dR R dl R dA R d l A
2020年3月23日星期一
2 电阻式传感器
三、应变片式传感器 3、应变片的工作原理
(1)金属电阻应变片
推导： 若A r2， 则 有 ：
dR R( dl 2dr d ) lr
传感器获取的信息可以为各种物理量、化学量和生物量， 而转换后的信息也可以有各种形式。
目前，传感器转换后的信号大多为电信号。在土木工程 的非电量的电测法中，传感器是把被测量的的非电信号转 换成电信号的装置。
传感器是人类感官的扩展和延伸，借助传感器，人类 可以去探测那些无法直接用感官获取的信息。例如，用超 声波探测器可以探测海水的深度，用红外遥感器可以从高 空探测地球上的植被和污染信况等等。
2020年3月23日星期一
Байду номын сангаас
2 电阻式传感器
三、应变片式传感器
1、应变片的组成
(1)敏感元件：感受应变并将其转换为 自身阻值的变化。一般用康铜、镍铬合金 或半导体材料做成。它要用粘合剂牢牢地 固定在基片上。
(2)基片：固定和保护敏感元件，并 将应变准确的传递给敏感元件。材料可以 是纸、胶膜、玻璃纤维布等。
(3)覆盖层：保护敏感元件不受外界环 境中灰尘、湿气等的影响。
(4)引线：将敏感元件的阻值变化引入 后接电路。
2020年3月23日星期一
2 电阻式传感器
三、应变片式传感器
2、应变片的分类
(1)按敏感元件的材料分为金 属电阻应变片和半导体应变片 两大类。
金属电阻应变片根据敏感元 件的形状不同又分为丝式和箔 式两种。
2020年3月23日星期一
2 电阻式传感器
二、变阻器式传感器 3、应用
变阻器式传感器常用于角位移和线位移的测量。 下图是测量线位移的变阻器式传感器的结构图。被测
位移使测量轴沿导轨轴移动时，带动电刷在滑线电阻上产 生相同的位移，从而改变电位器的输出电阻。精密电阻与 电位器电阻构成电桥测量电路，由此将被测位移量转换为 电桥的电压输出。
2020年3月23日星期一
2 电阻式传感器
二、变阻器式传感器 1、工作原理
变阻器式传感器的工作原理是将物体的位移转换为电 阻的变化，由此再进一步转换为电压等电量的变化。
常用变阻器式传感器有直线位移型、角位移型和非线 性型等，如下图所示。
2020年3月23日星期一
2 电阻式传感器
二、变阻器式传感器
2、特点
变阻器式传感器的优点是：(1)结构简单、尺寸小、重量 轻、价格低廉且性能稳定；(2)受环境因素(如温度、湿度、 电磁场干扰等)影响小；(3)可以实现输出—输入间任意函 数关系；(4)输出信号大，一般不需要放大。
变阻器式传感器的缺点是：(1)因为存在电刷与线圈或电 阻膜之间的摩擦，因此需要较大的输入能量；(2)由于磨损 不仅影响使用寿命和降低可靠性，而且会降低测量的精度， 所以分辨力较低；(3)动态响应较差，适合于测量变化较缓 慢的物理量。
2020年3月23日星期一
2 电阻式传感器
一、电阻式传感器的分类
电阻式传感器的基本原理是将被测物理量的变化转换成 自身电阻值的变化,再经相应的变换电路和装置显示或记录 被测量值的变化。
电阻式传感器按其工作原理可分为以下两种： 1、变阻器式，又称为电位器式。 2、应变片式，又分为金属电阻应变式和半导体应变片 式两种。
2020年3月23日星期一
1 概述
三、传感器的分类
1、按被测物理量来分类（适用于使用者） 根据被测物理量的种类不同，可分为位移传感器、速度 传感器、力传感器、温度传感器等。 2. 按变换原理来分类（适用于研究者） 按传感器的变换原理，可分为以下两种： 参量型：这种传感器在感受到被测量后，输出的不直接 是电信号，而是与电量有关的自身参数变化的信号，因而 称之为参量型传感器，如电阻式、电感式和电容式传感器。 发电型：这种传感器在感受到被测量后，输出的直接是 电信号，因而称之为发电型传感器，如压电式传感器。
dl ——纵向应变
l
dr ——横向应变 r
dr dl ，是 泊 松 比 。
r
l
d —— 电 阻 率 的 相 对 变 化
d E，是 压 阻 系 数 。
2020年3月23日星期一
2 电阻式传感器
三、应变片式传感器 3、应变片的工作原理
(1)金属电阻应变片
推导： 综 合 以 上 各 式 可 得 ：
(2)按用途分为一般应变片、 应变花和特殊应变片。
2020年3月23日星期一
2 电阻式传感器
三、应变片式传感器
3、应变片的工作原理
(1)金属电阻应变片
应变效应：金属导体在外力作用下发生机械变形时，其 电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变 化的现象。
推导： 给 定 金 属 导 体, 则 有 ：
dR R(1 2 E) 对 金 属 导 体1， 2 E， 则 有 ：
dR R(1 2 ) 结论：
R R Sg R — — 标 称 阻 值 ， 有60、120等 。
Sg — — 灵 敏 度 ， 又 称 为 应 变系 数 。
Sg 1 2， 一 般 在1.7 ~ 3.6之 间 。
常用传感器
1 概述 2 电阻式传感器★★★★★ 3 电感式传感器★★☆☆☆ 4 电容式传感器★★☆☆☆ 5 压电式传感器★ ★☆☆☆ 6 光纤传感器★☆☆☆☆ 7 钢弦式传感器★★★★☆ 8 传感器的选用原则★★★★★
2020年3月23日星期一
1 概述
一、传感器的定义
传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息，并按 一定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置。一 般也称为变换器、换能器和探测器。
2020年3月23日星期一
1 概述
二、传感器的组成
传感器一般由敏感元件与辅助元件组成。 敏感器件是传感器的核心，它的作用是直接感受被测物 理量，并将信号进行必要的转换输出。 辅助元件一般指安装、连接、支承敏感元件的一些辅助 的装置，如传感器的壳体、引线等。 传感器的未来发展是与微处理器相结合，封装在一个检 测器中形成一种新型的“智能传感器”。它将具有一定的 信号调理、信号分析、误差校正、环境适应等能力，甚至 具有一定的辨认、识别和判断的功能。