常用传感器

设金属丝长度为l，截面积为A，电阻率为，则其阻值为
R l
A 金属丝变形时，、l、A将同时发生变化，从而导致R改变。 若、l、A的变化量为d、dl、dA，则
d R R ld l R d R A d A R d ll d d A A
电阻式传感器(3/22)
即：dRdl ddA Rl A
2.传感器分类
按被测量分类 位移、力、温度、压力、流量、速度传感器等。
按工作机理分类
机械式、电气式、光学式、化学型等。
传感器概述(2/5)
按构成原理分类
物性型 依靠敏感元件本身的物理化学性质的变化实现信 号变换。如水银温度计、压电式传感器等。 结构型 依靠传感器结构参量的变化实现信号转换。如电容 式、电感式传感器等。
第4章 常用传感器 Transducer
4.1 传感器概述(Introduction)
4.2 传感器选用原则(Principle of Transducer Selection)
4.3 电阻式传感器(Resistance Transducer)
4.4 电感传感器(Inductance Transducer) 4.5 电容传感器(Capacitance Transducer)
5.精确度 精确度表示传感器输出与被测量的对应程度。 传感器的精确度并非越高越好，选择时应从实际出发。 6.其他选用原则 如实际测试条件下的工作方式等因素。
4.3 电阻式传感器
(Resistance Transducer) 电阻式传感器 将被测量转换成电阻变化量，再通过中间 变换电路将电阻变化变换为电压或电流进行测量。 电阻式传感器按工作原理可分为：
传感器概述ห้องสมุดไป่ตู้4/5)
传感器的技术指标
基本参数指标
量程指标: 量程范围、过载能力等 灵敏度指标: 灵敏度、分辨力、满量程输 出、输入输出阻抗等 精度有关指标: 精度、误差、线性、滞后、 重复性、灵敏度误差、稳定 性等 动态性能指标: 固有频率、阻尼比、时间常 数、频率响应范围、频率特 性、临界频率、临界速度、 稳定时间、过冲量、稳态误 差等
2.线性范围
任何传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入 成比例关系。线性范围越宽，传感器的工作量程越大。
传感器选用原则(2/2)
3.响应特性 传感器响应特性必须在所测频率范围内尽量保持不失真。 实际传感器的响应总有一定的延迟，但延迟时间越短越好。
4.稳定性 稳定性是指经过长期使用后，其输出特性不发生变化的性能。 影响传感器稳定性的因素是时间和环境。
4.6 压电传感器 4.7 磁电传感器 4.8 光电传感器 4.9 光纤传感器 4.10 其他类型传感器
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1.传感器概念
4.1 传感器概述
(Introduction)
传感器 是指直接作用于被测量，并能按一定规律将其转换 成同种或别种量值输出的器件。 传感器处于测试装置的输入端，其性能将直接影响着整个测 试装置的工作质量。
结构方面指标:
冲振所引入的误差等
外形尺寸、重量、壳
其他环境参数:
体材质、结构特点等
抗潮湿、耐介质腐蚀
安装连接方面指标:
能力、抗电磁干扰能
安装方式、馈线电缆
力等
等
4.传感器的发展趋势 （1）采用新原理、开发新型传感器； （2）大力开发物性型传感器； （3）传感器的集成化； （4）传感器的多功能化； （5）传感器的智能化(smart sensor)； （6）研究生物感官，开发仿生传感器。
（1）变阻器（电位器）式
（2）应变片式（弹性电阻式）
（3）热敏电阻
（4）磁敏电阻式
（5）气敏电阻式 （6）光敏电阻式等
电阻式传感器(2/22)
1.电阻应变式传感器
（1）应变式传感器工作原理 1）金属的电阻应变效应
L
dL
电阻应变效应 是指导体在外力作用下发生机械变形时，其电 阻值随所受机械变形（应变）的变化而发生变化的现象。
对半径为r的金属电阻丝有：Ar2，dA2rdr
dRdl d2dr Rl r
d l ：电阻丝轴向相对变形，或称纵向应变。
l
d r ：电阻丝径向相对变形，或称横向应变。
r
横向应变与纵向应变间的关系为 dr dl
r
l
式中为泊松比。负号表示两者变化相反。
d ：电阻率相对变化，与电阻丝轴向所受正应力有关。
电阻式传感器(4/22)
d E
E为电阻丝材料的弹性模量；为压阻系数，与材质有关。
dR12E
R
按能量变换关系分类
能量转换型(无源型、 发电型或主动传感器） 直接由被测对象输入能量使其工作。如热电偶温度计、弹性 压力计、压电式传感器。能量转换型传感器存在负载效应。 能量控制型( 有源型、能量调节型或被动传感器) 由外部辅助能量使其工作，并由被测量控制外部供给能量的 变化。如电桥式电阻应变计等。
注意：传感器的换能元件可能不止一个（如电容式压力传感器）， 甚至是一个小型装置（如力反馈式加速度计）。
传感器概述(3/5)
3.传感器的性能要求 （1）灵敏度高，输入和输出之间有较好的线性关系； （2）噪声小，并且具有抗外部噪声的性能； （3）滞后、漂移误差小； （4）动态特性良好； （5）在接入测量系统中，对被测量不产生影响； （6）功耗小，复现性好，有互换性； （7）防水及耐腐蚀等性能好，能长期使用； （8）结构简单，容易维修和校正； （9）低成本、通用性强。
传感器概述(5/5)
4.2 传感器选用原则
(Principle of Transducer Selection)
1.灵敏度
传感器的灵敏度越高，可以感知的变化量越小。传感器往往 要求有较大的信噪比。 传感器的量程范围与灵敏度密切相关。过高的灵敏度会影响 其适用的范围。 在测量过程中，传感器在被测量方向上的灵敏度愈高愈好， 而横向灵敏度愈小愈好；对于二维或三维矢量的测量，传感 器的交叉灵敏度愈小愈好。
环境参数指标
可靠性指标
其他指标
温度指标:
工作寿命、平 使用有关指标:
工作温度范围、温度 均无故障时间、供电方式(直流、交
误差、温度漂移、温 保险期、疲劳 流、频率及波形等)
度系数、热滞后等 性能、绝缘电 及功率、各项分布参
抗冲振指标:
阻、耐压及抗 数值、电压范围与稳
允许各向抗冲振的频 飞弧等
定度等
率、振幅及加速度、