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第四章 常用传感器 1.熟悉传感器的定义、作用、分类和应用 2.了解传感器的选用原则 3.掌握电阻式、电感式、电容式、压电式等常用传感 器的原理、特点、应用。 本章学习要求： 4.1 传感器概述 1. 传感器定义 传感器——将被测量按一定规律转换成便于应用的某种物理量的装置。 被测量 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.传感器的作用 传感器——类似于人的感觉器官，是人类感官的延伸。 作用：将被测量转换成电信号,传送给测试系统中的后续环节。 人体系统与机器系统的对应关系 3. 传感器的构成 （1）组成：振动膜片、刚性极板、电源和负载电阻 （2）原理 ： 振膜—一次敏感元件 电容器—敏感元件 传感器由一次敏感元件、敏感元件与辅助元件组成。 一次敏感元件的作用是将被测量转化为能引起敏感元件变化的机械量。 敏感器件的作用是感受被测量，并对信号进行转换输出。 辅助器件一般为信号传递元件。 分类法 型式 说明 按被测量种类 位移、温度、压力、流量 这种分类便于传感器的管理 按工作原理分类 应变式、电容式、电感式、压电式、光电式 以传感器对信号转换的原理命名 按被测量转换特征（构成原理） 结构型，如电容式，电阻应变片； 通过改变传感器元件的参数实现信号转换。 物性型，如压电式，水银温度计，双金属片 依靠敏感元件本身物理性质随被测量变化实现信号转换。 按能量传递方式 能量控制型，如RLC式 传感器输出能量由外部供给，但受被测量控制。 能量转换型，如热电偶温度计 传感器输出量直接由被测量能量转换而得。 按输出量 模拟式 输出量为模拟信号 数字式 输出量为数字信号 4.分类 ： 4.2 传感器选用原则 1.灵敏度：传感器的灵敏度越高，可以感知越小的变化量，即被测量稍有微小变化时，传感器即有较大的输出。 2.线性范围：线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。 3.响应特性：在所测频率范围内尽量保持不失真。 4.稳定性：经过长期使用以后，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与环境。 5.精确度:表示传感器的输出与被测量的对应程度。传感器精确度愈高，价格越昂贵，因此应从实际出发来选择。 6.其它选用原则 4.3 电阻式传感器 一、变阻式传感器 1.结构： 2.测量电路： 不考虑外接电路影响时： 考虑外接电路影响时： 3.特点： (1)结构简单、使用简便、稳定性好。 (2)分辨力低，受电阻丝直径的限制。适合大位移的测量。 (3)噪声大。 二、电阻应变式传感器 1.结构：丝式、箔式、金属膜片 2.工作原理：基于金属的电阻应变效应。 若金属丝的长度为L，截面积为S，电阻率为ρ，其未受力时 的电阻为R，则: 如果金属丝沿轴向方向受拉力而变形， 灵敏度： 3.特点： 金属应变片的灵敏度较低，但其温度稳定性好，可用于对精度要求较高的测量。 三、压阻式传感器 1.原理：压阻效应 灵敏度： 两种应变片在工作原理上的区别： 金属应变片－金属材料受力后几何变形→电阻的相对变化 半导体应变片－半导体材料受力后电阻率变化→电阻的相对变化 2.特点： 优点：灵敏度高，分辨率高，横向效应，机械滞后小。 缺点：温度稳定性差，在较大应变下，非线性误差大。 3.类型：半导体应变式传感器、扩散型压阻式传感器 三、应变片的应用 1.直接测定结构的应变或应力。 2.作为传感器的测量参数。 四、转换电路 应变电压或电流的变化