机械工程测试技术基础 第三章 传感器测量原理.pdf

机械工程测试技术基础 第三章、传感器测量原理 本章学习要求： 1.了解传感器的分类 2.掌握常用传感器测量原理 3.了解传感器测量电路 第三章、传感器测量原理 3.1 概述 1. 传感器定义 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。 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。 基本概念： • 传感：将被测的量或被观察地量通过一个被 测量传感器或敏感元件转换成一个电的、液 压的、气动的、或其它形式的物理输出量。 • 用来完成这种转换的装置则称为传感器或敏 感元件。 – 敏感元件：直接感受被测物理量并对其进行转换 的元件或单元。 – 传感器：敏感元件及其相关的辅助元件和电路组 成的整个装置。 – 敏感元件是传感器的核心部件。 3.1 概述 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。  V 3.1 概述 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 3.1 概述 2)按工作的物理基础分类: （敏感元件） 机械式,电气式,光学式,流体式等. 3.1 概述 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. 3.0 概述 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. 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. 3.1 机械式传感器 弹性敏感元件： 利用弹性变形进行变换和测量的元件。在机械 量（力、压力、位移、速度等）测量常用的弹性敏 感元件有弹性梁、柱及筒、膜片、膜盒、弹簧管、 波纹管等。 3.1 机械式传感器 3.2 机械式传感器 3.2 电阻式传感器 • 电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器, • 按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式、热敏 式、光敏式、电敏式. •工作原理： – 一个电导体的电阻值： R l () A • 式中：R －电阻（Ω）； – ρ－材料的电阻率（Ω·mm2/m）； – l －导体的长度（m ）； – A －导体的截面积（mm2 ）。 – 改变长度l，则可形成滑动触点式变阻器或电位计； – 改变l、A和ρ则可做成电阻应变片； – 改变ρ，则可形成热敏电阻、光导性光检测器、压阻应变片、以及 电阻式温度检测器。 3.2 电阻式传感器 •1 变阻器式传感器  直线位移型： R=k x