常用的传感器与敏感元

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1、第三章常用的传感器与敏感元件第一节常用传感器分类第二节机械式传感器及仪器第三节电阻、电容与电感式传感器第四节磁电、压电和热电式传感器第五节光电传感器第六节光纤传感器第七节半导体传感器第八节红外测试系统第九节激光测试传感器第十节传感器的选用原则一、定义传感器——直接作用于被测量，能按一定规律将其转换成同种或别种量值输出的器件。测量环节、测量装置、测量系统二、组成敏感元件、辅助装置（部分）敏感元件——直接感受被测量的部分，核心。辅助装置（部分）——传感器的重要组成部分，必不可少部分。三、传感器的作用作用：“电五官”，是人们认识事物的一个有利

2、工具；对测试系统来讲，是输入的首个环节、重要环节，其特性的好坏直接影响到整个测试系统的性能。四、传感器的发展状况历史长、还在发展从结构型——物性型——智能型智能型：传感器技术与微电子技术结合，构成了校正、变化、统计处理、反馈等多种功能，具有思维、辨别能力的智能传感器。能在复杂的环境中准确而有效地提取信息。第一节　常用传感器分类按工作原理分：电气式传感器、机械式传感器、光电式传感器等按被测量分：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、应力传感器、温度传感器等（1）按信号变换特征分：结构型传感器、物性型传感器结构型传感器——依靠传感器的结构参

3、量随被测量的变化而变化来实现信号转换例如：磁电式传感器、电感式、电容式物性型传感器——依靠敏感元件材料本身物理化学性质随被测量的变化而变化来实现信号转换例如：水银温度计、压电式传感器2）按能量关系分：能量转换型传感器、能量控制型传感器能量转换型传感器——利用其输出与被测量输入的能量的关系来实现信号的转换测量。特点：直接由被测对象输入能量使其工作的，又称无源传感器。例如：热电偶温度计、压电式传感器、磁电式速度计产生负载效应，影响被测对象的状态——产生测量误差（失真）能量控制型传感器——从外部供给能量使传感器工作，并由被测量来控制外部能量的

4、变化，由称有源传感器。例如：电阻应变计接于电桥中、电感测微仪传感器可能只有一个，也可能有几个换能元件，也可能是一个小型装置。例如，电容式位移传感器是位移一电容变化的能量控制型传感器，可以直接测量位移。而电容式压力传感器，则经过压力→膜片弹性变形(位移)→电容变化的转换过程。此时膜片是一个由机械量→机械量的换能件，由它实现第一次变换；同时它又与另一极板构成电容器，用来完成第二次转换。再如电容型伺服式加速度计(也称力反馈式加速度计)，实际上是一个具有闭环回路的小型测量系统，如图3-2所示。这种传感器较一般开环式传感器具有更高的精确度和稳定性

5、。表３-1机械工程中常用传感器第三节电阻、电容与电感式传感器一、电阻式传感器定义电阻式传感器——将被测量转化为电阻值变化的传感器。1、变阻器式电阻传感器2、电阻应变式传感器1、变阻器式电阻传感器变阻器使用日益减少，电阻应变式传感器具有体积小、动态响应快、测量精度高使用方便等优点，而得到广泛运用。变阻器式电阻传感器的测量电路特点及应用1、特点优点：结构简单、性能稳定、使用方便。缺点：分辨力不高，有较大的噪声。2、应用用于线位移、角位移测量，在测量仪器中用于伺服记录仪器或电子电位差计等。1.金属电阻应变片(结构型)丝式电阻应变片多为康铜或镍

6、铬合金制成，直径约0.025mm，片基可有多种。依据基本公式          ，电阻相对变化率为：经简化可得：金属电阻应变片的工作原理，是基于金属导体的应变效应，即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。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。其物理意义是:单位应变所引起的电阻相对变化。由式(3.2-7)可以明显看出，金属材料的灵敏系数受两个因素影响:一个是受力后材料的几何尺寸变化所引起的，即项；另一个是受力后材料的电阻率变化所引起的，即项。对于金属

7、材料项比项小得多。大量实验表明，在电阻丝拉伸比例极限范围内，电阻的相对变化与其所受的轴向应变是成正比的，即K0为常数Sg=1+2μ=常数　 通常金属电阻丝的Sg=1.6～3.6之间。应变片的主要参数： （1）几何参数：基厂长和基宽，制造厂常用b×L表示。 （2）电阻值：应变计的原始电阻值。（60Ω、120Ω、350Ω、600Ω、1000Ω等） （3）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。 （4）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等。2.半导体应变片（物性型）基本公式：E－半导体材料的

8、弹性模量；Λ－半导体材料的压阻系数。半导体应变片的灵敏度为原理：压阻效应优点：体积小、横向效应小、滞后小、灵敏度高缺点：温度稳定性差、灵敏度分散度大（晶向、杂质）、大应变下非线性误差大。３、应用电阻应变传感