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1、第三章常用传感器与敏感元件本章学习要求：1.了解传感器的分类2.掌握常用传感器测量原理3.掌握传感器测量电路的基本原理第三章常用传感器与敏感元件测试技术与信号处理第一节概述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；是能感受规定的被测量、并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。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。第三章常用传感器与敏感元件测试技术与信号处理2.传感器的构成传感器由敏感器件与辅助器件
2、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。第一节概述dV传感器作用传感器在非电量电测系统中的作用：①是敏感作用：→感受并拾取被测对象的信号②是变换作用：→被测信号转换成易于检测和处理的电信号敏感元件转换元件被测物理量电信号传感器第一节概述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
3、,磁场；温度:温度,热量,比热；光：亮度，色彩。第一节概述机械式,电气式,光学式,流体式等。2)按工作原理分类:第一节概述3)按信号变换特征: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。如:电容式和电感式传感器。第一节概述4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系:能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作，如:热电偶温度计，加速度计。能量控制型:从外部供给能量使传感器工作，并由被测量控制外部供给能量的变化，如:电容传感器第一节概述4.传
4、感器的性能要求足够的容量匹配性好，转换灵敏度高精度适当，稳定性高反应速度快，工作可靠性高适应性强第一节概述机械式传感器应用很广。在测试基数中，常常以弹性体作为传感器的敏感元件。它的输入量可以是力、压力、温度等物理量，输出则为弹性元件本身的弹性变形（或应变）。这种变形可转变成其他形式的变量，如被测量可放大而成为仪表指针的偏转，借助刻度指示出被测量的大小。（见教材72页图3-3）优点：具有结构简单、可靠、使用方便、价格低廉、读数直观等。缺点：弹性变形范围小、放大和指示环节多为机械传动，不仅受间隙影响，而且惯性大，
5、固有频率低。应用：只宜用于检测缓变或静态被测量。第三章常用传感器与敏感元件第二节机械式传感器及仪器测力计压力计温度计典型机械式传感器机械式传感器及仪器为了提高测量的频率范围，可先用弹性元件将被测量转换成位移，然后用其他形式的传感器（如电阻、电容等）将位移量转换成电信号输出。机械式传感器及仪器近年来，在自动检测、自动控制技术中广泛应用的微型探测开关也被看成是机械式传感器。它能把物体的运动、位置或尺寸变化，转换为接通、断开信号。电阻式传感器：是把被测量转换为电阻变化按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式第三章常
6、用传感器与敏感元件第三节电阻、电容与电感式传感器一、电阻式传感器1变阻器式传感器（电位计式传感器）测量方法：通过改变电位器触头位置，实现将位移变化转换为电阻值的变化。r–电阻率；l-电阻丝长度；A-电阻丝截面积。触点C沿变阻器移动x，则C点与A点之间的电阻值：xxpACB灵敏度：→单位长度的电阻值若导线分布均匀，k1为常数，R与x成线性关系。若电阻丝直径和材质不变→电阻值随长度而变化变阻器式传感器左图为回转型变阻式传感器，其电阻值随电刷转角而变化。→单位弧度所对应的电阻值左图为非线性变阻式传感器，或称为函数电
7、位器。其骨架形状根据所要求的输出f(x)来决定。灵敏度：变阻器式传感器等效电路分析:xp-变阻器总长;x-电刷移动量.Rp-总电阻;Rx-电刷电阻;UeRxRp-RxxxpU0xxp变阻器式传感器0xpUeU0x变阻器式传感器UeRxRp-RxxxpRLU0xp—变阻器的总长度Rp—变阻器的总电阻RL—后接电路的输入电阻负载效应变阻器式传感器负载效应0xpUeU0x无负载效应变阻器式传感器变阻器式传感器的性能参数:1)结构、尺寸;2)移动或旋转角度范围;3)分辨率（与导线的直径有关）;4)输入－输出之间的函数
8、关系;5)寿命（有磨损）;变阻器式传感器的分类按测量类型：单圈电位器多圈电位器直线滑动式电位器变阻器式传感器按制作方式：线绕电位器导电塑料电位器普通塑料基底导电材料粉变阻器式传感器优点:(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，一般不需放大。缺点:因为存在电刷与线圈或电阻膜之间摩
