测试
技术
第三章 常用传感器
主要研究内容：
1.了解传感器的分类
2.常用传感器测量原理
3.传感器选用
测
试
技
术
基
础
测试
技术 3.1 概 述
1,传感器 (Sensor)定义
传感器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。通常由 敏感元件 和
转换元件 组成 (GB766-87)。
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
号的器件或装置。
第
三
章
常
用
传
感
器
测试
技术
? 传感器在非电量电测系统中的作用：
?一是 敏感作用：
感受并拾取被测对象的信号
?二是变换作用：
被测信号转换成易于检测和处理的电
信号
概
述
获得传感器信号的两种方法：直接获得电信号的变
化（开关传感器）；将物理量变换成电信号的变化（水
位、压力等）。
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技术
2,传感器的分类
(1)按被测物理量分类,
(2)按传感器元件的变换原理分类,
位移传感器,流量传感器,温度传感器等,
电阻式,电容式,电感式,压电式、光电式等,
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,
例如,水银温度计,压电测力计,
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,
概
述
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技术
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,
能量传递型,从某种能量发生器与接受器进行能量传递过程中实现敏感检测,
例如,超声波发生器和接受器,
(3)按传感器的能量传递方式分类,
概
述
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3,传感器的性能要求
? 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
? 适应性和适用性强
概
述
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技术
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,
?热敏式
?电阻应变式
?变阻器式
?光敏式
?电敏式
A
lR ??
3.2 电阻式传感器
第
三
章
常
用
传
感
器
测试
技术
电阻应变式传感器 --应变片
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。
电
阻
式
传
感
器
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技术 1) 工作原理
金属应变片的电阻 R为
AlR ??
2dd R d l d rR l r??? ? ?
电
阻
式
传
感
器
R R RlAd R d l d d A? ?? ? ?? ? ?? ? ?
2 2A r d A r d r??? ? ?
,dd r lrl E??? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?
( 1 2 )dRR E? ? ?? ? ?
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技术
(1) 金属应变片（ ?不变）
(1 2 )
1, 7 3, 6
dR
R
S
????
?
金属应变计
(2) 半导体应变片（ ?变化）
6 0 1 7 0
dR
E
R
S
???
?
半导体应变计
电
阻
式
传
感
器
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技术
2) 金属应变计
? 金属应变计有,
? 丝式和
? 箔式
? 优点,稳定性和温度
特性好,
? 缺点,灵敏度系数小,
应变计
电
阻
式
传
感
器
测试
技术
3) 半导体应变计
? 优点,应变灵敏度大 ;体积小 ;能制成具有一定应变电阻的
元件,
? 缺点,温度稳定性和可重复性不如金属应变片。
应变计
电
阻
式
传
感
器
? 体型
? 薄膜型
? 扩散型
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技术
案例：
4) 应用
电
阻
式
传
感
器
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技术 案例,电子称
原理
将物品重量通过悬臂梁转化结
构变形再通过应变片转化为电
量输出。
德国 HBM电阻应变式传感器
电
阻
式
传
感
器
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技术 3.3 电容式传感器
1.变换原理, 将被测量的变化转化为电容量变化
两平行极板组成的电容器,它的电容量为,
AC ???
+
+
+
?
A
?
当被测量 δ,A或 ε发生变化时, 都会引起电容的变化 。
如果保持其中的两个参数不变, 而仅改变另一个参数,
就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化 。
第
三
章
常
用
传
感
器
测试
技术 2 分类
a) 极距变化型 ;
+
+
+
c) 介质变化型
0SA??电
容
式
传
感
器
b)面积变化型,角位移型,平面线位移型,柱面线位移型,
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技术 3 应用
1.震动，偏心，裂纹，振荡，同心度
2.位移，移动，位置，膨胀
3.挠度，变形，波动，倾斜
4.尺寸，公差，分选，零件识别
5.冲击，应变，轴向振动
6.轴承振动，油膜间隙，磨擦，偏心
电
容
式
传
感
器
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技术 3.4 电感式传感器
电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量
转化为电感量的一种装置。
分类,
电感式传感器 自感型 可变磁阻型
涡流式
互感型
第
三
章
常
用
传
感
器
测试
技术
1 自感型 --可变磁阻式
?
?
2
002 ANL ?
a)变间隙型
原理,电磁感应电
感
式
传
感
器
2
00
22
WAd L LS
d
?
? ? ?? ? ? ? ?
测试
技术 b)变面积型
c）螺线管型
电
感
式
传
感
器 2 0
02
WdLS
dA
?
?
??
测试
技术
d)差动型
电
感
式
传
感
器
测试
技术
2 涡流式 原理,涡流效应
原线圈的等效阻抗 Z变化,),,,( ????ZZ ?电
感
式
传
感
器
a)高频反射式：（ 集肤效应）
()Z f x?
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技术
电
感
式
传
感
器
b)低频透射式：（互感原理）
测试
技术
案例,连续油管的椭圆度测量
Coiled
Tube
Eddy
Sensor
Reference
Circle
原理：
电
感
式
传
感
器
测试
技术
案例,无损探伤 原理
裂纹检测，缺陷造成涡流变化。
火车轮检测
油管检测
电
感
式
传
感
器
测试
技术
案例,测厚
案例,零件计数
电
感
式
传
感
器
测试
技术 3 变压器式 --差动变压器
工作原理,互感现象,电
感
式
传
感
器
测试
技术
应用, 厚度,角度,表面粗糙度 ;拉伸,压缩,垂直度 ;
压力,流量,液位 ;张力,重力,负荷量 ;扭矩,
应力,动力 ;气压,温度 ;振动,速度,加速度 ;等,
案例,板的厚度测量
~
案例,张力测量
电
感
式
传
感
器
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技术 3.5 磁电式传感器
1.变换原理,
磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应电动
势的一种转换器。
),,(,c o s,??? ?? mdtddtd RBSBNU ??????
感应线圈的感应电动势 U为
磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，
改变其中一个因素，都会改变线圈的感应电动势。
第
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常
用
传
感
器
测试
技术
2 分类
磁
电
式
动圈式
磁阻式
线速度型
角速度型
N
磁
电
式
传
感
器
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技术
3 动圈式传感器
磁
电
式
传
感
器
测试
技术
4 磁阻式传感器
磁
电
式
传
感
器
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技术 5 应用
b) 测速电机a)磁电式车速传感器磁
电
式
传
感
器
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技术 3.6压电式传感器
1.变换原理, 压电效应
某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发
生变化，而且内部被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时，又
重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。
第
三
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常
用
传
感
器
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技术
压电效应
q=DF
压
电
式
传
感
器
测试
技术
i
a c i
qe
C C C
?
??
p
y p i
a c i
qA
e A e
C C C
??
??
F
+
2、测量电路
a)电压放大器
压
电
式
传
感
器
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b)电荷放大器
fyiicai CeeCCCeq )()( ?????
ff
y KCCC
Kqe
??
??
)(
f
y
ff
C
qeth e n
CCKCIf
??
???
)(
F
+
压
电
式
传
感
器
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技术
3 应用
b) 压力变送器a) 加速度计，力传感器压
电
式
传
感
器
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案例,飞机模态分析
压
电
式
传
感
器
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技术 3.7传感器选用原则
选择传感器主要考虑灵敏度、线性范围、响应特性、
稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。
1,灵敏度
一般说来, 传感器灵敏度越高越好, 但在确定灵敏
度时, 要考虑以下几个问题 。
a)灵敏度过高引起的干扰问题；
b)量程范围 。
c)交叉灵敏度问题 。
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常
用
传
感
器
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3 响应特性
传感器的响应特性是指在所测频率范围内, 保持不
失真的测量条件 。
实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟, 但
总希望延迟的时间越短越好 。
2 线性范围
任何传感器都有一定的线性工作范围 。 在线性范围
内输出与输入成比例关系, 线性范围愈宽, 则表明传感
器的工作量程愈大 。 传感器工作在线性区域内, 是保证
测量精度的基本条件 。
传
感
器
选
用
原
则
测试
技术
4 稳定性
稳定性是表示传感器经过长期使用以后, 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
传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的对
应程度 。
6 测量方式
传感器工作方式, 也是选择传感器时应考虑的重要
因素 。 例如, 接触与非接触测量, 破坏与非破坏性测量,
在线与非在线测量等 。
传
感
器
选
用
原
则