第四章 阻抗型传感器
４.1 电阻式传感器
４.1.1 电位器式传感器 一、组成原理 图４－1-1
二、输入—输出特性
1．线性特性——线性电位器
x L R R x ?=
x L
U R R U U x x ?=?= 式中L ——触点行程
x ——触点位移?
??角位移线位移
2．非线性特性——非线性电位器 )(x f R x = 非线性函数 )(x f R
U
U x ?=
三、结构形式
2．非接触式――光电电位器 图4－1－2（氧化铝上沉积硫化镉作为光电导层） 五、用途：①测量位移；
②测量可转化为位移的其他非电量
4.1.2 电阻式应变传感器和固态压阻式传感器 一、电阻式应变传感器
（一） 应变电阻效应——应变使电阻变化（在外力作用下的机械变形，而使电阻
阻值变化） 1、 应变：图4-1-3
纵向线应变l dl /=ε 横向线应变με-=r dr / l
dr r
dr //-
=μ泊松比
面应变 με22
/-==r dr
A dA 体应变 εμ)21(/-=+=A
dA L dl V dV 2、导体电阻及其变化
A
L
R ?=ρ
ρ
ρ
εμρρd d A dA L dL R dR +
+=+-=)21( 金属材料电阻率相对变化:
εμρ
ρ)21(-==c v
dv
c
d 半导体材料电阻率相对变化: επρ
ρ
E d = π——压阻系数 E ——弹
性模量 3、应变效应表达式：
ε00
K R R
=? ε
0/R R K ?=
（应变材料的灵敏系数）：
金属材料 μμμ21)21()21(0+≈-++=c K 约1.0~2 半导体材料 E E K ππμ≈++=)21(0 约50~100 （二）电阻应变片
1、组成结构——图4-1-4
3、安装——粘贴在试件表面（应使应变片轴向与所测应变方向一致）
4、应变片灵敏系数――应变片电阻相对变化与粘贴处试件表面应变之比
ε
R
R K /?=
y y x x k k R
R
εε+=?x x H k εα)1(+=x k ε=
x ε——试件表面纵向线应变 y ε——试件表面横向线应变
)0(<-==
αμεεαx
y
x k ——纵向灵敏系数，y k ——横向灵敏系数
x y k k H /=——横向效应系数
应变片灵敏系数小于应变电阻材料灵敏系数
0)1(k k H k k x x <<+=α
（三）应变电桥
1、电阻传感器电桥的近似公式
图3－1－1中令 i i i R R Z ?+= 在i i R R <
????≈=
-+- ???
非线性误差近似为
001234
01234
1()2U U R R R R e U R R R R '-????==+++
结论：
1）如果电阻传感器接在电桥的相邻两臂，温度引起的电阻变化将相互抵消，其影响将减小或消除；
2） 非电量若使两电阻传感器的电阻变化符号相同，则应将这两电阻传器 接在电桥的相对两臂，但是这只能提高电桥输出电压，并不能减小温度变化的影响和非线性误差。
3）被测非电量若使两电阻传感器的电阻变化符号相反，则应将这两电阻传感器接在电桥的相邻两臂即构成差动电桥，这既能提高电桥输出电压，又能减小温度变化的影响和非线性误差。
2、 应变电桥――接入应变片的电桥
1）单应变片工作：04kU U ε=
? 2）双应变片工作：()0124
kU
U εε=-
①一片受拉，另一片受压，即ε1=εx ，ε2=-εx ，02
x kU
U ε=
? ②一片承受纵向应变εx ，即ε1=εx ，另一片承受横向应变εy ，即ε2=ε
y
。因εy =-μ εx ，(μ为泊松比)，()014
x kU
U με=
+ 3) 四应变片工作：
()012344
kU
U εεεε=
-+-
①两片受拉，另两一片受压ε1=ε3=εx ，ε2=ε4=-εx ， 0x U kU ε=
②两片承受纵向应变εx ，另两片承受横向应变εy ε1=ε3=εx ，ε2=ε
4
=εy ，εy =-μεx (μ为泊松比)，()012
x kU
U με=
+ （四）温度误差及其补偿 1、温度误差产生原因 ①应变电阻随温度变化
)1(0t R R t ?+=αα
t R R t ?=?αα
t K K R R t ??=?=
αεαα0/ ②试件材料与应变法的线膨胀系数不一致
)1(0t l L s st ?+=β )1(0t l L g gt ?+=β t l l l l s g st gt ?-=-=?)(0ββ
t l l
s g ?-=?=
)(0
ββεβ 2、温度误差的危害――产生应变测量误差即“虚假视应变”
温度变化产生的应变片电阻的相对变化可折算成的“虚假视应变”为
t t k
s g t ??-+??=
+=)(ββα
εεεβαt k
s g ??-+=)(
ββα
3、补偿温度误差的办法 ①补偿块法 图４－1-7
11111()t t R R R k R R εεε?+??==+， 2222
t
t R R k R R ε??== 04
kU
U ε=
? ②差动电桥法
如果两应变片型号参数、所处环境温度及所粘贴材料均相同，只要将两应
变片接入电桥的相邻两臂，就可消除温度变化引起的测量误差。
二、固态压阻式传感器
（一） 半导体压阻效应——应力σ使半导体电阻率变化
πσρ
ρ
=d
E A
F εσ==
, εμεπρρ)21(+>>=E d , πσεπρ
ρ==≈E d R dR （二）固态电阻式传感器
特点：在半导体硅材料基底上制成扩散电阻，作为测量传感元件， 优点：无须粘贴，便于传感器的集成化
缺点：易受温度影响。需温度补偿或在恒温条件下使用。 （三）温度误差及其补偿 1、温度误差产生原因
1°电阻随温度变化——（电桥输出）零位漂移 2°温度↑压阻系数π↓→（电桥输出）灵敏度漂移 2、温度补偿电路——图4-1-8
1°零位温漂补偿：R P ——起补偿作用
R S ——起调零作用
2°灵敏度温漂补偿——二极管V ；压降随温度升高而下降。
4.1.3 热电阻和热敏电阻 一、热电阻——金属电阻
1．电阻——温度特性 ↑↑→R t （正温度特性） ①近似公式：)1(320ct t t R R t +++=βα
一般3
2
ct t t >>>>βα故)1(0t R R t α+≈——近似线性
α——电阻温度系数 0>α
②百度电阻比：
0R ——一般为100Ω、50Ω两种
③分度表——温度t 与电阻阻值R t 的对照数据表。 2．对热电阻材料的要求
①温度特性的线性度好 ②温度系数大且稳定 ③电阻率大
④物理化学性能稳定 3．常用热电阻
W （100） 测温范围 价格 稳定性 温度系数 ①铂电阻 ≥1.391 -200°~650° 昂贵 高 低 ②铜电阻 ≥1.425 -50°~150° 低廉 差 高
二、热敏电阻——半导体电阻
1、 类型 图4-1-9
PTC Positive temperature coefficient CTC critical temperature coefficient NTC negative temperature coefficient
NTC ——常用于温度测量和温度补偿
PTC 、CTC ——常用作开关元件 2．结构及符号——图4-1-10 3．NTC 热敏电阻 ①电阻——温度特性
)11(00
T T B e
R R -=
21/T B dT dR R dT R dR -===α 因为 )()11(00T B
T T B e R dT
dR
-?-=)(2T B R -= 所以 2/T
B
dT R dR -==
α 结论：1°温度系数比热电阻大几十倍
2°非线性比热电阻严重
②伏安特性——图4-1-12应根据允许功能确定电流
4.1.4 气敏电阻
一、工作原理 图４－１－１4
半导体陶瓷与气体接触时电阻发生变化：接触氧化性气体（O 2，NO 2），电阻↑
接触还原性气体（H 2，CO ）， 电阻↓ 浓度越大，电阻变化越大
用途：气体识别，浓度检测 二、材料与组成
1、材料——S n O 2应用最广
2、组成： 气敏电阻体 加热器
3、结构： ①烧结型
②薄膜型 ③厚膜型
4、电路符号 图4－1－15
①旁热式 图4－1－15(a)(b) ②直热式 图4－1－15(c) 三、测量电路分析
1．气敏电阻R s 与负载电阻R L 分压电路 图4－1－15 S
L L
C
RL R R R U U +=
2．气敏电阻电桥电路 图４－１－１6
4.1.5 湿敏电阻
一、氯化化锂湿敏电阻
是利用吸湿性盐类潮解，离子导电率发生变化而制成的测湿元件。 氯化锂溶液的当量电导随着溶液浓度的增高而下降。环境的相对湿度高，氯化锂溶液将因吸收水份而浓度降低；反之，环境的相对湿度低，则氯化锂溶液的浓度就高。因此，氯化锂湿敏电阻的阻值将随环境相对湿度的改变而变化，从而实现了湿度的测量。
二、半导瓷湿敏电阻
1．湿敏特性： 正特性 湿度↑→电阻↑ 负特性 湿度↑→电阻↓
2．典型结构 烧结型 正湿敏特性 涂复膜型 负湿敏特性
三、高分子膜湿敏电阻
是采用人工合成的有机高分子膜作为湿敏材料的电阻式湿度传感器 (1)碳湿敏电阻
（2）聚苯乙烯磺酸锂湿敏电阻 四、测湿电路分析
1．不平衡电桥 图４－１－18 2．欧姆回路 图４－１－19 电流表电流 x
x R R R V
I ++≈
213 x R ——湿敏电阻
R d ——校满电阻与x max %RH 对应的R x 相等。 湿度↑→R x ↓→I x ↑
注意：1°不能使用电压表，因电压表内阻r 很大，电压表读数为 012123,x x r
U V
r R R R R R R r
=>>+++++几乎不随湿度改变
2°湿敏电阻必须用交流式换向直流供电，不能用单向电流供电
４.2 电容式传感器
4.2.1基本原理与结构类型 一、原理
1．平行平面电容
①单层介质 d
s
C ε= s ——极板覆盖面积 ②多层介质 s
s
d d d s C εεε+
+
=
2
2
1
1
2．平行曲面形（同轴圆筒形）电容
)
/ln(2r R L
C πε=
L ——覆盖长度
当r r R <<-)(时，r
R Lr r
R r R L C -?≈
-+≈
ε
ππ2)
(
（x>0时，ln x 展成幂级数，取第一项，112
ln +-=x x x ，令r
R
x =，所以 r
R r
r R r R r R -≈-+≈)(2)/ln(1）
二、结构类型：变极距、
变面积、 变介质
4.2.2 输入－输出特性
一、变极距型
1、单一式 图4-2-1（a ）
初始时 00/d s C ε= 动极板上移d ? 0
001)1(d d C d d d s
d
d s
C ?-
=
?-
=
?-=
εε 2、差动式 图4-2-1（b ） )1/(001d d C C ?-
= )1/(0
02d d C C ?+
=
12120
C C d
C C d -
D =
+ 二、变面积型
1、线位移式：
①单一式 图4-2-2（a ） 初始时 d
l b C C 0
0?=
=ε
移动l ?后 )1()
(0
00
0l l C d l l b C ?-
=?-=
ε 图4-2-2（b ）能防止极板移动时d 的变化而产生的测量误差
②差动式
)1(001l l C C ?-
= )1(002l l C C ?+=, L
L
c c c c ?-
=+-2121 2．角位移式（差动结构）
①扇形结构——图4-2-3（a ）
初始时022*******)(2)(αεπαεπε?-=?-====d
r R d r R d s
C C C 转动α?后 )1()(2)
(0
00221αα
ααε?-
=?--=
C d
r R C
)1(0
02αα
?+
=C C 所以
2121αα
?-
=+-C C C C ②柱面形结构 图4-2-3（b ） 公式同上
三、变介质型（差动式） 图4-2-4
初始时 )(20021εε+===d
lb
C C C 介质（ε）块右移l ?时 d
l l
b d l l b C )
2()2(01?-+?+=εε 所以 )()(2001εεεε-?++=d
l b d lb C )21()21)((2000000ε
εεεεεεεεε+-??+=+-??++=
l l C l l d lb 同理 )21(0002ε
εε
ε+-??-
=l l C C 所以
l
l
l l C C C C r r ??
+-=??+-=+-2112002121εεεεεε 4.2.3 等效电路分析——图4-2-4
一、等效电路
R P ——并联损耗电阻 （极间泄漏电阻）低频影响大 R s ——引线电阻，高频影响大 L ——引线电感 二、引线电感的影响
等效电容
C
j L j C j e ωωω1
1+
= 两边同乘C j ω 所以
LC C C
e
21ω-= LC C C e 2
1ω-= LC C dC C dC e e 211ω-?= ， LC
C C C C e e 2
11
ω-??=? 证明：因 2
222222)1(1
)1()()1(,1LC LC L C LC dC dC LC C
C e e ωωωωω-=
----=-= 所以 dC LC dC e ?-=
2
2
)
1(1ω
LC
C dC C LC LC dC C dC e e 2
22211
1)1(ωωω-?=-?-= 结论：1、激励频率LC
f f π210
<< 通常0)3
1
~21(
f f < 2、每当改变激励频率或更换连接电缆时须重新进行标定。
4.2.4 接口电路选择
――尽可能使输出电压或频率与被测非电量成线性关系。 一、比例运算电路
1、图3－２－5（a ） .
.
0E
x
C U U C =- 应用于单一变极距式电容传感器 .
.
001E d U U d ??
?=--
???（0
01d d
c c x
?-=）
2、 图3－２－5（b ） 0
0C C U U x
E
-= 应用于变面积式和变介质式电容传感器 .
.
001E l U U l ???=--
???
3、 图3－２－5（c ） ..
21
00
E
C C U U C -= 应用于变面积差动式电容传感器 0
02αα?-=E
U U 二、交流电桥
1、电阻平衡臂电桥 图3-1-6（a ）
2、变压器电桥 图3-1-6（b ）
开路（Z L →∞时）输出电压都为
.
.
12012
2C C E U C C -=
?+ 应用于变极距差动式电容传感器 00
2E d U d ?=
? 三、差动脉冲调宽电路 图3－２－6
变极距差动式电容传感器接入差动脉冲调宽电路图3－２－6得
12
012AB E
C C U U U C C -==+ （12120C C d C C d -
D =
+） 0
0d d U U E ??= 设被测量为振动位移sin 2m x d d f t π?=?，代入上式得00
sin 2m
E
x d U U f t d π?=。显然，低通滤波器应允许频率为f x 的被测非电信号通过，为了滤去方波基波及其谐波而且允许频率为f x 的被测非电信号通过，一般选取截止频率f h 为
x h f f f )5~3()
5~3(0
==
4.3 电感式传感器
4.3.1 自感式传感器
一、工作原理：图4-3-1（a ） 1、组成：铁芯线圈 活动街铁
2、自感 I N L φ=
（φ磁通） 式中 m
R I
N =φ （磁路欧姆定律） 故 m
R N L 2=
δR R R F m += F
F F F A l R μ=
A R 02μδ
δ=
因为
0μμ>>F 所以 δR R F <<，所以δR R m ≈
所以 δ
μδ20222A
N R N R N L m =
≈= 3、原理：被测量变化→R m 变化（气隙的变化）→L 变化
类型：1、变气隙式 δ变化→L 变化 2、变面积式 A 变化→L 变化 3、螺管插铁式 μ变化→L 变化 二、输入——输出特性 1．变气隙式自感传感器
①单一式 图4-3-1（a ） 20002N A
L m d =0-
0020021)1(2)
(2δδ
δ
δδμδδμ?+
=
?+=
?+=L A N A
N L ②差动式 图4-3-2（a ） )1/(0
01δδ
?+
=L L ， )1/(0
02δδ
?-
=L L ，
2112δδ
?=+-L L L L
2．变面积式自感传感器
①单一式 图4-3-1（b ） )1(2)(0
0002a a
L a a b N L ?+=?+=δμ
②差动式 图4-3-2（b ） )1(001a a L L ?+
=， )1(002a a L L ?-=， 0
2112a a L L L L ?=+-
3．螺管插铁式自感传感器
①单一式 图4-3-1（c ）未插入衔铁时，l
N r L 2
020μπ?=
插入衔铁后，])1(1[220l
x
r r L L c r ?-+=μ
②差动式 图4-3-2（c ）
初始时，衔铁居中])1(1[0
220021l x r r L L L L c r ?-+===μ
衔铁右移x ?，])1(1[02201l x x r r L L c r ?-?-+=μ ])1(1[02202l x x r
r L L c r ?+?-+=μ 0
0222112))(1(1))(1(x x l
x r r l x
r r L L L L c r
c r ?≈?-+??
-=
+-μμ 三、等效电路――图４－3-3
L
j c j L j e ωωω11+
=
所以 Lc
L L e 21ω-=
Lc
L
dL L dL e e 2
1/ω-= 结论：1、应选择激励频率Lc
f f π210=
<<，
由于各损耗电阻的存在使线圈的品质因数降低，且与频率有关，最好选择能
使品质因数最高的最佳激励频率。
2、由于电缆的分布电容是并联寄生电容C 的组成部分，所以在更换连接电缆时，须重新进行校准。
四、接口电路选择
――尽可能使输出电压、电流或频率与被测非电量成线性关系。 1、变压器电桥 图3－1－6(b)
2
11202L L L L E U +-?
= 1）单一式 L 2=L 0（固定电感） L 1=L x =)1/(0
0δδ
?+
L （自感式传感器）
)21/(420
0000δδδδ?+??=+-=E L L L L E U x x 2）差动式：)1/(0
01δδ
?+
=L L )1/(0
02δδ
?-
=L L
02δδ??=E U
结论：1、差动式比单一式灵敏度提高一倍 2、差动式可消除非线性
2、 差动电感脉冲调宽电路――图3－2－8 ――适用于差动自感传感器 2
12
10L L L L U U U E
AB +-==
3、比例电路（与图3－2－5相似）――适用于单一式自感传感器
图中L 0为固定电感，其值等于自感传感器L X 的初始值。
4.3.2 互感式传感器 一、互感与自感
dt
di M dt d N u 121212
21-=-=φ 所以 12121I M j U ?-=ω 紧耦合时1121φφ= 所以 1
2
1
21N N L M =
二、互感式传感器（差动变压器）组成原理
工作原理：（等效电路见图4-3-4） 初级电流为： 1
11
1L j r U I ω+=
?
?
两个次级线圈感应电压为：
1121?
?-=I M j U ω 1222?
?
-=I M j U ω
传感器输出电压为：
()?
+--=--=-=11
12112122212)(U L j r M M j I M M j U U U ωωω
差动变压器也有变气隙式、变面积式和螺管式三种类型。
2、差动变压器输出特性
（以图４－3－6所示Π型铁芯的变气隙型差动变压器为例来推导）
δδδ?+=01 δδδ?-=02
所以)1/(0
01δδ
?+
=L L )1/(0
02δδ
?-
=L L
1
1N N '= 22N N '= 1211N N L M ?
= 1
221222N N
L N N L M =''=
11212122210)()(I M M j I M M j U U U -=--=-=ωω
11
212)(I N N L L j
??
-=ω jQ
L L j U L j L j r r U I E
E 111)
()/(122
1211+
?
+=+++=ωωω
2
121)
(r L r r L L Q ωω≈
++=
（021021,L L L r r r ====初始时 ）
所以)1
1/(1212120jQ
L L L L N N U U E
++-??= 2
12012111
1)11/(Q
Q j
N N U jQ N N U E
E ++????=+???=δδδδ 结论：0
U 中包含同相分量和正交分量 其输出电压幅值为：
2000122120)(1/1
1/L r N N U Q N N U U E E
ωδδδδ+??=+??= 当0L r
<<
ω时 ωδδ?????=0
00120r L N N U U E 当0L r
>>
ω时 0
120δδ???=N N U U E （与频率无关，为一常数） ω继续增加到超过某一数值时(该值视铁心材料而异)，由于导线趋肤效应和
铁损等影响而使灵敏度下降。灵敏度——频率特性如图４－3-9所示。
结论：应选取合适的较高的激励频率，以保持灵敏度不变。
三、接口电路
1、反串电路――图４－3－6 .
.
.
22122U U U =-
2、桥路――图４－3－8 .....
.2222222212111()()22
U U U U U U =+-=-
电位器用于输出调零
3、差动整流电路――图4-3-9
电流输出 电压输出
全波整流 图4-3-9（a ） 图4-3-9（c ） 半波整流 图4-3-9（b ） 图4-3-9（d ）
差动输出 21I I I ab -= bc ac ab U U U -= 注意点：1）整流二极管方向与输出电流方向一致
2）电位器用于输出调零
4、直流差动变压器电路 图4－3－10
4.3.3压磁式传感器
――是利用铁磁物质的压磁效应工作的传感器 一、压磁效应 1、“磁致伸缩效应”――铁磁材料在磁场中磁化时，在磁场方向会伸长或者缩短，这种
现象称为“磁致伸缩效应”。
2、“压磁效应”――铁磁物质在外界机械力(拉、压、扭)作用下，磁导率发生变化，外力取消后，磁导率复原，这种现象称为“压磁效应” (又称磁弹性效应)。
铁磁材料的相对磁导率变化与机械应力σ之间有如下关系：
σεμ
μ
?=
?2
2s s
B
二、基本结构型式
1、组成： 压磁元件（由硅钢片粘叠而成闭合的磁路）
线圈（绕制在压磁元件上）。
2、类型：
1）自感型压磁传感器――压磁元件上若只绕上一组线圈 图4－3-11 12L k k F μ=?≈?
2）互感型压磁传感器――压磁元件上同时绕制激励绕组和输出绕组 图４－3-12 2
211
()N U U k F F N =?
?? 常用的互感型压磁传感器――图４－3-13
图（B ）:不受力时,磁阻相同初次级间无磁力线交链。不产生感应电动势。 图（C ）:受力时，磁阻发生变化，产生感应电动势。与力的大小成正比。 三、测量电路 图４－3-14
4.3.4 电涡流传感器 一、电涡流效应
1、电涡流的产生：成块金属置于交变磁场中或在固定磁场中运动，金属导体内产生
环形感应电流——电“涡流”。 2、电涡流的强度与分布 图４－3－15
①强度 ])(111[2
12x
R I I +-
=
②分布区域――在金属导体靠近激励线圈一侧的表面环形区域 图4-3-16
2r=0.525D 2R=1.39D （被测导体表面不能小于线圈外径2倍）
h 深处涡流密度e J J h /0= （0J ——表层涡流密度）
f
h πμρ
=
（h 贯穿深度） 3、电涡流作用方式——图4-3-17
①反射方式——涡流环产生的磁场抵消一部分原激励磁场
②透射方式——涡流环产生的磁场在另一侧线圈中产生感应电压
二、高频反射式涡流传感器——图4-3-18
1、组成： 传感器线圈、
被测金属导体
2、等效电路分析 图4-3-18（b ）
1）无金属块时 111L j R Z ω+= 1
1
0R L Q ω=
2）有金属块时，电路方程： 1
2111)(U I M j L j R I =-+ωω 0)(1222=-+I M j L j R I ωω 所以 )/(/2
212L j R M j I I ωω+= 传感器等效阻抗 1
2
111
11)(I I M j L j R I U Z ωω-+== 2
211)(L j R M
j M
j L j R ωωωω+-+=
2
22
211)(L j R M L j R ωωω+++=
)(222
2
2222
211L j R L R M L j R ωωωω-+++= L j R ω+=
所以 22
2222
221L R M R R R ωω++= R>R 1
2
2
2222
221L R M L L L ωω+-= L 结论：Z 、R 、L 、Q 均与x 、ρ、μ、ω有关 （因x 影响M ，ρ影响R 2，μ影响L 2） 3．工作原理：被测非电量使一个参数如x(其余参数不变)变化，可使L （或Q ， 或Z ）随该被测非电量变化 4、应用： 1°以x 作变量——测位移，厚度，振动，转速 2°以ρ作变量——测温度，判别材质，探测金属 3°以μ作变量——测应力，硬度 4°以x 、p 、μ作变量——探伤 三、低频透射式涡流传感器 图４－3-19 1、组成：传感器线圈：发射线圈、接收线圈，位于金属导体两侧 被测金属导体 2、原理： h d e KU U /12-?= U 1——交流稳压电源 通过测量U 2确定金属数厚度d 因为 f h πμρ = 所以 ρ πμf d h d U KU ==/ln 21 结论：U 2随d 、f 增大而下降 3、激励频率f 的选择（f 应保持恒定）图４－3-20 1°为使U 2与d 接近线性关系，f 应选低些（约1KHZ ） 2°测薄板时，f 应选高些 3°ρ较小，f 应选低些 ρ较大，f 应选高些 CHR-01阻抗型高分子湿度传感器 （湿敏电阻）产品规格书 一.应用范围： 本资料适用于阻抗型高分子湿度传感器,型号CHR-01 二.外型尺寸及内部结构示意图: 1—外壳(ABS) 2—基片(AL2O3) 3—电极4—感湿材料5—引脚 三.电性能参数表1 工作电压1V AC（50Hz ～ 2 K Hz） 检测范围20%～ 90% RH 检测精度±5% 工作温度范围最高使用温度0℃～＋85℃120℃ * 特征阻抗范围30 (21 ～ 40.5) KΩ ( 60%RH, 25℃) 响应时间≤12 s (20%～ 90%) 湿度飘移（/年）≤±2% RH 湿滞≤ 1.5%RH * 元件使用在(85 - 120℃)时,需在高温下标定,器件外壳需另制 ** 25℃标准曲线见图2 *** 0-60℃阻抗特性数据见表2及图3 表2：0~60℃湿度阻抗特性数据 单位: KΩ * 所有数据均由LCR数字电桥在1VAC/1KHZ测试所得。 四、应用电路建议 1、如使用模拟电路，建议将湿度信号变为电压信号输出，请向厂家索取。 2、可采用555时基或RC振荡电路，将湿度传感器等效为阻抗值，测量振荡频率输出，振荡频率在1K Hz左右，（在60%RH，25℃）（建议串联电容采用温度系数低，精度在±5% J级有机聚合物电容，例如涤纶或聚丙烯类电容） 3、对于采用单片机电路采集信号，可参考厂家提供的《湿度传感器单片机应用指南》 五.引用标准 GB/T15768-95 电容式湿敏元件及湿度传感器总规范 SJ/T10431-93 湿敏元件用湿度发生器和湿度测试方法 SJ20760-99 高分子湿度传感器总规范 六.注意事项 1.不要对元件使用直流电源，检测时请使用电桥阻抗（LCR）测试设备 2.避免硬物或手指直接接触元件表面，以免划伤或污染敏感膜 3.焊接时温度不能过高（<180℃，2S 膜表面），使用低温烙铁或用镊子保护 4.尽量避免在以下环境中直接使用：盐雾，腐蚀性气体：强酸（硫酸，盐酸）， 强碱，有机溶剂（酒精，丙酮等） 第四章电涡流式传感器 教学要求 1．了解电涡流效应和等效阻抗分析。 2．熟悉电涡流探头结构和被测体材料、形状和大小对灵敏度的影响。 3．熟悉电涡流式传感器的测量转换电路。 4．掌握电涡流式传感器的应用。 5．掌握接近开关的分类和特点。 教学手段多媒体课件、各种电涡流传感器演示 教学课时3学时 教学内容： 第一节电涡流传感器工作原理 一、电涡流效应（演示） 从金属探测器的探测过程导出电涡流传感器的电涡流效应。从金属探测器的结构来说明图4-1电涡流传感器工作原理。 二、等效阻抗分析 图4-1中的电感线圈称为电涡流线圈。分析它的等效电路：一个电阻R和一个电感L 串联的回路。电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数表达式（分析其实际价值）Z=R+jωL=f（i1、f、μ、σ、r、x）（4-1）结论：电涡流线圈的阻抗与μ、σ、r、x之间的关系均是非线性关系，解决方法：必须由微机进行线性化纠正。 第二节电涡流传感器结构及特性 一、电涡流探头结构（实物演示） 电涡流传感器的传感元件是一只线圈，俗称为电涡流探头。 线圈结构：用多股较细的绞扭漆包线（能提高Q值）绕制而成，置于探头的端部，外部用聚四氟乙烯等高品质因数塑料密封，（图4-2）。CZF-1系列电涡流探头的性能： 表4-1 CZF-1系列传感器的性能 提问：请同学由上表分析得出结论：探头的直径越大，测量范围就越大，但分辨力就越差，灵敏度也降低。 二、被测体材料、形状和大小对灵敏度的影响 线圈阻抗变化与哪些因素有关：金属导体的电导率、磁导率等。 第三节测量转换电路 （简单介绍调幅式和调频式测量转换电路。） 一、调幅式电路 调幅式：以输出高频信号的幅度来反映电涡流探头与被测金属导体之间的关系。图4-3：高频调幅式电路的原理框图。 ? 电阻应变式传感器 1 引言 把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。【1】它主要包括电阻应变式传感器、电位器式传感器(见位移传感器)和锰铜压阻传感器等。电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、加速度、扭矩等测量仪表是冶金、电力、交通、石化、商业、生物医学和国防等部门进行自动称重、过程检测和实现生产过程自动化不可缺少的工具之一。 2 电阻应变式传感器 以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形， 并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应 变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以 测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等 多种物理量。常用的电阻应变式传感器有应变 式测力传感器、应变式压力传感器、应变式扭矩传感器（见转矩传感器）、应变式位移传感器（见位移传感器）、应变式加速度传感器（见加速度计）和测温应变计等。电阻应变式传感器的优点是精度高，测量范围广,寿命长,结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化等。它的缺点是对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱，但可采取一定的补偿措施。因此它广泛应用于自动测试和控制技术中。 3 金属箔式电阻应变片 电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：△R/R=Kε式中△R/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=△l/l为电阻丝相对长度变化，电阻箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态，对单臂电桥输出电压Uo1= EKε/4。 4 电阻应变式传感器的测量 4.1 实验原理 1、结构型传感器是依靠传感器( )的变化实现信号变换的。 1.材料物理特性 <="" label=""> 2.体积大小 3.结构参数 4.尺寸的选择 5、半导体应变片具有( )等优点。 1.灵敏度高 3.可以控制 4.没有误差 9、信号传输过程中，产生干扰的原因是( ) 1.信号是缓变的 2.信号是快变的 3.干扰的耦合通道 4.信号是交流的 10、对压电式加速度传感器，希望其固有频率( )。 1.接近于零 2.尽量低些 3.尽量高些 4.是任意的 11、常用于测量大位移的传感器有( ) 1.感应同步器 2.应变电阻式 3.霍尔式 4.涡流式 12、将电阻应变片贴在( )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。 1.质量块 第四章 阻抗型传感器 ４.1 电阻式传感器 ４.1.1 电位器式传感器 一、组成 电阻器? ??园弧形直线形 滑臂 二、工作原理 1．把位移x 转换为电阻R x 2．把位移x 转换为电压U x 三、输入—输出特性 1．线性特性——线性电位器 x L R R x ?= x L U R R U U x x ?=?= 式中L ——触点行程 x ——触点位移? ??角位移线位移 2．非线性特性——非线性电位器 )(x f R x = 非线性函数 )(x f R U U x ?= 四、结构形式 1．接触式?? ?非线绕电位器 线绕电位器 2．非接触式――光电电位器（图1-1-2） 五、用途：①测量位移； ②测量可转化为位移的其他非电量 例题４－１已知图４－１－１（b ）中电位器式传感器的电阻器呈园弧形，圆弧电阻为R ，圆弧半径为r ，圆弧长为L ， )(2360)(度弧度π γ γ β? ? = = L L 2 0R R = β α ? =?R R βαβα22/0==?R R ??? ??=?=?=?--?+=2902)22( 000000L r U U R R U R R R R R R U U πβα α测量范围为2/β± 4.1.2 电阻式应变传感器 一、应变式传感器 （一）电阻应变效应——应变传电阻变化 1．应变：图4-1-3 纵向线应变c dl /=ε 横向线应为με-=r dr / l dr r dr //=μ泊松比 面应变 με22 /-==r dr A dA 体应变 εμ)21(/-=+=A dA L dl V dV 2．导体电阻及其变化 A L R ? =ρ ρ ρεμd A dA L dL R dR ++=-=)21( 金属材料 εμρ ρ)21(-==c v dv c d 半导体材料 επρ ρ E d = π——压阻系数 E ——弹性模量 3．应变效应表达式： ε00 K R R =? 00/K R R ?=ε 0K ——应变材料的灵敏数 金属材料：μμμ21)21()21(0+≈-++=c K 约1.0~2 半导体材料：E E K ππμ≈++=)21(0 约50~100 （二）电阻应变法 1．组成结构——图4-1-4 2．分类：金属应变化、半导体应变化 丝式应变法、箔式应为法、薄膜应变法 3．安装——粘贴在试件表面（应使应变片轴向与所测应变方向一致） ε?=?K R R K ——应变法灵敏系数 安全检测常用传感器 第3章安全检测常用传感器 第三章安全检测常用传感器 1. 传感器的分类温度传感器 物理量传感器压力传感器 按输入量（被测对象）分类化学量传感器位移传感器 生物量传感器从传感器的转换原理来说：结构型、物性型 按转换元件的能量转换方式：有源型（能量转换型）和无源型（能量控制型或参数型） 按输出信号的形式传感器可分为：开关式、模拟式和数字式 按输入、输出特性传感器可分为：线性和非线性 2. 结构型传感器：电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器 2.1电阻应变式传感器：利用电阻应变片将应 变转换为电阻的变 化，从而实现电测非 电量的传感器（原理 基于电阻应变效应） 2.1.1 电阻应变效应：电阻材料的电阻值随 机械变化的物理现象 2.1.2 压阻效应：电阻材料受到载荷作用产 生应力时、其电阻率发 生变化的物理现象 2.1.3 金属材料的电阻率相对变化正比于 体积的相对变化 2.1.4 金属材料的应变电阻效应：金属材料 的电阻相对变化与其线 应变ε成正比 =(1+2μ)+ E 2.1.5 应变灵敏度系数：K s 2.1.6 应变片测量应变的基本原理：外力作 用而引起的轴向应变， 将导致电阻丝的电阻成 比例地变化，通过转换 电路可将这种电阻变化 转换为电信号输出 2.1.7 电阻应变计：把应变丝制成栅状的应 变敏感元件 2.1.8 电阻应变片(简称应变片）由敏感栅、 基底、覆盖层、引线和 粘合剂构成 2.1.9按加工方法,可以将应变片分为以下 四 种 ： 丝 式 应 变 片 、 箔 式 应 变 片 第1章传感器的基本知识 一、简述题 1-1何谓结构型传感器？何谓物性型传感器？试述两者的应用特点。 1-2一个实用的传感器由哪几部分构成？各部分的功用是什么？用框图标示出你所理解的传感器系统。 1-3衡量传感器静态特性的主要指标有哪些？说明它们的含义。 1-4什么是传感器的静态特性和动态特性？差别何在？ 1-5怎么评价传感器的综合静态性能和动态性能？ 二、计算题 1-6有一只压力传感器的校准数据如下表所列。根据这些数据求最小二乘法线性化的拟合直线方程，并求其线性度。 1-7液体温度传感器是一阶传感器，现已知某玻璃水银温度计特性的微分方程为4dy/dx+2y = 2×103x。式中y为汞柱高(m)，x为被测温度(℃)。试求： (1) 水银温度计的传递函数； (2) 温度计的时间常数及静态灵敏度； (3) 若被测物体的温度是频率为0.5 Hz的正弦信号，求此时传感器的输出信号振幅误差和相角误差。 1-8今有两加速度传感器均可作为二阶系统来处理，其中一只固有频率为25 kHz，另一只为35 kHz，阻尼比均为0.3。若欲测量频率为10kHz 的正弦振动加速度，应选用哪一只传感器？试计算测量时将带来多大的振幅误差和相位误差。 第3章电感式传感器 3-1简述变气隙式自感传感器的工作原理和输出特性，传感器的灵敏度与哪些因素有关？如何提高其灵敏度？ 3-2电源频率波动对自感式传感器的灵敏度有何影响？如何确定传感器的最佳电源频率？ 3-3差动变压器式传感器的等效电路包括哪些元件和参数？各自的含义是什么？ 3-4试分析差动变压器式电感传感器的相敏整流测量电路的工作过程。带相敏整流的电桥电路具有哪些优点？ 各种类型传感器 LC0152T内装IC压电加速度传感器 LC0152T压电加速度传感器，是内装微型IC-集成电路放大器的压 电加速度传感器，它将传统的压电加速度传感器与电荷放大器集 于一体,能直接与记录和显示仪器连接，简化了测试系统，提高了 测试精度和可靠性。其突出特点如下： (1) 低阻抗输出，抗干扰，噪声小; (2) 性能价格比高，安装方便，尤其适于多点测量; (3) 稳定可靠、抗潮湿、抗粉尘、抗有害气体. 主要参数： 型号：LC0152T 灵敏度（mV/g）：100 量程（g）：50 频率范围（Hz（±10%））： 安装谐振点（kHz）：30 分辨率（g）： 质量（gm）：17 安装螺纹（mm）：M5 用途：通用测振 LC0804应变加速度传感器 LC0804产品具有静态频率响应、高灵敏、过载保护等特点。可与应变仪联用，组成测量系统，特别适合于低频振动测量。 主要参数： 型号：LC0804 量程（g）：±100 频率范围（Hz）：0～800 灵敏度：με/g 10 ，mV/ 非线性%FS：3 桥路电阻：120Ω 横向：5% 安全过载：300% ；工作温度：+10～+50℃ 光电转速传感器 型号：LHYF-12-A； 特性参数： 检测距离：0～10mm； 工作温度(℃)：-20～+50； 工作电压/电流：DC12V； 响应频率：500Hz. 用途及使用方法: 测量轴的转速。方法：在轴上贴上一小块1平方厘米的反光纸，通过调节传感器与轴的距离和拧传感器上的调节钮使传感器对轴不动作，对反光纸动作。 光电（红外）漫射式传感器 型号：LHMF-12-A 特性参数： 探测距离：50cm； 工作温度(℃)：-10～+55； 工作电压：DC12V； 输出电流：3000mA； 响应时间：小等于40ms. 用途及使用方法:物件计数，安防，设备保护等 传感器理论基础 一、单项选择题 1.传感器是一种能感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用量的器件和【装置】 2.传感器是由以下单元组成：敏感元件、转换元件和【测量电路】 3.传感器的分类，按照其工作原理，传感器可分为电参数式（如电阻式、电感式、电容式）传感器、压电式传感器、光电式传感器和【热电式传感器】 4.数据显示环节是检测人员和检测系统发生联系的主要环节，它的主要作用是使人们了解被测量的大小或变化过程。常用的有模拟显示、数字显示和【图像显示】 5.测量是检测技术的重要组成部分，是以确定被测对象【量值】 6.绝对误差表示测量值与被测量真实值之间的【差值】 7．电位器式电阻传感器的转换原件实际上为一个【电位器】 8.由于分布电容的存在，交流信号的频率会影响电桥的平衡，故在使用之前，要对电桥进行【平衡调节】 9.压阻式传感器在受到温度影响后，要产生零位漂移和灵敏度漂移，故会产生【温度误差】 10.点位器式位移传感器常用的传递环节有杠杆、滚轮皮带、齿轮齿条和【弹簧测杆】 11.当半导体应变片受到外界应力的作用时，其电阻的变化与受到应力的大小成【正比】 12.电容式传感器的误差因素有温度的影响、寄生电容的影响和【漏电阻的影响】 13.电容式压力传感器是将由被测压力引起的弹性元件的位移变化转变为电容的变化来实现测量的，它用于测量流体或气体的【压力】 14.为了提高灵敏度，减小非线性误差，实际中广泛采用【差动变气隙式自感传感器】 15.差动变压器式电感测微仪是一种测量【微位移装置】 16.调幅电路是把传感器电感的变化转换成为【电压幅度】 17.变气隙式自感传感器处于初始位置时，初始自感量为【B】 18.电涡流式厚度传感器包括低频透射式和【高频反射式涡流厚度传感器】 19.为了达到能辨别移动方向和消除零点残余电压的目的，实际测量时，广泛使用差动整流电路和【相敏检波电路】 20.变面积式电容传感器的电容量与位移量是成【线性】 21.电容式传感器结构简单，稳定性较好，且具有较高的灵敏度和【测量精度】 22.当压电式传感器中的压电晶体承受被测物体力的作用时，在它的两个极面上出现极线性相反但电量相等的【电荷】 23.顺压效应把机械能转换成【电能】 24.压电式传感器的灵敏度有两种，一种是电荷灵敏度Kq,另一种是【电压灵敏度K】 25.压电式传感器基本测量电路是由电压放大器和【电荷放大器组成】 26.压电效应包括顺压电效应和【逆压阻效应】 27.传感器测量电路有下限和上限【频率】 28.热电偶传感器温度补偿的补偿方法有补偿导线法、冷端恒温法、温度修正法、【电桥补偿法】 电阻式传感器工作原理及结构图解分析 电阻式传感器种类繁多，应用广泛，其基本原理就是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路显示或记录被测量值的变化。 9.2.1 电阻应变式传感器 应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器，最常用的传感元件为电阻应变片。 应用范围：可测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数。 应变式传感器特点 变式传感器特点 ①精度高，测量范围广； ②使用寿命长，性能稳定可靠； ③结构简单，体积小，重量轻； ④频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量； ⑤价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。 1、应变式传感器的工作原理 (1) 金属的电阻应变效应 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，称为金属的电阻应变效应。 公式推导： 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: (9.1) 如果金属丝沿轴向方向受拉力而变形，其长度L变化dL，截面积S变化dS，电阻率ρ变化，因而引起电阻R变化dR。将式(9.1)微分，整理可得: (9.2) 对于圆形截面有： (9.3) 为金属丝轴向相对伸长，即轴向应变；而则为电阻丝径向相对伸长，即径向应变，两者之比即为金属丝材料的泊松系数μ，负号表示符号相反，有: (9.9) 将式(9.9)代入(9.3)得: (9.5) 将式(9.5)代入(9.2)，并整理得： (9.6) (9.7) 或 K0称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。 K0称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。 公式简化过程： 由式可以明显看出，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，于是可以写成： (9.8) 通常金属电阻丝的K0=1.7～4.6。 通常金属电阻丝的K0=1.7～4.6。 (2) 应变片的基本结构及测量原理 电阻应变式传感器的工作原理 应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器，最常用的传感元件为电阻应变片。 应用范围：可测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数。 应变式传感器特点 应变式传感器特点 ①精度高，测量范围广； ②使用寿命长，性能稳定可靠； ③结构简单，体积小，重量轻； ④频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量； ⑤价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。 1、应变式传感器的工作原理 (1) 金属的电阻应变效应 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，称为金属的电阻应变效应。 K0称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。 。 公式简化过程： 由式可以明显看出，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，于是可以写成： 通常金属电阻丝的K0=1.7～4.6。 通常金属电阻丝的K0=1.7～4.6。 (2) 应变片的基本结构及测量原理 l称为栅长(标距)，b称为栅宽(基宽)，b×l称为应变片的使用面积。应变片的规格一般以使用面积和电阻值表示，如3×20mm2，120Ω。 结构简介： 电阻丝应变片是用直径为0.025mm具有高电阻率的电阻丝制成的。为了获得高的阻值，将电阻丝排列成栅状，称为敏感栅，并粘贴在绝缘的基底上。电阻丝的两端焊接引线。敏感栅上面粘贴有保护作用的覆盖层。 电阻应变式传感器的应用：数显电子秤 （一）工作原理 数显电子秤电路原理如图所示，其主要部分为电阻应变式传感器R1及IC2、IC3组成的测量放大电路，和IC1及外围元件组成的数显面板表。传感器R1采用 E350~ZAA箔式电阻应变片，其常态阻值为350O。测量电路将R1产生的电阻应变量转换成电压信号输出。IC3将经转换后的弱电压信号进行放大，作为A／D转换器的模拟电压输入。IC4提供l．22V基准电压，它同时经R5、R6及RP2分压后作为A/D转换器的参考电压。3-1/2位A/D，转换器ICL7126的参考电压输人 压阻式传感器的工作原理 压阻式传感器是指利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出。压阻式传感器用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其他物理量（如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度）的测量和控制。 当力作用于硅晶体时，晶体的晶格产生变形，使载流子从一个能谷向另一个能谷散射，引起载流子的迁移率发生变化，扰动了载流子纵向和横向的平均量，从而使硅的电阻率发生变化。 这种变化随晶体的取向不同而异，因此硅的压阻效应与晶体的取向有关。硅的压阻效应不同于金属应变计，前者电阻随压力的变化主要取决于电阻率的变化，后者电阻的变化则主要取决于几何尺寸的变化，而且前者的灵敏度比后者大50～100倍。 压阻式传感器的结构 这种传感器采用集成工艺将电阻条集成在单晶硅膜片上，制成硅压阻芯片，并将此芯片的周边固定封装于外壳之内，引出电极引线。压阻式压力传感器又称为固态压力传感器，它不同于粘贴式应变计需通过弹性敏感元件间接感受外力，而是直接通过硅膜片感受被测压力的。 硅膜片的一面是与被测压力连通的高压腔，另一面是与大气连通的低压腔。硅膜片一般设计成周边固支的圆形，直径与厚度比约为20～60。在圆形硅膜片定域扩散4条P杂质电阻条，并接成全桥，其中两条位于压应力区，另两条处于拉应力区，相对于膜片中心对称。 此外，也有采用方形硅膜片和硅柱形敏感元件的。硅柱形敏感元件也是在硅柱面某一晶面的一定方向上扩散制作电阻条，两条受拉应力的电阻条与另两条受压应力的电阻条构成全桥。 压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。 当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。用作压阻式传感器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游 一．电阻式传感器、二．压阻式传感器三．电位计式传感器四．热电阻式传感器 3.1.1 工作原理及特性 1电阻应变片的分类 电阻应变片有很多种分类方法，如按敏感栅的材料可分为金属栅应变片和半导体应变片; 按敏感栅的数目，形状可分为单片，双片，特殊形状应变片;按基底材料可分为纸基地应变片，胶机底应变片和金属基底应变片；按使用环境可分为高温，低温，高压，磁场，水下应变片；按粘贴方式可分为粘贴式，焊接式，埋入式应变片。 金属电阻应变片分为3种，金属丝式应变片，金属薄膜式应变片，金属箔式应变片。 1 金属丝式应变片如图a所示，这种应变片出现的历史最早，通常有纸基和胶基两种，其敏感栅使用高电阻率的金属丝（直径通常为0.002-0.01mm）绕城栅形。这种应变片制作简单，价格便宜，曾被广泛于低精度测量应力，应变的场合。但这类应变片在受力时蠕变较大，容易断裂，脱胶，使绝缘基底和覆盖层分离，从而对测量精度造成很大的影响，目前有被取代的趋势。 2 金属薄膜式应变片如图b所示，这种应变片采用真空正度技术，将金属材料蒸镀成一层薄膜附着在绝缘底上制成电阻敏感元件，然后用覆盖层加以保护。这种应变片性能优良，其应变电阻取消了传统的胶基，敏感元件与基底的接触面积大，稳定性好，应变灵敏度高，工作温度范围广，能在复杂，恶劣的环境条件下使用，而且金属薄膜式应变片工艺简单，参数一致性较好，适合于批量生产，因此目前应用广泛。 3 金属箔式应变片如图c所示，这种应变片是将合金材料压延成0.003-0.01mm厚的金属箔，经过热处理，涂刷树脂材料，聚合成基底，然后采用光刻，腐蚀工艺，将粘贴于绝缘基底上的金属箔片制成敏感网栅。 电阻式传感器的工作原理及应用 ————气敏传感器 气敏传感器是气敏电阻利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化的效应而制成的传感器。按其结构可以分为烧结型、薄膜型、厚膜型三种。 工作原理 气敏电阻按其电阻变化的机理可分为表面控制型和体控制型，前者是通过使半导体载流子增多和减少来引起半导体电阻率变化的；后者则是通过使半导体体内晶格发生变化而引起电阻变化的。常见的气敏电阻大都属于表面控制型。 以半导体材料2n S O 为例说明表面控制型气敏电阻的工作原理。半 导体材料2n S O 属于N 型半导体，这类半导体气敏电阻工作时通常都需 要加热。元件在加热开始时阻值急剧的下降，然后上升，一般经过2~10分钟才达到稳定，称之为初始稳定状态。元件只有在达到初始稳定状态后才可用于气体检测。因为元件在“清洁大气”中吸附的氧气量固定不变（空气中的氧分压几乎固定不变），所以其阻值保持一定。一旦某种浓度的被测气体流过元件，则在元件表面产生吸附，此时元件的阻值将随气体浓度变化而变化。如果被测气体是氧化性气体（如2O 和x NO ），则被吸附气体分子会从气敏元件夺取电子，使N 型 半导体元件中的载流子电子减少，从而使电阻值增大。如果你被测气体是还原性气体（如2H 、CO 、酒精等），则气体分子会向气敏元件释放电子，使元件中的载流子电子增多，从而使电阻值下降。 气敏电阻对不同气体的灵敏度差别很大，如对乙醚、乙醇、氢气等具有较高的灵敏度，而对甲烷和CO 的灵敏度则较低。在材料中掺入某些金属氯化物或贵金属化合物，可提高元件的吸附活性，并显著提高元件的灵敏度和扩大测试范围。 气敏传感器的应用 1、可燃气体排风警报器 当检测到气体浓度达到爆炸或中毒报警器设置的临界点时，可燃气体排风警报器就会发出报警信号，以提醒工作人员采取安全措施，并驱动排风、切断、喷淋系统，防止发生爆炸、火灾、中毒等事故。从而保障安全生产。本设计主要用于检测空气中的可燃气体，常见的如有氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯、乙炔、丙炔、丁炔、硫化氢、磷化氢等当被测场所的空气中存在可燃气体时，探测器便将感知到的信息送到报警仪表；若可燃气体的浓度超过安全指标，则报警器发出光声告警提示，并自动启动排风设备。 可燃气体排风警报器的电路原理图如图所示，包括减压整流、稳压模块、气敏传感元件和触发、声光报警电路。半导体气敏元件采用MQ —2型；由于要求灯丝加热电压稳定，所以采用三端稳压器7805对灯丝电压进行稳压，开机预热三分钟。图中的555和2R 、2RP 、4C 组成可控多谐振荡器。平时，强制复位端4脚处于低电平，555处于停振状态；当气敏元件检测到可燃气体时，A —B 极间阻值减小，使4脚电位上升到1V 以上，555起振，振荡频率取决于2R 、2RP 、4C 的时间常数，即f=224()R RP C 。 电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。 1、电阻应变式传感器 传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。 2、压阻式传感器 压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。 用作压阻式传感器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。 3、热电阻传感器 热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关传感器产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/9c15589058.html,。CHR-01阻抗型高分子湿度传感器湿敏电阻产品规格书
电涡流式传感器
电阻应变式传感器
西南大学17秋[0928]《传感器与测试技术》作业答案
4.涡流式 4、应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、阻值的选择和( )等。 1.测量范围的选择 2.电源的选择 3.精度的选择4、阻抗型传感器
安全检测常用传感器
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电阻式传感器工作原理及结构图解分析.
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