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第六章 传感器测量原理

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第六章传感器原理与测量电路
习题
（一）填空题
1、属于能量控制型的传感器有电阻、电感、电容、涡流等，
属于能量转换型的传感器有压电、磁电等（每个至少举例两个）。

2、金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于：前者利用金属丝的几何变
形引起的电阻变化，后者利用半导体材料的电阻率变化变化引起的电阻变化。

3、为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影
响，实际应用时常常采用差动工作方式。

4、压电式传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式：放大器和放
大器，后接放大器时，可不受连接电缆长度的限制。

5、涡流式传感器的变换原理是利用了金属导体在交流磁场中的效应。

6、磁电式速度计的灵敏度单位是mv / (m/s) 。

7、压电式传感器是利用某些物质的而工作的。

（二）选择题
1、电阻应变片的输入为。

（1）力（2）应变（3）速度（4）加速度
2、结构型传感器是依靠的变化实现信号变换的。

（1）本身物理性质（2）体积大小（3）结构参数（4）电阻值
3、不能用涡流式传感器进行测量的是。

（1）位移（2）材质鉴别（3）探伤（4）非金属材料
4、变极距面积型电容传感器的输出与输入，成关系。

（1）非线性（2）线性（3）反比（4）平方
5、半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是。

（1）长度（2）截面积（3）电阻率（4）高通
6、压电式传感器输出电缆长度的变化，将会引起传感器的产生变化。

（1）固有频率（2）阻尼比（3）灵敏度（4）压电常数
7、 在测量位移的传感器中，符合非接触测量，而且不受油污等介质影响的是 传感器。

（1）电容式 （2）压电式 （3）电阻式 （4）电涡流式
8、 自感型可变磁阻式传感器，当气隙δ变化时，其灵敏度S 与δ之间的关系是：S
＝ 。

（1）δ1
k （2）δk （3）2-δk （4）2--δk
9、 光电倍增管是利用 效应制成的器件。

（1）内光电 （2）外光电 （3）光生伏特 （4）阻挡层
10、光敏元件中 是直接输出电压的。

（1）光敏电阻 （2）光电阻 （3）光敏晶体管 （4）光导纤维
11、下列传感器属于发电型位移传感器的是（ ）。

A.电阻式位移传感器
B.电容式位移传感器
C.电感式位移传感器
D.磁电式位移传感器
12、测量范围大的电容式位移传感器的类型为（ ）
A ．容栅型
B ．变极距型
C ．变介质型
D ． 变极板面积型
13、在光栅式位移传感器中，为了分辨小于栅距W 的位移量，必须采用（ ）。

A ． 放大电路
B ． 辨向电路
C ． 微分电路
D ． 细分电路
14、可用作测量小位移的传感器有（ ）。

A ．电涡流传感器
B ．感应同步器
C ．光栅
D ．磁尺
15、压电传感器是高内阻传感器，因此，要求前置放大器的输入阻抗（ ）。

A ．很高 B.较高 C ．很低 D ．较低
16、半导体应变片的工作原理是基于（ ）。

A. 压磁效应
B. 压电效应
C. 压阻效应
D. 霍尔效应
（三）判断对错题（用√或×表示）
1、 滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量。

（ ）
2、 涡流式传感器属于能量控制型传感器（ ）
3、 压电加速度计的灵敏度越高，其工作频率越宽。

（ X ）
4、 磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。

（ X ）
（四）简答和计算题
1、 哪些传感器可选作小位移传感器？
2、 涡流传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么？涡流式传感器能否测
量大位移量？为什么？
3、 电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？
4、 电涡流传感器能否测量塑料物体移动的位移？若能测量理由是什么？不能测量理由是
什么？应采取什么措施改进，就可以用电涡流传感器测量了。

5、 压电式加速度传感器与压电式力传感器在结构上有何不同，为什么？
6、 试用双螺管线圈差动型电感传感器做成一个测力传感器。

（1） 用简图说明该传感器的结构并简要说明其作用原理；
（2） 两个线圈通常应该接在什么电路中？用图说明如何接法。

7、 某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径)(4mm r =，工作初始极板间距离
)(3.00mm =δ，介质为空气。

问：
（1） 如果极板间距离变化量)(1m μδ±=∆，电容的变化量C ∆是多少？
（2） 如果测量电路的灵敏度)(1001pF mV k =，读数仪表的灵敏度52=k （格／mV ）在)(1m μδ±=∆时，读数仪表的变化量为多少？
8、 选用传感器的基本原则是什么？
9、 什么是物性型传感器?
10、什么是压电效应？
11、为什么压电式加速度传感器要使用高输入阻抗电荷放大器？
12、什么是结构型传感器?。

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《传感器与检测技术》高教(4版) 第六章

《传感器与检测技术》高教(4版) 第六章


差动变压器位移计
当铁芯处于中间位置时，输出电压: UU 21 U 220
当铁芯向右移动时，则输出电压: UU 21 U 220
当铁芯向左移动时，则输出电压: UU 21 U 220
输出电压的方向反映了铁芯的运动方向，大小反映了铁 芯的位移大小。
差动变压器位移计
输出特性如图所示。
差动变压器位移计
角度的精密测量。 光栅的基本结构
1、光栅：光栅是在透明的玻璃上刻有大量平行等宽等 距的刻线构成的，结构如图。
设其中透光的缝宽为a，不透光的缝宽为b，
一般情况下，光栅的透光缝宽等于不透光
的缝宽，即a = b。图中d = a + b 称为光
栅栅距（也称光栅节距或称光栅常数）。
光栅位移测试
2、光栅的分类
1、激光的特性
（1）方向性强
（2）单色性好
（3） 亮度高
（4） 相干性好
2、激光器
按激光器的工作物质可分为以下几类： （1）固体激光器：常用的有红宝石激光器、钕玻 璃激光器等。
（2）气体激光器：常用的为氦氖激光器、二氧化 碳激光器、一氧化碳激光器等。
激光式传感器
（3） 液体激光器：液体激光器分为无机液体激光器 和有机液体激光器等。
数小，对铜的热电势应尽可能小，常用材料有： 铜镍合金类、铜锰合金类、镍铬丝等。 2、骨架：
对骨架材料要求形状稳定表面绝缘电阻高， 有较好的散热能力。常用的有陶瓷、酚醛树脂 和工程塑料等。 3、电刷：
电刷与电阻丝材料应配合恰当、接触电势 小，并有一定的接触压力。这能使噪声降低。
电位器传感器
电位计式位移传感器
6.2.2 差动变压器位移计结构
1-测头； 2-轴套； 3-测杆； 4-铁芯；5-线圈架； 6-导线； 7-屏蔽筒；8-圆片弹簧；9-弹簧； 10-防尘罩
传感器原理与测量电路

传感器原理与测量电路

dR (1 2 ) R dR L E R
应变测量电路 （P344）
1
2 （一）直流电桥 它由连接成菱形的四个桥臂电阻 直流电桥的结构如图 3 R1R3 R2 R4 R1 、 R2 、 R1 R4 U ( )E E R3 和 R 组成。其中， A CR 两端接入直流 R R3 R4 (、 R1 4 1 R2 2 )(R3 R4 ) 4 电源E，而B、D两端为信号输出端，当输 R1R3 R2 R4 当 电桥输出 U=0 称电桥平衡 出端接入高阻抗负载时，电桥的输出端可 5 视为开路，其输出电压 （ 2）电桥电压灵敏度 图6-2 半导体应变片 通常电桥的连接方法有三种如图示： 1— 胶膜衬底 2—P-Si 3— 内引线 4—焊接板 5—外引线 半桥单臂、半桥双臂和全桥 取 R1=R2=R3=R4 =R 由此可得
分析以上公式。可以看出：电阻的相对全增量由两部分构成， 对于某些半导体材料，受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这 一部分是形变效应而引起，另一部分是电阻率发生变化而引起的。 种现象被称为压阻效应。电阻变化是率形变效应几十倍甚至上百倍，因此 对金属来说，电阻变化率较小,可忽略不计，因此 ： 引起半导体材料电阻相对变化的主要因素是压阻效应，利用这类半导体材 料制成的应变式传感器，称为压阻式应变式传感器，电阻的相对全增量为
R L A
电阻丝有效长度 图6-1 金属丝应变片结构 电阻丝式敏感栅
dR、dA dL 和dA d dL dR d 当每一可变因素分别有一变化量dL dρ 时，电阻的全增量为： 2 电阻的相对全增量为： L dLA dA d L L R R R R
dL L dr r
U
R E 4R
U
1 R E 2 R
第六章-自感式传感器

第六章-自感式传感器


L0
L10
L20
m
0W
2
mr
rc
l2 c
l2
k1
k2
m0W 2mr rc2
l2
综上所述，螺管式自感传感器的特点： ①结构简单，制造装配容易； ②由于空气间隙大，磁路的磁阻高，因此灵敏度低 ，但线性范围大； ③由于磁路大部分为空气，易受外部磁场干扰； ④由于磁阻高，为了达到某一自感量，需要的线圈 匝数多，因而线圈分布电容大； ⑤要求线圈框架尺寸和形状必须稳定，否则影响其 线性和稳定性。
2
3
（2）单线圈是忽略
0
以上高次项，差动式是忽略
0
以上偶次项，
因此差动式自感式传感器线性度得到明显改善。
*另一种形式： Π型
6 自感式传感器
6.1 工作原理 6.2 变气隙式自感传感器 6.3 变面积式自感传感器 6.4 螺线管式自感传感器 6.5 自感式传感器测量电路 6.6 自感式传感器应用举例
第6章 电感式传感器
电感式传感器是建立在电磁感应基础上，利用 线圈自感或互感的改变来实现测量的一种装置。它 可对直线位移和角位移进行直接测量，也可通过一 定的敏感元件把振动、压力、应变、流量等转换成 位移量而进行测量。通常可由下列方法使线圈的电 感变化：
(1)改变几何形状； (2)改变磁路的磁阻； (3)改变磁芯材料的导磁率； (4)改变一组线圈的两部分或几部分间的耦合度。
1. 交流电桥 2. 变压器电桥 3. 自感传感器的灵敏度
（一）交流电桥式测量电路
分析：
• 衔铁在初始位置时，电桥平衡
L1
L2
L0
W 2m0S 20
• 若衔铁上移，则：
1 0 ,2 0
传感器测量原理

传感器测量原理

传感器测量原理传感器是现代科技领域中关键的设备之一，广泛应用在各行各业。

传感器的主要功能是将外界的物理量转化成可测量的电信号，并将这些信号传递给控制系统进行处理和分析。

传感器的测量原理是传感器技术的基础，下面将介绍几种常见的传感器测量原理。

一、电阻测量原理电阻测量原理是最常见和简单的测量原理之一。

通过将被测量的物理量转化为与电阻成正比的电信号，从而实现对物理量的测量。

例如，温度传感器就是利用电阻测量原理来测量温度的。

温度传感器内部有一段金属电阻，当温度变化时，电阻的值也会相应变化。

通过测量电阻的变化，就可以得到温度的值。

二、电容测量原理电容测量原理是基于电容器的原理。

电容器是由两个导体之间隔一层绝缘材料构成的。

当被测量物理量作用于绝缘材料时，会改变电容器的电容量。

通过测量电容器的电容变化，就可以得到被测量物理量的值。

例如，湿度传感器就是利用电容测量原理来测量湿度的。

湿度传感器内部的电容器的电容量会随着湿度的变化而变化，通过测量电容器的电容变化，就可以得到湿度的值。

三、光电测量原理光电测量原理是基于光电效应的原理。

光电效应是指当光照射到某些物质表面时，会释放电子，从而产生电流。

利用光电效应原理，可以将光信号转化成电信号进行测量。

例如，光电传感器就是利用光电测量原理来测量光强度的。

光电传感器通过将光信号转化成电信号，并测量电信号的强度，就可以得到光强度的值。

四、压力测量原理压力测量原理是指通过测量被测介质对传感器产生的压力，从而得到被测介质的压力值。

常见的压力传感器有压阻式传感器和压电式传感器。

压阻式传感器是利用压阻效应，即被测介质对传感器的电阻产生变化，从而测量压力的。

压电式传感器则是利用压电效应，即被测介质对传感器产生压力，产生电荷变化，从而测量压力的。

五、磁敏测量原理磁敏测量原理是基于材料的磁敏效应。

当磁场作用于磁敏材料时，会产生电信号。

利用这种磁敏效应，可以将磁信号转化成电信号进行测量。

例如，磁感应传感器就是利用磁敏测量原理来测量磁场强度的。