任务二参量型传感器
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传感与检测技术传感器原理电参量型电容式
技术挑战
高精度测量
电参量型电容式传感器在测量高 精度参数时，受到环境温度、湿 度、压力等多种因素的影响，导 致测量误差较大。
稳定性问题
由于传感器内部结构复杂，容易 受到机械振动、温度变化等因素 的影响，导致传感器稳定性较差。
长期稳定性
电参量型电容式传感器在使用过 程中，由于老化、磨损等原因， 长期稳定性较差，需要定期校准 和更换。
标准化和产业化
推动电参量型电容式传感器的标准化和产业化进程，促进其在工业界 和商业界的广泛应用和推广。
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传感与检测技术传感器原理 电参量型电容式
• 引言 • 电参量型电容式传感器的工作原理 • 电参量型电容式传感器的应用实例 • 电参量型电容式传感器的技术挑战
与发展趋势 • 结论
01
引言
主题简介
电参量型电容式传感器是一种基于电 容原理的传感器，通过测量电容量变 化来感知和转换各种物理量，如位移 、压力、液位等。
电参量型电容式传感器具有高灵敏度 、高分辨率、低噪声、快速响应等优 点，因此在工业自动化、环境监测、 医疗诊断等领域得到广泛应用。
电参量型电容式传感器的重要性和应用领域
重要性
电参量型电容式传感器在自动化控制、智能制造 、物联网等领域发挥着重要作用，能够实现非接 触式、高精度、快速响应的测量和检测，提高了 生产效率和设备性能。
较高的灵敏度。稳定性好源自电容式传感器的性能受温度、湿度等 环境因素影响较小，具有较好的稳定
性。
线性度好
电容式传感器的输出信号与被测物体 的变化之间具有良好的线性关系，便 于测量和处理。
可靠性高
电容式传感器结构简单，无活动部件， 因此具有较高的可靠性，使用寿命长。
1认识传感器-人教版高中物理选择性必修第二册(2019版)教案
认识传感器-人教版高中物理选择性必修第二册（2019版）教案知识点概述在物理学中，传感器是一种用于检测或测量物理量的装置，其原理基于物理学的各种原理。
传感器广泛应用于医疗、工业、军事等领域，已成为人们日常生活和工作中必不可少的工具。
在人教版高中物理选择性必修第二册中，传感器是必学的一个知识点。
本文将对传感器在该教材中的相关内容进行分析和总结，旨在帮助读者更好地掌握该知识点。
传感器的分类传感器按照测量信号类型，可分为模拟型和数字型两种。
模拟型传感器模拟型传感器使用模拟信号输出，随着物理量的变化，其输出信号的大小也随之改变。
它们的主要特点是信号处理简单、线性度高、抗干扰能力强，但精度相对较低。
数字型传感器数字型传感器是将传感器信号转换为数字量进行输出的一种传感器类型，对传感器输出数据进行了数字处理，能够获得更高的精度和较好的稳定性。
但它们的抗干扰能力相对较弱，而且数据处理较为复杂。
传感器的应用在教材中，作者主要介绍了三种传感器的应用，分别是：温度传感器、加速度传感器和位移传感器。
温度传感器温度传感器广泛应用于医疗、环保、农业和工业等领域。
教材中介绍的几种温度传感器包括：热敏电阻温度传感器、热电偶温度传感器和红外线温度传感器。
其中，热敏电阻温度传感器和热电偶温度传感器方式简单，且价格低廉，但精度相对较低；而红外线温度传感器能够实现非接触式测量，精度较高，但价格相对较贵。
加速度传感器加速度传感器是测量物体加速度变化的一种传感器。
在汽车、航天、军事等领域都有应用。
教材中提到了一种微加速度测量法，即利用重力加速度与物体加速度有不同的特点，通过这种方法能够实现物体的微小加速度测量。
位移传感器位移传感器测量物体的位移变化，广泛应用于工业、机械、地质等领域。
教材中介绍了几种位移传感器，包括电涡流位移传感器、感应位移传感器和光电位移传感器。
这些位移传感器精度较高，能够实现非接触式测量，但价格较贵。
传感器的选型和应用注意事项教材中对于传感器的选型和应用提出了一些注意事项，包括：•相同测量物理量的传感器，精度和价格不尽相同，应根据实际需要选择适当的传感器。
传感器的分类_传感器的原理与分类_传感器的定义和分类
传感器的分类_传感器的原理与分类_传感器的定义和分类传感器的分类_传感器的原理与分类_传感器的定义与分类传感器的分类⽅法很多.主要有如下⼏种:(1)按被测量分类,可分为⼒学量、光学量、磁学量、⼏何学量、运动学量、流速与流量、液⾯、热学量、化学量、⽣物量传感器等。
这种分类有利于选择传感器、应⽤传感器(2)按照⼯作原理分类,可分为电阻式、电容式、电感式,光电式,光栅式、热电式、压电式、红外、光纤、超声波、激光传感器等。
这种分类有利于研究、设计传感器,有利于对传感器的⼯作原理进⾏阐述。
(3)按敏感材料不同分为半导体传感器、陶瓷传感器、⽯英传感器、光导纤推传感器、⾦属传感器、有机材料传感器、⾼分⼦材料传感器等。
这种分类法可分出很多种类。
(4)按照传感器输出量的性质分为摸拟传感器、数字传感器。
其中数字传感器便⼲与计算机联⽤,且坑⼲扰性较强,例如脉冲盘式⾓度数字传感器、光栅传感器等。
传感器数字化就是今后的发展趋势。
(5)按应⽤场合不同分为⼯业⽤,农⽤、军⽤、医⽤、科研⽤、环保⽤与家电⽤传感器等。
若按具体便⽤场合,还可分为汽车⽤、船舰⽤、飞机⽤、宇宙飞船⽤、防灾⽤传感器等。
(6)根据使⽤⽬的的不同,⼜可分为计测⽤、监视⽤,位查⽤、诊断⽤,控制⽤与分析⽤传感器等。
主要特点传感器的特点包括:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、⽹络化,它不仅促进了传统产业的改造与更新换代,⽽且还可能建⽴新型⼯业,从⽽成为21世纪新的经济增长点。
微型化就是建⽴在微电⼦机械系统(MEMS)技术基础上的,已成功应⽤在硅器件上做成硅压⼒传感器。
主要功能常将传感器的功能与⼈类5⼤感觉器官相⽐拟:光敏传感器——视觉声敏传感器——听觉⽓敏传感器——嗅觉化学传感器——味觉压敏、温敏、传感器(图1)流体传感器——触觉敏感元件的分类:物理类,基于⼒、热、光、电、磁与声等物理效应。
化学类,基于化学反应的原理。
⽣物类,基于酶、抗体、与激素等分⼦识别功能。
2012年12月自考《传感器与检测技术02202》密押卷卷(二)及标准答案
2012年全国自考传感器与检测技术 卷(二)一、单项选择题（本大题共12小题，每小题2分，共24分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。
错选、多选或未选均无分。
1. 下列选项中不属于电感式传感器的是()A. 压磁式传感器B. 感应同步式传感器C. 自感式传感器D. 霍尔式传感器答案：D2. 商场一般利用()视觉传感器识别商品上面的条形码。
A. 光电式B. 红外式C. 激光式D. 热电式答案：C解析：仪器内高速旋转的多面棱镜将激光器发出的激光束反射到检测对象的条形码上作一维扫描，条形码反射的光束由光电转换及放大元件接收并放大，再传输给信号处理装置，对条形码进行识别。
3. 无源型传感器又称()A. 能量转移传感器B. 能量转换传感器C. 能量控制传感器D. 能量发生传感器答案：B解析：无源传感器不需外加电源，而是将被测量的相关能量转换成电量输出，故又称能量转换型传感器。
4. 直线式感应同步器用于测量()A. 线速度B. 角速度C. 线位移D. 角位移答案：C解析：感应同步器分为直线式和旋转式，分别用于测量线位移和角位移。
5. 用变磁通式速度传感器测转速时，若传感器转子的齿数越多，则输出的感应电动势的频率()A. 越高B. 越低C. 越平稳D. 没有变化答案：A6. 磁带录像机采用()感知机器内部湿度，当湿度大到一定程度后，使机器自动停转。
A. 电子湿度计B. 高分子膜湿敏元件C. 陶瓷湿度传感器D. 结露传感器答案：D7. 光栅产生的莫尔条纹的光强度随条纹的移动按()规律变化。
A. 指数B. 正弦C. 线性D. 抛物线答案：B8. 下列不属于周期信号的是()A. AB. BC. CD. D答案：D解析：x(t)=x2(t-nT)属于确定性信号，但不属于周期信号，因幅值不同。
9. 下列不是传感器的动态标定设备的是()A. 激振器B. 激波管C. 水银压力计D. 周期函数压力发生器答案：C解析：水银压力计是压力标定设备，属于传感器静态标定设备。
《测试技术基础》5.常用传感器(完整版)
其中，w－线圈匝数，B－磁感应 强度，l－单匝线圈有效长度，v －线圈与磁场的相对速度。
b. 线圈在磁场中作旋转运动
e kWBA
其中，k－与结构有关的系数 （＜１），A－线圈的截面积， ω－角速度。
2020-11-9
7
②变磁阻式工作原理：一般通过改变传感器到被测对象间的气隙厚 度等方法来改变磁路磁阻。
热电偶是一种发电型传感器，其输出信号可直接接入记录仪 器。利用热电偶还可测量两点温差及温度场中多点的平均温度， 在实际使用时，还可利用不同被测对象构成热电偶，如测磨削温 度；可用车刀与零件构成一对热电偶，有关方面知识还可参考其 它专著。
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25
5.2.4 半导体光电效应式传感器
① 光电导效应――光的照射使半导体载流子（电子－空穴）浓度加 大，电导率增加，根据光电导效应可以制成光敏电阻。
R2
u
j (L1
2M 2 R22 ( L2 )2
L2 )
Z1 (R1 kR2 ) j(L1 kL2)
k
2M 2 R22 (L2 )2
由上式可看出：原线圈阻抗 Z0=R1+j ω L1 由于电涡流的影响, Z1变成 Z1=(R1+kR2)+j ω(L1-kL2) 式中：kR2:涡流反射电阻，
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22
③ 中间温度定理
EAB (t1, t2 ) EAB (t1, t3 ) EAB (t3, t2 )
一般热电偶的分度表（输出特性）是在冷端为0℃时给出的，若 测量时冷端不为0℃，则可据此修正。
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23
④热电偶相配定理
EAB (t1, t2 ) EAC (t1, t2 ) ECB (t, t2 )
b. 线圈在磁场中作旋转运动
e kWBA
其中，k－与结构有关的系数 （＜１），A－线圈的截面积， ω－角速度。
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②变磁阻式工作原理：一般通过改变传感器到被测对象间的气隙厚 度等方法来改变磁路磁阻。
热电偶是一种发电型传感器，其输出信号可直接接入记录仪 器。利用热电偶还可测量两点温差及温度场中多点的平均温度， 在实际使用时，还可利用不同被测对象构成热电偶，如测磨削温 度；可用车刀与零件构成一对热电偶，有关方面知识还可参考其 它专著。
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5.2.4 半导体光电效应式传感器
① 光电导效应――光的照射使半导体载流子（电子－空穴）浓度加 大，电导率增加，根据光电导效应可以制成光敏电阻。
R2
u
j (L1
2M 2 R22 ( L2 )2
L2 )
Z1 (R1 kR2 ) j(L1 kL2)
k
2M 2 R22 (L2 )2
由上式可看出：原线圈阻抗 Z0=R1+j ω L1 由于电涡流的影响, Z1变成 Z1=(R1+kR2)+j ω(L1-kL2) 式中：kR2:涡流反射电阻，
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③ 中间温度定理
EAB (t1, t2 ) EAB (t1, t3 ) EAB (t3, t2 )
一般热电偶的分度表（输出特性）是在冷端为0℃时给出的，若 测量时冷端不为0℃，则可据此修正。
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④热电偶相配定理
EAB (t1, t2 ) EAC (t1, t2 ) ECB (t, t2 )
传感器技术 电容式、测量电路
☎ 寄生电容与传感器电容并联，严重影响传感器的输出特 性。消除寄生电容的影响，是电容式传感器实用的关键。 下面介绍几种消除电缆寄生电容影响的方法：
① 驱动电缆法
☻ 原理：驱动电缆法是一种等电位屏蔽法。使用电缆屏蔽 层电位跟踪与电缆相连的传感器电容极板电位，使两电 位的幅值和相位均相同，从而消除电缆分布电容的影响。
11
介质变化型电容传感器
☻ 原理：利用极板间介质的介电常数变化将被测量转换成电
容变化的传感器称为介质变化型电容传感器。 以电介质插
入式为例， C C1 C2
0a
[ r1(
L
x
)
r2x
]
x
L
☻
S dC
应用特性： dx
0a
(
r2
r1
)
① 变介质型电容传感器可用来测量电介质的液位或某些材 料的温度、湿度和厚度等。
② 介质变化型电容传感器常用于非导电液体液位的测量， 其灵敏度与介电常数的差值(ε2-ε1)的值成正比，(ε2-ε1)值 越大灵敏度越高。
2020/6/30
12
应用中存在的问题和改进措施
(1) 等效电路(Equivalent circuit)
☎ 考虑电容传感器在高温、高
湿及高频激励的条件下工作，
而不可忽视其附加损耗和电 效应影响时，其等效电路如
C—传感器电容；RP—低频损耗并联电 阻； RS—串联损耗电阻；L—电容器及
图。
引线电感；CP—寄生电容
☎ 在实际应用中高频激励时，每当改变激励频率或者更换 传输线缆时，会使传感器有效电阻和有效灵敏度都发生 变化，因此必须对测量系统重新进行标定。
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应用中存在的问题和改进措施
① 驱动电缆法
☻ 原理：驱动电缆法是一种等电位屏蔽法。使用电缆屏蔽 层电位跟踪与电缆相连的传感器电容极板电位，使两电 位的幅值和相位均相同，从而消除电缆分布电容的影响。
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介质变化型电容传感器
☻ 原理：利用极板间介质的介电常数变化将被测量转换成电
容变化的传感器称为介质变化型电容传感器。 以电介质插
入式为例， C C1 C2
0a
[ r1(
L
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)
r2x
]
x
L
☻
S dC
应用特性： dx
0a
(
r2
r1
)
① 变介质型电容传感器可用来测量电介质的液位或某些材 料的温度、湿度和厚度等。
② 介质变化型电容传感器常用于非导电液体液位的测量， 其灵敏度与介电常数的差值(ε2-ε1)的值成正比，(ε2-ε1)值 越大灵敏度越高。
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应用中存在的问题和改进措施
(1) 等效电路(Equivalent circuit)
☎ 考虑电容传感器在高温、高
湿及高频激励的条件下工作，
而不可忽视其附加损耗和电 效应影响时，其等效电路如
C—传感器电容；RP—低频损耗并联电 阻； RS—串联损耗电阻；L—电容器及
图。
引线电感；CP—寄生电容
☎ 在实际应用中高频激励时，每当改变激励频率或者更换 传输线缆时，会使传感器有效电阻和有效灵敏度都发生 变化，因此必须对测量系统重新进行标定。
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应用中存在的问题和改进措施
传感器的分类及功能详解
❖ 传感器已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、 海洋探测、环境保护、资源探测、医学诊断、 生物工程、甚至文物保护等等极其广泛的领 域。从茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各种 复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目， 都离不开各种各样的传感器。
❖ 传感器是将感知到的各种信号转换成易测量 的信号，把相应的信号输入计算机，计算机 发出指令，控制各执行机构。
①传感器是测量器件或装置，能完成检测任务；
②输入量为位移、压力、温度、重量等被测量，是非 电量；
③输出量通常为易于传输、转换、处理、显示的电物 理量（如：电压、电流、频率、功率等），也可以 是气、光等物理量；
④输出、输入有对应关系，且应有一定的精确程度。
传感器的应用领域
❖ 1.传感器在工业检测和自动控制系统中的 应用
各种类型传感器详解
1.传感器的概念 2.电阻式传感器 3.电容式传感器 4.电感式传感器 5.压电式传感器
❖ 传感器是人类五官的延长，又称之为电五 官；
信息 传感器技术
技术
三大
支柱
五官
通信技术 神经
计算机技术 大脑
❖ 传感器是获取自然和生产领域中信息的主
要途径与手段 ；
❖ 现代工业生产尤其是自动化生产过程中， 要用各种传感器来监视和控制生产过程中 的各个参数；
一、传感器的定义（ Transducer/Sensor ） ❖ 定义：将被测参量转换为与之对应的，易
于测量，传输和处理的信号的装置。
GB7665一87：能够感受规定的被测量并按照 一定规律转换成可用输出信号的器件或装 置。
❖ 传感器功用：感知被测信息，并传递给检 测装置
❖ 可从以下几个方面理解：
工业自动化、全自动、半自动生产线 （石油、化工、钢铁、铁路、机械、电力） 自动控制系统 （正确的信息检测 准确的控制）
传感器简答题DOC
第一章简答题第一节：机电一体化系统常用传感器知识点一：传感器的定义、组成和功能。
（第一节）1、简述传感器的定义。
2、传感器一般由哪几部分组成？试说明各部分的作用。
（1-1）3、画出传感器组成原理框图。
知识点二：传感器的分类。
（第一节及表1-1 ）4、什么是物性型传感器？什么是结构型传感器？试举例说明。
5、按传感器输出信号的性质可将传感器分为哪几类？6、能量转换型传感器和能量控制型传感器有何不同？试举例说明。
第三节：传感器与检测系统基本特性的评价指标与选用原则7、什么是传感器的特性？如何分类。
8、什么是传感器的静态特性？试举出三个表征静态特性的指标。
（200625）9、传感器检测系统主要有哪些静态评价指标？（套110422）10、什么是传感器的动态特性？举例说明表征动特性的主要性能指标？11、选用传感器的主要性能要求有哪些？12、什么是传感器的测量范围、量程及过载能力？13、什么是传感器的灵敏度？如何表示？14 什么是传感器的线性度？如何计算（200825）？15、生么是传感器的重复性？如何衡量？16、一般情况下，如何表示传感器的稳定性？（200725 ）17、选用传感器时要考虑哪些环境参数？（200525）第四节：传感器的标定与校准18、什么是传感器的标定？什么是传感器的校准？20、什么是传感器的静态标定？标定指标有哪些？21、什么是传感器的动态标定？标定指标有哪些？第五节：传感器与检测技术的发展方向22、简要说明传感器与检测技术的发展方向？(1325)23、现有数字电压表、放大器、信号发生器、功率放大器、振动台、标准传感器、被标定的传感器等。
请设计一个用比较法对被标定传感器进行动态标定的系统，并简要说明标定原理。
（200425）24、现有数字电压表（两个）、测力机、高精度稳压电源、精密电阻箱、数字电压表、应变式侧力传感器等。
请设计一个对传感器进行静态标定的系统，并简要说明标定原理。
第二章简答题1、选用位移传感器应注意哪些问题？答无论选用任何传感器，应注意的问题有其共同点。
《传感器原理与应用》3.1 电参量型-电阻式
☻ 热敏电阻的应用：
☫ 用于直接测量温度或可以转换为温度测量的其他物理量的 测量，如热敏电阻体温表、热导式气体成分分析仪等。
2020/7/4
38
热电阻传感器
(3) 热电阻传感器的结构
☻ 热电阻主要由感温元件（电阻体）、内引线、保护管三
部分构成。
电阻体
不锈钢套管
安装固定件 接线盒
绝缘套筒
引线口
图3.21 工业热电阻的基本结构
2020/7/4
23
电阻应变式传感器的测力应用
2020/7/4
24
应用案例(1)：应变式压力传感器
膜片
压力
弹性梁 应变片
图3.16 应变式压力传感器
2020/7/4
25
电子秤
2020/7/4
磅秤
超市打印秤
26
电子天平
电子天平的精度 可达十万分之一
2020/7/4
27
人体秤
2020/7/4
28
传统传感器原理 及应用
Traditional Transducers
传统传感器
电参量型传感器 电量型传感器
2020/7/4
2
电参量型传感器
电参量型传感器是输出为电路参数，即电阻、电 感(自感) 和电容的传感器的总称，即将被测物理 量变化转换为电参数的变化，再配以适当的转换 电路，将输出的电参数转变为电量输出。
① 正温度系数(PTC)
✿
PTC型主要用于过热保护，定温控电阻/Ω
制，或作限流元件使用。
106
负温度系数
(NTC) 临界温度系数
② 负温度系数(NTC)
(CTR)
✿NTC型具有很高的负温度系数和较大 104
☫ 用于直接测量温度或可以转换为温度测量的其他物理量的 测量，如热敏电阻体温表、热导式气体成分分析仪等。
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热电阻传感器
(3) 热电阻传感器的结构
☻ 热电阻主要由感温元件（电阻体）、内引线、保护管三
部分构成。
电阻体
不锈钢套管
安装固定件 接线盒
绝缘套筒
引线口
图3.21 工业热电阻的基本结构
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电阻应变式传感器的测力应用
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应用案例(1)：应变式压力传感器
膜片
压力
弹性梁 应变片
图3.16 应变式压力传感器
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电子秤
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磅秤
超市打印秤
26
电子天平
电子天平的精度 可达十万分之一
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人体秤
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传统传感器原理 及应用
Traditional Transducers
传统传感器
电参量型传感器 电量型传感器
2020/7/4
2
电参量型传感器
电参量型传感器是输出为电路参数，即电阻、电 感(自感) 和电容的传感器的总称，即将被测物理 量变化转换为电参数的变化，再配以适当的转换 电路，将输出的电参数转变为电量输出。
① 正温度系数(PTC)
✿
PTC型主要用于过热保护，定温控电阻/Ω
制，或作限流元件使用。
106
负温度系数
(NTC) 临界温度系数
② 负温度系数(NTC)
(CTR)
✿NTC型具有很高的负温度系数和较大 104
传感器及检测技术(重点知识点总结)
传感器与检测技术知识总结1：传感器是能感受规定的被检测量并按照一定规律转换成可输出信号的器件或装置。
一、传感器的组成2：传感器一般由敏感元件，转换元件及基本转换电路三部分组成。
①敏感元件是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理量的元件（如弹性敏感元件将力，力矩转换为位移或应变输出）。
②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数（电阻，电感，电容）及电流或电压等电信号。
③基本转换电路是将该电信号转换成便于传输，处理的电量。
二、传感器的分类1、按被测量对象分类（1）内部信息传感器主要检测系统内部的位置，速度，力，力矩，温度以及异常变化。
（2）外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态，它有相对应的接触式（触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感器、超声测距、激光测距）。
2、传感器按工作机理（1）物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的（主要有：光电式传感器、压电式传感器）。
（2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的（主要有①电感式传感器；②电容式传感器；③光栅式传感器）。
3、按被测物理量分类如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。
4、按工作原理分类主要是有利于传感器的设计和应用。
5、按传感器能量源分类（1）无源型：不需外加电源。
而是将被测量的相关能量转换成电量输出（主要有：压电式、磁电感应式、热电式、光电式）又称能量转化型；（2）有原型：需要外加电源才能输出电量，又称能量控制型（主要有：电阻式、电容式、电感式、霍尔式）。
6、按输出信号的性质分类（1）开关型（二值型）：是“1”和“0”或开(ON)和关（OFF）；（2）模拟型：输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量，其输入/输出可线性，也可非线性；（3）数字型：①计数型：又称脉冲数字型，它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比；②代码型（又称编码型）：输出的信号是数字代码，各码道的状态随输入量变化。
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天津冶金职业技术学院
电桥平衡时：
UO O
直流电桥的平衡条件为： R1R3 R2R4
在设计时常使 ：
R 1R 2R 3R 4R
在未施加作用力时，应变为零，此时电桥平衡输出为零。
当被测量发生变化时，无论那个桥臂电阻受被测信号的影响
发生变化，电桥平衡被打破，电桥电路的输出电压也将随之
发生变化。输出的电压与被测量的变化成比例。当四个桥臂
由于铁心、衔铁的磁阻远远小于气隙的磁阻，因此
所以，电感线圈的电感量为
天津冶金职业技术学院
由公式可知，电感线圈结构确定后，电感与面积成正比， 与气隙长度成反比。这样，只要被测量能引起面积和 气隙的变化，都可用电感传感器进行测量。若保持A为常量， 则电感L是气隙的函数，且L与气隙长度成反比，故输 入、与输出为非线性关系。其灵敏度为
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电阻应变片实验
天津冶金职业技术学院
一 自感式传感器
自感式电感传感器主要由线圈、铁心和衔铁三部分组成。 工作时，衔铁通过测杆与被测物体相接触，被测物体的位移 将引起线圈电感式变化。当传感器线圈接入测量转换电路后， 电感的变化将被转换成电压、电流或频率的变化，从而完成 非电量到电量的转换。
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2．变截面式电感传感器
变截面式电感传感器结构如图 所示。当被测量带动衔铁上、下移 动时，磁路气隙的截面积将发生变 化，从而使传感器的电感发生相应 变化。若保持气隙长度为常数，则 电感L是气隙截面积A的函数，故称 这种传感器为变截面式电感传感器。 这种传感器输入A与输出L之间是线 性关系。其灵敏度为:
U0U 4i S1234
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四 测量电路的温度误差及补偿
1．温度误差产生的原因 电阻应变片传感器是靠电阻值来度量应变的，所以希望
它的电阻只随应变而变，不受任何其他因素影响。但实际上 应变片安装在自由膨胀的试件上，如果环境温度变化，应变 片的电阻也会变化，这种变化叠加在测量结果中称应变片温 度误差。应变片温度误差的来源有两个：一是温度变化引起 应变片敏感栅的电阻变化及附加形变；二是试件材料的线膨 胀系数的不同，使应变片产生附加应变。因此在检测系统中 有必要进行温度补偿，以减小或消除由此而产生的测量误差。
自感式传感器种类繁多，目前常见的有变隙式、变截面式、 螺线管式及差动式4种。
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1．变气隙式电感传感器
变气隙式电感传感器结构原理如图所示，根据电磁学知识，
线圈电感为
L N2 Rm
N线圈的匝数， 为R m磁路的总磁阻。
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由于变气隙式电感传感器的气隙通常较小，可以认为气隙 间磁场是均匀的，磁路是封闭的，因此可忽略磁路损失。总 磁阻为
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2．温度补偿方法 1）自补偿 利用自身具有补偿作用的应变片（称之为温度自补偿应变 片）来补偿的。 2）桥路补偿 双臂电桥可以消除温度影响。 3）调零电路 右图所示。
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五 应变式电阻传感器的应用
电子秤用于测量物体质量的电子装置，称为电子称。如 图所示
其显著的一个特点是：一个相当大的称台，只在中间装 置一只专门设计的传感器来承担物料的全部重量。物体重量 的不同，反映在梁式弹性敏感元件的形变变化再通过与之粘 贴的应变片电阻的改变，达到秤重的目的。
一根长L ，截面积为S ，电阻率为ρ的金属丝电阻为:
RL
S
当电阻丝受到轴向拉力F作用时，轴向拉长ΔL，径项缩短 ΔS电阻率增加Δρ从而引起电阻值的变化ΔR 。通过推导：
S为金属导体的应变RR灵敏S度LL，为S纵x向应变。
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R L A
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三 电阻应变片测量电路
在应变式电阻传感器中最常用的转 换电路是电桥电路。其作用是将应变 片电阻的变化转换为电压的变化。按 电源的性质不同，电桥电路可分为交 流电桥和直流电桥两类。在大多数情 况下，采用的是直流电桥电路。
S N 20 2
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3．螺管式结构电感传感器
螺管式电感传感器的结构如图 所示。由一只螺管线圈和一根柱形 衔铁组成。当被测量作用在衔铁上 时，会引起衔铁在线圈中伸入长度 的变化，从而引起螺管线圈电感量 的变化。当线圈参数和衔铁尺寸一 定时，电感相对变化量与衔铁插入 长度的相对变化量成正比，但由于 线圈内磁场强度沿轴向分布并不均 匀，因而这种传感器输出特性为非 线性。对于长螺管线圈且衔铁工作 在螺管的中部时，可以认为线圈内 磁场强度是均匀的。此时线圈电感 量与衔铁插入深度成正比。
电阻应变式传感器结构如图所示，其测量的关键是基于物 体的形变。
主要用途：可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测， 如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、 建筑测量等行业应用十分广泛。
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一 弹性敏感元件 弹性敏感元件把力或压力转换成了应变或位移,
然后再由转换电路将应变或位移转换成电信号。
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情境二 电感式传感器
电感传感器的基本原理是电磁感应原理。利用线圈电感或 互感的改变来实现非电量检测的。电感式传感器结构简单、 工作可靠、灵敏度高、分辨率大，线性度好。能测出0.1微 米甚至更小的机械位移变化，可以把输入的各种机械物理量 如位移、振动、压力、应变、流量、比重等参数转换成电量 输出，在工程实践中应用十分广泛。但电感式传感器自身频 率响应低，不适于快速动态测量。其测量的关键是基于物体 的位移。
1 、弹性敏感元件的特性参数 1）刚度 2）灵敏度 3）弹性滞后 4）弹性后效
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2 、弹性敏感元件的分类
1）变换力的弹性敏感元件
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2）变换压力的弹性敏感元件
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二 电阻应变片原理
电阻应变片测试原理基于电阻应变效应：即，导体产生机 械形变时它的电阻值发生变化。
电阻都发生变化时，
U0U 4i R R 11 R R 22 R R 33 R R 44
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考虑到
RRSLLSx
且各个电阻应变片的灵敏度相同，则上式可写成
U0U 4i S1234
一般有以下几种形式 1、双臂半桥形式电桥电路
天津冶金职3、全桥式电桥电路
任务二 参量型传感器
任务要求
➢熟悉应变式、电容式、电感式传感器 的组成和工作原理 ➢了解传感器各自的特点及应用
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任务二 参量型传感器
1
情境一 电阻应变式传感器
2
情境二 电感式传感器
3
情境三 电容式传感器
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情境一 电阻应变式传感器
电阻应变式传感器是一种利用电阻材料的应变效应，将工 程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。
电桥平衡时：
UO O
直流电桥的平衡条件为： R1R3 R2R4
在设计时常使 ：
R 1R 2R 3R 4R
在未施加作用力时，应变为零，此时电桥平衡输出为零。
当被测量发生变化时，无论那个桥臂电阻受被测信号的影响
发生变化，电桥平衡被打破，电桥电路的输出电压也将随之
发生变化。输出的电压与被测量的变化成比例。当四个桥臂
由于铁心、衔铁的磁阻远远小于气隙的磁阻，因此
所以，电感线圈的电感量为
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由公式可知，电感线圈结构确定后，电感与面积成正比， 与气隙长度成反比。这样，只要被测量能引起面积和 气隙的变化，都可用电感传感器进行测量。若保持A为常量， 则电感L是气隙的函数，且L与气隙长度成反比，故输 入、与输出为非线性关系。其灵敏度为
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电阻应变片实验
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一 自感式传感器
自感式电感传感器主要由线圈、铁心和衔铁三部分组成。 工作时，衔铁通过测杆与被测物体相接触，被测物体的位移 将引起线圈电感式变化。当传感器线圈接入测量转换电路后， 电感的变化将被转换成电压、电流或频率的变化，从而完成 非电量到电量的转换。
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2．变截面式电感传感器
变截面式电感传感器结构如图 所示。当被测量带动衔铁上、下移 动时，磁路气隙的截面积将发生变 化，从而使传感器的电感发生相应 变化。若保持气隙长度为常数，则 电感L是气隙截面积A的函数，故称 这种传感器为变截面式电感传感器。 这种传感器输入A与输出L之间是线 性关系。其灵敏度为:
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四 测量电路的温度误差及补偿
1．温度误差产生的原因 电阻应变片传感器是靠电阻值来度量应变的，所以希望
它的电阻只随应变而变，不受任何其他因素影响。但实际上 应变片安装在自由膨胀的试件上，如果环境温度变化，应变 片的电阻也会变化，这种变化叠加在测量结果中称应变片温 度误差。应变片温度误差的来源有两个：一是温度变化引起 应变片敏感栅的电阻变化及附加形变；二是试件材料的线膨 胀系数的不同，使应变片产生附加应变。因此在检测系统中 有必要进行温度补偿，以减小或消除由此而产生的测量误差。
自感式传感器种类繁多，目前常见的有变隙式、变截面式、 螺线管式及差动式4种。
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1．变气隙式电感传感器
变气隙式电感传感器结构原理如图所示，根据电磁学知识，
线圈电感为
L N2 Rm
N线圈的匝数， 为R m磁路的总磁阻。
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由于变气隙式电感传感器的气隙通常较小，可以认为气隙 间磁场是均匀的，磁路是封闭的，因此可忽略磁路损失。总 磁阻为
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2．温度补偿方法 1）自补偿 利用自身具有补偿作用的应变片（称之为温度自补偿应变 片）来补偿的。 2）桥路补偿 双臂电桥可以消除温度影响。 3）调零电路 右图所示。
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五 应变式电阻传感器的应用
电子秤用于测量物体质量的电子装置，称为电子称。如 图所示
其显著的一个特点是：一个相当大的称台，只在中间装 置一只专门设计的传感器来承担物料的全部重量。物体重量 的不同，反映在梁式弹性敏感元件的形变变化再通过与之粘 贴的应变片电阻的改变，达到秤重的目的。
一根长L ，截面积为S ，电阻率为ρ的金属丝电阻为:
RL
S
当电阻丝受到轴向拉力F作用时，轴向拉长ΔL，径项缩短 ΔS电阻率增加Δρ从而引起电阻值的变化ΔR 。通过推导：
S为金属导体的应变RR灵敏S度LL，为S纵x向应变。
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R L A
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三 电阻应变片测量电路
在应变式电阻传感器中最常用的转 换电路是电桥电路。其作用是将应变 片电阻的变化转换为电压的变化。按 电源的性质不同，电桥电路可分为交 流电桥和直流电桥两类。在大多数情 况下，采用的是直流电桥电路。
S N 20 2
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3．螺管式结构电感传感器
螺管式电感传感器的结构如图 所示。由一只螺管线圈和一根柱形 衔铁组成。当被测量作用在衔铁上 时，会引起衔铁在线圈中伸入长度 的变化，从而引起螺管线圈电感量 的变化。当线圈参数和衔铁尺寸一 定时，电感相对变化量与衔铁插入 长度的相对变化量成正比，但由于 线圈内磁场强度沿轴向分布并不均 匀，因而这种传感器输出特性为非 线性。对于长螺管线圈且衔铁工作 在螺管的中部时，可以认为线圈内 磁场强度是均匀的。此时线圈电感 量与衔铁插入深度成正比。
电阻应变式传感器结构如图所示，其测量的关键是基于物 体的形变。
主要用途：可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测， 如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、 建筑测量等行业应用十分广泛。
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一 弹性敏感元件 弹性敏感元件把力或压力转换成了应变或位移,
然后再由转换电路将应变或位移转换成电信号。
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情境二 电感式传感器
电感传感器的基本原理是电磁感应原理。利用线圈电感或 互感的改变来实现非电量检测的。电感式传感器结构简单、 工作可靠、灵敏度高、分辨率大，线性度好。能测出0.1微 米甚至更小的机械位移变化，可以把输入的各种机械物理量 如位移、振动、压力、应变、流量、比重等参数转换成电量 输出，在工程实践中应用十分广泛。但电感式传感器自身频 率响应低，不适于快速动态测量。其测量的关键是基于物体 的位移。
1 、弹性敏感元件的特性参数 1）刚度 2）灵敏度 3）弹性滞后 4）弹性后效
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2 、弹性敏感元件的分类
1）变换力的弹性敏感元件
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2）变换压力的弹性敏感元件
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二 电阻应变片原理
电阻应变片测试原理基于电阻应变效应：即，导体产生机 械形变时它的电阻值发生变化。
电阻都发生变化时，
U0U 4i R R 11 R R 22 R R 33 R R 44
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考虑到
RRSLLSx
且各个电阻应变片的灵敏度相同，则上式可写成
U0U 4i S1234
一般有以下几种形式 1、双臂半桥形式电桥电路
天津冶金职3、全桥式电桥电路
任务二 参量型传感器
任务要求
➢熟悉应变式、电容式、电感式传感器 的组成和工作原理 ➢了解传感器各自的特点及应用
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任务二 参量型传感器
1
情境一 电阻应变式传感器
2
情境二 电感式传感器
3
情境三 电容式传感器
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情境一 电阻应变式传感器
电阻应变式传感器是一种利用电阻材料的应变效应，将工 程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。