传感器总结报告
机械0806 0401080623
摘要:传感器是被测量进入测量系统的第一个环节——把被测量转换成容易检测、传输和处理的电信号。其性能直接影响整个测试装置和测试结果的准确性、可靠性。其地位在电子技术和测试技术中举足轻重。
关键词:传感器、特性、应用
A summing-up on sensors
Abstract:sensors are the first link that measured signals enter into measure system——measured signals be converted into electro-signals that is easily tested,transfered and dealt with. Its function directly influences the accuracy, credibility of the whole test device and test result. Its position is prominent in the electronics technique and the test technique.
Keywords：sensors、characteristics、application
传感器种类繁多、形式多样：有的是很小的敏感元件，例如应变片、霍尔元件等；有的是一个复杂的系统，如智能型传感器。传感器分类依据不同，分得的结果也各种各样。此报告主要按物理现象分类方式分别介绍常用的结构型传感器、物性型传感器的工作原理、性能特点、转换电路和应用。
结构型传感器
结构型传感器是依靠其结构参数的变化实现信号转换。常见的结构型传感器有：电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器。
一、电阻式传感器
电阻式传感器是一种把被测量的变化转换成电阻变化的传感器。按其工作原理可分为变阻器式和电阻应变式传感器两类。
1、变阻器式传感器
▲变阻器式传感器也称为电位器式传感器，是三端电阻器件，基本敏感量是位移。作用于动触头的位移被转换成电阻的变化。转换原理：
R=ρA l
式中ρ为电阻率，l为电阻丝长度，A为电阻丝截面积。当电阻丝的材料和直径一定时电阻R和电阻丝长度成线性关系，即R=K l。这样可以通过电阻的变化推倒出相应的长度变化，进而可知被测量的变化。
▲常用的变阻器式传感器可以测量直线位移、角位移和一些非线性量。其优点是结构简单、使用方便、测量范围大。
变阻器式传感器有两种形式：
（1）电阻丝式变阻器其电阻值是不连续的，一般分辨率不小于20毫米。另外，由于磨损、尘埃等原因将使接触电阻发生不规则变化，产生噪声。动态特
性较差，只能测量变化较慢的信号。
（2）导电橡胶变阻器 其优点是阻值连续、精度可达0.1%、动态特性较好，允许测量信号变化较快的信号、结构紧凑、可靠性好、寿命长。
▲应用：适用于自动化设备中的位置、位移的检测。如下图是一个电阻式位移传感器：
2、电阻应变式传感器（半导体应变片见物性型传感器）
▲金属电阻应变片的工作原理 其工作原理基于金属的电阻—应变效应：金属丝的电阻值随着它所受的机械变形而发生相应的变化。
ελμ)21(E R dR ++= 式中：μ为电阻丝材料的泊桑比：λ为压阻系数，与材料有关；E 为电阻丝材料的弹性模量；ε为应变。
金属电阻材料的λE 很小，因此λE ε项的变化所引起的电阻变化可以忽略因此可以简化为
εμ)21(+=R
dR 上式说明电阻的相对变化与应变成正比，比例系数（灵敏度）：
S=1+2μ=常数
用于制作应变片的材料的灵敏度K 0在1.7到3.6之间。金属应变片的灵敏
度S ≈K 0。
▲电阻应变片的应用和特点
电阻应变片应用范围广泛，分为直接应用和传感器应用。
直接应用是将应变片直接粘于被测量件上，可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度等参数，测量范围从10-3到108，精度达到0.05%，且具有相当高的稳定性。
弹性元件是应变式传感器的感受元件，根据测力的大小、性质及传感器准确度等不同要求，弹性元件采用不同的结构形式：柱式弹性元件结构紧凑、简单、承载能力大，主要用于中等载荷的拉压力测量中；环式弹性元件稳定性好、固有频率高，主要用于中小载荷的测力中，可测几十到几百的拉压力；梁式弹性元件结构简单、易于加工、贴片方便、灵敏度较高，主要用于小载荷、高准确度的拉
压传感器中，测量范围从0.01到几千牛顿；轮辐式传感器元件外形低矮，可承受大载荷，固有频率很高，常用于重型载荷的电子称中，其灵敏度不高，但抗偏心载荷和抗侧向载荷能力强。
二、电容式传感器
电容式传感器是将被测量物理量转换为电容量变化的装置，其实质是具有可变参数的电容器。
▲电容式传感器原理
甴物理定律可知，当忽略边缘效应时，平行极板组成的电容器的电容量为：
δ
εεA C 0= 式中：δ为极板间距离；A 为极板介质面积；ε为极板间介质的相对介电常数；ε0为真空中介电常数。上式表明当被测量使ε、A 或δ发生变化时，都能引起电容C 的变化。
根据可变参数不同，电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型和介质变化型。
1、极距变化型电容传感器
▲极距变化型电容式传感器原理
使两极板相互覆盖面积与极间介质不变（常为空气），则电容量C 与极距δ成非线性关系。其灵敏度为
20
δ
εεδA d dC S -== ▲极距变化型电容式传感器特点与应用
其优点是灵敏度高、动态响应快、可进行非接触测量；缺点是输出非线性、电缆电容影响较大、处理电路比较复杂。可以测量位移、压力等物理量。
2、面积变化型和介质变化型电容传感器
面积变化型电容传感器原理是其极距和极间介质固定不变，改变极板相互覆盖的介电面积以改变电容量。可测量角位移、线位移等物理量。其优点是输入输出成线性关系；缺点是灵敏度低。
介质变化型电容传感器原理是使其他量不变，只改变两极板间介质，从而改变电容量。这种传感器可以测量介质的液位或某些材料的厚度、湿度、温度等。
三、电感式传感器
电感式传感器以电磁感应为基础，把被测量转换为电感量变化。常分为可变电磁阻式、电涡流式和差动变压式等类型。
1、可变磁阻式电感传感器
▲原理：
δ
μ2002A W L =
