第三章第三章 常用的传感器与敏感元件常用的传感器与敏感元件学习要求学习要求了解传感器的分类了解传感器的分类 掌握掌握常用传感器测量原理常用传感器测量原理了解传感器测量电路了解传感器测量电路1传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元概述概述传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。储、显示、记录和控制等要求。目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义目前，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上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。装置。 物理量物理量物理量物理量电量电量电量电量2传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元传感器的构成传感器的构成传感器一般由敏感器件与辅助器件组成。传感器一般由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件是传感器的核心，它的作用是直接敏感器件是传感器的核心，它的作用是直接感受被测物理量，并对信号进行转换输出。感受被测物理量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。 V3传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元第一节第一节 常用传感器分类常用传感器分类1)1)按被测物理量分类按被测物理量分类常见的被测物理量常见的被测物理量机械量机械量: :长度长度, ,厚度厚度, ,位移位移, ,速度速度, ,加速度加速度, , 旋转角旋转角, ,转数转数, ,质量质量, ,重量重量, ,力力; ;声声: : 声压声压, ,噪声噪声. .磁磁: : 磁通磁通, ,磁场磁场. .温度温度: : 温度温度, ,热量热量, ,比热比热. .光：光： 亮度，色彩亮度，色彩4传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元应变式传感器、电容式传感器、压电式应变式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、光电式传感器传感器、磁电式传感器、光电式传感器等。等。2)2)按工作原理分类按工作原理分类: :5传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元物性型传感器和结构型传感器物性型传感器和结构型传感器. .3)3)按信号变换特征按信号变换特征: :物性型物性型: :依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换实现信号变换. .如如: :水银温度计水银温度计. .结构型结构型: :依靠传感器结构参数的变化实现信号转变依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. . 例如例如: :电容式和电感式传感器电容式和电感式传感器. .6传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元4)4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系按敏感元件与被测对象之间的能量关系: :能量转换型能量转换型: :直接由被测对象输入能量使其工作直接由被测对象输入能量使其工作. . 例如例如: :热电偶温度计热电偶温度计, ,压电式加速度计压电式加速度计. .能量控制型能量控制型: :从外部供给能量并由被测量控制外部从外部供给能量并由被测量控制外部 供给能量的变化供给能量的变化. .例如例如: :电阻应变片电阻应变片. .7传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元第二节第二节 机械式传感器及仪器机械式传感器及仪器机械式传感器原理机械式传感器原理优点：结构简单、可靠、使用方便等优点：结构简单、可靠、使用方便等缺点：受间隙影响、惯性大、固有频率低，缺点：受间隙影响、惯性大、固有频率低，只宜测量缓变或静态被测量。只宜测量缓变或静态被测量。敏感元件敏感元件 力、压力、温度力、压力、温度8传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元水表：叶轮所处的位水表：叶轮所处的位置正好在套管下层孔置正好在套管下层孔所形成的旋转流里，所形成的旋转流里，水流冲击轮周的叶片，水流冲击轮周的叶片，产生转矩，使叶轮旋产生转矩，使叶轮旋转起来。龙头开得越转起来。龙头开得越大，水流越急，叶轮大，水流越急，叶轮就转得越快。就转得越快。典型的机械式传感器典型的机械式传感器9传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元弹性式压力测量元件弹性式压力测量元件测压原理：是利用弹性元件在被测压力作用下测压原理：是利用弹性元件在被测压力作用下产生弹性变形的原理来度量被测压力的产生弹性变形的原理来度量被测压力的 。当弹性元件受压力作用时会产生变形，于是输当弹性元件受压力作用时会产生变形，于是输出位移或力。出位移或力。弹性元件的特点：构造简单，价格便宜，测压弹性元件的特点：构造简单，价格便宜，测压范围宽，被测压力低至几帕，高达数百兆帕都范围宽，被测压力低至几帕，高达数百兆帕都可使用，测量精度也较高，在目前的测压仪表可使用，测量精度也较高，在目前的测压仪表中占有统治地位。中占有统治地位。10传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元典型的机械式传感器典型的机械式传感器弹簧秤弹簧秤原理：弹簧秤测力原理原理：弹簧秤测力原理是根据胡克定律是根据胡克定律F=kx，其中其中F为弹簧弹力，为弹簧弹力，k为为弹簧劲度系数，弹簧劲度系数，x为弹簧为弹簧的形变量，由于弹簧伸的形变量，由于弹簧伸长度与弹簧弹力之间是长度与弹簧弹力之间是成正比关系，所以弹簧成正比关系，所以弹簧秤的刻度是均匀的。秤的刻度是均匀的。11传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元 单圈弹簧管单圈弹簧管 测量元件是一个弯成测量元件是一个弯成圆弧形的空心管子。圆弧形的空心管子。一般弹簧管压力计的一般弹簧管压力计的测压范围为测压范围为-105+109 Pa；精确度最高可达；精确度最高可达0.1。12传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元膜盒型压力计膜盒型压力计测量介质的压力测量介质的压力作用在膜盒腔内作用在膜盒腔内侧，由此所产生侧，由此所产生的变形可用来间的变形可用来间接测量介质的压接测量介质的压力。力。膜盒敏感元件由两块连接在一起的显圆形波膜盒敏感元件由两块连接在一起的显圆形波浪的膜片组成。浪的膜片组成。13传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元空速管空速管原理：总压原理：总压=静压静压+动压，即动压，即 P(t)=P(s)+*V2 /2总压：就是当气流被迎面阻挡，流速降为零总压：就是当气流被迎面阻挡，流速降为零时的压强。时的压强。静压：空气静止时的压力，同飞机飞行高度静压：空气静止时的压力，同飞机飞行高度有关的。有关的。14传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元空速管结构空速管结构总压管：飞行时保持总压管和飞总压管：飞行时保持总压管和飞行方向同向。行方向同向。在空速管的后部设有一个静压室，在空速管的后部设有一个静压室，在侧壁开设一通孔和外界相联，在侧壁开设一通孔和外界相联，并保持和飞行方向的垂直，此时并保持和飞行方向的垂直，此时静压室内的压强就是大气静压了。静压室内的压强就是大气静压了。15传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元高度表高度表高度表：高度表壳密封高度表：高度表壳密封,空气静压力空气静压力P由传压管送由传压管送入高度表内腔。高度增加入高度表内腔。高度增加表内压力减小表内压力减小,置于表壳置于表壳内的真空膜盒内的真空膜盒(内腔抽真内腔抽真空后密封空后密封)随之膨胀而产随之膨胀而产生变形生变形,膜盒中心的位移膜盒中心的位移经传动机构传送经传动机构传送, 指示出指示出与气压与气压P相对应的高度数相对应的高度数值。值。16传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元升降速度表升降速度表测量飞机高度变化快慢。膜测量飞机高度变化快慢。膜盒内腔经一个粗的传压管与盒内腔经一个粗的传压管与空气静压相通，而膜盒的外空气静压相通，而膜盒的外部（即仪表内腔）通过一毛部（即仪表内腔）通过一毛细管也与空气静压相连。这细管也与空气静压相连。这样样,当飞机上升或下降时当飞机上升或下降时,膜膜盒内腔压力基本上随高度的盒内腔压力基本上随高度的变化而变化变化而变化,但膜盒外部即表但膜盒外部即表壳内的气压因受毛细管的阻壳内的气压因受毛细管的阻滞作用滞作用,变化缓慢变化缓慢,产生压力产生压力差。差。17传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元重要性重要性飞机在停场时进行了清洗工作，由于洗完飞机在停场时进行了清洗工作，由于洗完飞机后没有及时将为了防止空速管进水而飞机后没有及时将为了防止空速管进水而封堵的胶布拆除，在凌晨执行航班前又没封堵的胶布拆除，在凌晨执行航班前又没有被检查出来，飞机起飞离港后由于气压有被检查出来，飞机起飞离港后由于气压高度指示出现问题，时高时低，飞行员无高度指示出现问题，时高时低，飞行员无法正确判断飞机高度，最终飞机坠入到大法正确判断飞机高度，最终飞机坠入到大海里，导致机毁人亡！海里，导致机毁人亡！ 18传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元重要性重要性二战中日本海军发生的一次大丢颜面的二战中日本海军发生的一次大丢颜面的“海军乙事件海军乙事件”（甲事件，就是著名的山本五十六事件）：（甲事件，就是著名的山本五十六事件）：1944年年3月月31日，日本联合舰队参谋长福留繁中将等日，日本联合舰队参谋长福留繁中将等11人乘坐人乘坐一架水上飞机从帛硫群岛出发。由于起飞仓促，机长一架水上飞机从帛硫群岛出发。由于起飞仓促，机长竟忘记打开空速管的盖子。于是一行人就在没有空速竟忘记打开空速管的盖子。于是一行人就在没有空速和高度数据的情况下飞行，途中因台风迫降，由于没和高度数据的情况下飞行，途中因台风迫降，由于没有准确的高度数据导致飞机坠毁。有准确的高度数据导致飞机坠毁。1995年美国的年美国的X-31验证机作第验证机作第292次飞行，在次飞行，在7000米上米上完成了规定动作后发现飞机速度表的速度显示有问题。完成了规定动作后发现飞机速度表的速度显示有问题。起先以为是结冰所致，飞行员打开加热和除冰装置，起先以为是结冰所致，飞行员打开加热和除冰装置，但毫无效果。在各种操作都没有反应时，飞行员被迫但毫无效果。在各种操作都没有反应时，飞行员被迫弃机。弃机。19传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元措施措施结冰：空速管内部都设有电加热元件。结冰：空速管内部都设有电加热元件。雷击：突出的空速管通常会成为雷电电流雷击：突出的空速管通常会成为雷电电流的主要通道，在雷击造成的强大电流和热的主要通道，在雷击造成的强大电流和热能，会严重损坏空速管。因此空速管必须能，会严重损坏空速管。因此空速管必须通过雷电防护测验。通过雷电防护测验。20传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元第三节第三节 电阻、电容与电感式传感器电阻、电容与电感式传感器一、电阻式传感器：是一种把被测量转一、电阻式传感器：是一种把被测量转换为电阻变化的传感器。按工作原换为电阻变化的传感器。按工作原理分为理分为变阻器式变阻器式电阻应变式电阻应变式21传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元一、电阻式传感器一、电阻式传感器1.变阻器式传感器：通过改变电位器触头位置，变阻器式传感器：通过改变电位器触头位置，实现将位移转换为电阻的变化。实现将位移转换为电阻的变化。工作原理工作原理22传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元一、电阻式传感器一、电阻式传感器直线位移型直线位移型角位移型角位移型23传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元一、电阻式传感器一、电阻式传感器非线性型非线性型:根据所要求的输出电阻根据所要求的输出电阻(或电压或电压)与电与电刷位移刷位移(包括线位移或角位移包括线位移或角位移)之间的非线性函之间的非线性函数关系数关系24传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元一、电阻式传感器一、电阻式传感器电阻分压电路电阻分压电路25传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元应用应用节气门开度传感器节气门开度传感器26传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元汽油表系统汽油表系统工作过程如下：当油箱内没工作过程如下：当油箱内没油时，由于浮漂有一定重量，油时，由于浮漂有一定重量，它会在油箱的最底部，这时它会在油箱的最底部，这时汽油表指示为汽油表指示为0，随着汽油的，随着汽油的加入，油面越来高，浮漂随加入，油面越来高，浮漂随着油面也越来越高，杠杠臂着油面也越来越高，杠杠臂在滑动电阻一端也逐渐向另在滑动电阻一端也逐渐向另一端滑动，电阻的阻值也越一端滑动，电阻的阻值也越来越小，通过油量表的电流来越小，通过油量表的电流也越来越大，表针也由也越来越大，表针也由0逐渐逐渐上升到一定数值。表盘上的上升到一定数值。表盘上的刻度是按油量刻度的，所以刻度是按油量刻度的，所以指示出了剩余油量了。指示出了剩余油量了。27传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元水池水位自动控制系统水池水位自动控制系统 希望水位高度由电位器触头希望水位高度由电位器触头A设定。由浮子带设定。由浮子带动的电位计触头动的电位计触头B的位置反映实际水位高度。的位置反映实际水位高度。A、B两点的电位差反映希望水位的偏差。两点的电位差反映希望水位的偏差。28传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元变阻器式传感器的特点变阻器式传感器的特点优点：结构简单，性能稳定，使用方便。缺点：受电阻丝直径的限制，分辨力不高。分辨力很难优于20m。噪声较大。被测量：线位移，角位移。29传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元一、电阻式传感器一、电阻式传感器2.电阻应变式传感器电阻应变式传感器工作原理：在外力作用下发生机械变形时，工作原理：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其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。的变化而发生变化的现象。30传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元工作原理工作原理设有一长度为设有一长度为l、截面积为、截面积为A、半径为、半径为r、电阻率为电阻率为的电阻，它的电阻值的电阻，它的电阻值R可表示可表示为为 、r、l的变化，都会导致电阻值的变化，都会导致电阻值R发生发生变化。变化。31传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元工作原理工作原理各可变因素引起的电阻的相对变化各可变因素引起的电阻的相对变化应变应变各可变因素与应变的关系各可变因素与应变的关系32传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元工作原理工作原理金属电阻应变片金属电阻应变片半导体电阻应变片半导体电阻应变片前者利用导体形变前者利用导体形变引起电阻变化；后者引起电阻变化；后者利用半导体电阻率变利用半导体电阻率变化引起电阻变化化引起电阻变化33传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元金属应变片灵敏度金属应变片灵敏度电阻应变片的应变或灵敏度一般用电阻应变片的应变或灵敏度一般用Sg表征表征金属应变片的灵敏度金属应变片的灵敏度金属应变片的电阻丝灵敏度多在金属应变片的电阻丝灵敏度多在1.7-3.6之间之间34传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元半导体应变片灵敏度半导体应变片灵敏度半导体应变片的灵敏度：半导体应变片的灵敏度：半导体应变片的灵敏度比金属丝的大半导体应变片的灵敏度比金属丝的大50-70倍倍35传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元半导体应变片特点半导体应变片特点优点：灵敏度高、横向效应小、机械滞后优点：灵敏度高、横向效应小、机械滞后小和体积小等优点。小和体积小等优点。缺点：温度稳定性差、灵敏度分散度大以缺点：温度稳定性差、灵敏度分散度大以及在较大应变作用下，非线性误差大。及在较大应变作用下，非线性误差大。36传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元电阻应变片应用电阻应变片应用将应变片贴于将应变片贴于被测试件上，被测试件上，然后将其接到然后将其接到应变仪上就可应变仪上就可直接从应变仪直接从应变仪上读取被测试上读取被测试件的应变量。件的应变量。 37传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元电阻应变片应用电阻应变片应用将应变片粘贴于将应变片粘贴于某些弹性体上，某些弹性体上，并将其接到测量并将其接到测量转换电路，这样转换电路，这样就构成测量各种就构成测量各种物理量的专用应物理量的专用应变式传感器。变式传感器。38传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元人体秤人体秤 39传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元电子天平电子天平电子天平的精度可电子天平的精度可达十万分之一达十万分之一40传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元电阻应变式传感器的注意事项电阻应变式传感器的注意事项必须被粘在试件或弹性元件上才能工作，必须被粘在试件或弹性元件上才能工作，黏合剂和粘合技术对测量结果有直接影响。黏合剂和粘合技术对测量结果有直接影响。用于动态测量时应考虑应变片本身的动态用于动态测量时应考虑应变片本身的动态响应特性。测量频率受应变片影响不能太响应特性。测量频率受应变片影响不能太高。高。温度的变化会引起电阻值的变化，从而需温度的变化会引起电阻值的变化，从而需要采取温度补偿措施。要采取温度补偿措施。41传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元3.固态压阻式传感器固态压阻式传感器利用单晶硅材料的压利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技阻效应和集成电路技术制成的传感器。单术制成的传感器。单晶硅材料在受到力的晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生作用后，电阻率发生变化，通过测量电路变化，通过测量电路就可得到正比于力变就可得到正比于力变化的电信号输出。化的电信号输出。42传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元3.固态压阻式传感器固态压阻式传感器与半导体应变片的区别是：与半导体应变片的区别是：半导体应变片由单晶半导体材料半导体应变片由单晶半导体材料构成的，是利用半导体电阻做成构成的，是利用半导体电阻做成的粘贴式敏感元件。的粘贴式敏感元件。压阻式固态压力传感器是由在半压阻式固态压力传感器是由在半导体材料的基片上用集成电路工导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻。这种元件以艺制成的扩散电阻。这种元件以单晶硅为基底材料，按一定晶向单晶硅为基底材料，按一定晶向将将P型杂质扩散到型杂质扩散到N型硅底层上，型硅底层上，形成一层极薄的导电形成一层极薄的导电P型层。型层。43传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元投入式液位计外形投入式液位计外形光柱光柱 显示器显示器 橡胶橡胶 背压管背压管 压阻式固态压压阻式固态压力传感器力传感器 44传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元投入式液位计液位的计算投入式液位计液位的计算 h=h0+h1 =h0+p1 /(g)45传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元固态压阻式加速度传感器固态压阻式加速度传感器当梁的自由端的质当梁的自由端的质量块受到加速度作量块受到加速度作用时，在梁上受到用时，在梁上受到弯矩和应力，使电弯矩和应力，使电阻值发生变化。电阻值发生变化。电阻相对变化与加速阻相对变化与加速度成正比。度成正比。46传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元固态压阻式加速度传感器固态压阻式加速度传感器在汽车防盗系统中的应用：在汽车防盗系统中的应用：现代汽车的防盗系统通常现代汽车的防盗系统通常采用对车体的冲击、振动采用对车体的冲击、振动监测的方式防盗预警。另监测的方式防盗预警。另外，拖车或整车搬运的方外，拖车或整车搬运的方法也是目前窃贼盗窃汽车法也是目前窃贼盗窃汽车常用的手段。加速度传感常用的手段。加速度传感器可以对车体微小振动和器可以对车体微小振动和整车的倾斜角度同时进行整车的倾斜角度同时进行监测。监测。47传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元二、电容式传感器二、电容式传感器1. 原理：将被测量的变化转化为电容量原理：将被测量的变化转化为电容量变化变化两平行极板组成的电容器两平行极板组成的电容器,它的电容它的电容量为量为:当被测量当被测量、A或或发生变化时，都发生变化时，都会引起电容的变化。如果保持其中会引起电容的变化。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参数，就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化。单一电容量的变化。+A48传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元2.电容式传感器分类电容式传感器分类极距变化型极距变化型灵敏度灵敏度灵敏度与极距平方成反比，极距越小，灵敏灵敏度与极距平方成反比，极距越小，灵敏度越高，极距的变化将引起非线性误差。通度越高，极距的变化将引起非线性误差。通常取极距变化范围为常取极距变化范围为49传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元2.电容式传感器分类电容式传感器分类面积变化型面积变化型平面线位移型平面线位移型灵敏度灵敏度50传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元2.电容式传感器分类电容式传感器分类角位移型角位移型灵敏度灵敏度51传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元2.电容式传感器分类电容式传感器分类圆柱体线位移型圆柱体线位移型面积变化型电容传感器的优点面积变化型电容传感器的优点是输出与输入成线性关系，但是输出与输入成线性关系，但与极板变化型相比，灵敏度较与极板变化型相比，灵敏度较低，适用于较大角位移及直线低，适用于较大角位移及直线位移的测量。位移的测量。52传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元2.电容式传感器分类电容式传感器分类介质变化型介质变化型变介电常数型电容传感器由于存在边缘效应变介电常数型电容传感器由于存在边缘效应,仍然有非线性仍然有非线性53传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元3.测量电路测量电路电容传感器的特点：电容量小，变化更小电容传感器的特点：电容量小，变化更小（PF级）。理论上，交流电桥可作为电级）。理论上，交流电桥可作为电容传感器的测量电路，但由于电容及变化容传感器的测量电路，但由于电容及变化太小，不易实现。太小，不易实现。54传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元3.测量电路测量电路电桥型电路：将电容的变化转化为电压的电桥型电路：将电容的变化转化为电压的输出输出55传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元3.测量电路测量电路调频电路：将电容的变化转化为频率的变化调频电路：将电容的变化转化为频率的变化56传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元3.测量电路测量电路运算放大器电路：使极距的变化与电容的变化运算放大器电路：使极距的变化与电容的变化量间成线性关系量间成线性关系57传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元4.电容传感器的应用电容传感器的应用电容式加速度传感器电容式加速度传感器58传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元4.电容传感器的应用电容传感器的应用在汽车悬挂系统中的应用在汽车悬挂系统中的应用59传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元4.电容传感器的应用电容传感器的应用在汽车气囊系统中的在汽车气囊系统中的应用：当汽车发生碰应用：当汽车发生碰撞事故时，汽车和障撞事故时，汽车和障碍物之间碰撞的结果碍物之间碰撞的结果导致汽车速度急剧下导致汽车速度急剧下降，速度从降，速度从35km/h降降到零的时间约到零的时间约150ms左右。左右。 60传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元三、电感式传感器三、电感式传感器电感式传感器把被测量如位移等，转换为电感式传感器把被测量如位移等，转换为电感量变化的一种装置。电感量变化的一种装置。分类分类:电感式传感器电感式传感器自感型自感型涡流式涡流式互感型互感型61传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元1.自感型自感型 自感自感:当线圈中有电流通过当线圈中有电流通过时，线圈的周围就会产生磁时，线圈的周围就会产生磁场。当线圈中电流发生变化场。当线圈中电流发生变化时，其周围的磁场也产生相时，其周围的磁场也产生相应的变化，此变化的磁场可应的变化，此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势，使线圈自身产生感应电动势，此感应电势相当于一个此感应电势相当于一个“新新电源电源”。电感线圈中的自感电感线圈中的自感电动势总是阻碍线圈中的电电动势总是阻碍线圈中的电流变化。流变化。62传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元1.自感型自感型 自感量自感量灵敏度灵敏度63传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元1.自感型自感型可变导磁面积性可变导磁面积性64传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元2.互感型互感型互感：两个电感线圈相互互感：两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响就是互感线圈，这种影响就是互感。感。利用电磁感应中的互感现利用电磁感应中的互感现象，将被测位移量转换成象，将被测位移量转换成线圈互感的变化。线圈互感的变化。65传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元2.互感型互感型互感电动势互感电动势 M称为互感，其大小与两线圈相对位置及周围称为互感，其大小与两线圈相对位置及周围介质的导磁能力等因素有关介质的导磁能力等因素有关66传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元2.互感型互感型差动变压器式工作原理差动变压器式工作原理67传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元3. 涡流式涡流式原理：利用金属体在交变磁场中的涡电流效原理：利用金属体在交变磁场中的涡电流效应应涡电流效应：涡电流效应：交流高频电流交流高频电流I1 交变线圈磁场交变线圈磁场B1交变涡流交变涡流I2 交变涡流磁场交变涡流磁场B2B2与与B1方方向相反向相反原线圈的等效原线圈的等效阻抗阻抗Z变化变化68传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元3.涡流式涡流式电涡流传感器低频透射式（测厚）高频反射式（测位移）69传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器70传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器71传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元涡电流式传感器的应用涡电流式传感器的应用径向振动测量径向振动测量轴心轨迹测量轴心轨迹测量 72传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元涡电流式传感器的应用涡电流式传感器的应用转速测量转速测量 穿透式测厚穿透式测厚73传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元涡电流式传感器的应用涡电流式传感器的应用零件计数器零件计数器 表面裂纹测量表面裂纹测量油管检测油管检测74传感与测试技术传感与测试技术-常用的传感器与敏感元常用的传感器与敏感元