(5.19)--4 常用传感器与敏感元件.ppt

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1、测试测试技术技术1.了解传感器的分类了解传感器的分类 2.常用传感器的测量原理常用传感器的测量原理3.常用传感器的典型应用常用传感器的典型应用第第四四章章 常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件教学内容教学内容测试测试技术技术常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件据统计：据统计：大型石油化工厂需要大型石油化工厂需要6000多只传感器；多只传感器；一个电站需要一个电站需要5000多只传感器；多只传感器；一架飞机需要一架飞机需要3000多只传感器；多只传感器；一个钢铁厂需要一个钢铁厂需要2000多只传感器。多只传感器。测试测试技术技术常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件据行业预测，未来据行

2、业预测，未来5 5年全球传感器市场将年全球传感器市场将保持保持8%8%左右的速度增长，到左右的速度增长，到20242024年年市场市场规模将会达到规模将会达到32843284亿亿美元。美元。测试测试技术技术常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件一辆普通汽车上大约安装了几十到近百个传感一辆普通汽车上大约安装了几十到近百个传感器器,而豪华汽车上的传感器数量更多达而豪华汽车上的传感器数量更多达200多个。多个。从某种程度上来说从某种程度上来说,衡量一辆汽车的衡量一辆汽车的智能化水平智能化水平,其关键因素就在于其采其关键因素就在于其采用传感器的数量和技术水平。用传感器的数量和技术水平。有赖于传感器的

3、各种汽车电子系统的分布有赖于传感器的各种汽车电子系统的分布测试测试技术技术常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件汽车中的传感器汽车中的传感器ABS传感器传感器里程表传感器里程表传感器进气压力传感器进气压力传感器相位传感器相位传感器凸轮轴位置传感器凸轮轴位置传感器油泵传感器油泵传感器爆震传感器爆震传感器倾角传感器倾角传感器转速传感器转速传感器温度传感器温度传感器氧传感器氧传感器油位传感器油位传感器水温传感器水温传感器倒车雷达传感器倒车雷达传感器轮重传感器轮重传感器曲轴位置传感器曲轴位置传感器测试测试技术技术定义：定义：直接作用于被测量，并能按一定方式直接作用于被测量，并能按一定方式将其转换成同

4、种或别种量值输出的器件。将其转换成同种或别种量值输出的器件。传感器定义传感器定义常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件传感器传感器是信息时代的是信息时代的感知层感知层，是物联网的，是物联网的基础基础和数据来源，应用在智能制造、智能和数据来源，应用在智能制造、智能城市等多个领域，传感器的开发和应用也城市等多个领域，传感器的开发和应用也是一个国家信息化程度的是一个国家信息化程度的重要指标重要指标。测试测试技术技术 传感器组成传感器组成常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件获得传感器信号的获得传感器信号的方法方法：1.直接获得直接获得电信号的变化：开关量电信号的变化：开关量2.将物理量将物理量变

5、换变换成电信号的变化：水位、压力等成电信号的变化：水位、压力等组成：组成：由由敏感元件敏感元件和和转换元件转换元件组成。组成。目前，传感器转换后的信号大多为目前，传感器转换后的信号大多为电信号电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号非电信号成电信号的器件或装置。成电信号的器件或装置。测试测试技术技术F敏感作用：敏感作用：感受并拾取被测对象的信号感受并拾取被测对象的信号F变换作用：变换作用：被测信号转换成易于检测和处理被测信号转换成易于检测和处理的电信号的电信号 传感器作用传感器作用常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术(1)(1

6、)按被测按被测物理量物理量分类分类:如：如：位移传感器、力传感器位移传感器、力传感器 流量传感器、温度传感器流量传感器、温度传感器如：如：电阻式、电容式、电感式电阻式、电容式、电感式 压电式、光电式压电式、光电式 4.1 常用传感器分类常用传感器分类(2)(2)按传感器按传感器工作原理工作原理分类分类:常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术(3)(3)按按信号变换特征信号变换特征分类分类:常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件如：如：水银温度计、压电测力计水银温度计、压电测力计如：如：电容式、电感式传感器电容式、电感式传感器物性型物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化依

7、靠敏感元件材料本身物理性质的变化结构型结构型: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 测试测试技术技术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(4)(4)按传感器的按传感器的能量传递方式能量传递方式分类分类:常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件能量控制型能量控制型:从外部供给能量的变化从外部供给能量的变化 如：如：热电偶温度计、压电式加速度计热电偶温度计、压电式加速度计如：如：电阻应变计、电容测振仪电阻应变计、电容测振仪测试测试技术技术 常用传感器常用传感器常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术常

8、常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术敏感元件：敏感元件：弹性体弹性体 4.2 机械式传感器机械式传感器优点：优点：缺点：缺点：应用：应用：只宜用于缓变或静态测量只宜用于缓变或静态测量常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件结构简单、可靠、使用方便、结构简单、可靠、使用方便、价格低、读数直观价格低、读数直观受间隙影响、惯性大受间隙影响、惯性大固有频率低固有频率低测试测试技术技术常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测力计测力计温度计温度计压力计压力计测试测试技术技术型号：型号：KSD301KSD301应用：应用：温控开关温控开关原理：原理：一种用双金属片作为一种用双金属片作为

9、感温组件的温控器。感温组件的温控器。电器正常工作时，双金属电器正常工作时，双金属片处于自由状态，触点处于片处于自由状态，触点处于闭合闭合/断开状态，当温度达断开状态，当温度达到动作温度时，双金属片受到动作温度时，双金属片受热产生内应力而迅速动作热产生内应力而迅速动作,打开打开/闭合触点闭合触点,切断切断/接通电接通电路路,从而起到控温作用。当从而起到控温作用。当电器冷却到复位温度时，触电器冷却到复位温度时，触点自动闭合点自动闭合/打开，恢复正打开，恢复正常工作状态。常工作状态。常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件应用：应用：饮水机、热水器、饮水机、热水器、烤面包机、洗碗机、干燥烤面包机、洗

10、碗机、干燥机、消毒柜、微波炉、电机、消毒柜、微波炉、电热咖啡壶、电煮锅、冰箱、热咖啡壶、电煮锅、冰箱、空调、过胶机、办公设备、空调、过胶机、办公设备、汽车座位加热器等电热器汽车座位加热器等电热器具具测试测试技术技术常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件微型探测开关微型探测开关微型探测开关由两个簧片组成，在常态下处微型探测开关由两个簧片组成，在常态下处于断开状态。当它与磁性块接近时，簧片被于断开状态。当它与磁性块接近时，簧片被磁化而接合，成为接通状态。只有当钢制工磁化而接合，成为接通状态。只有当钢制工件通过簧片和电磁铁之间时，簧片才会被磁件通过簧片和电磁铁之间时，簧片才会被磁化而接合，表示有工

11、件通过。化而接合，表示有工件通过。测试测试技术技术变换原理：变换原理：把被测量转换为把被测量转换为电阻电阻变化变化按工作原理可分为按工作原理可分为:F电阻应变式电阻应变式F变阻器式变阻器式4.3 电阻式、电容式与电阻式、电容式与 电感式传感器电感式传感器常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件4.3.1 电阻式传感器电阻式传感器 测试测试技术技术直线位移型直线位移型角位移型角位移型非线性型非线性型变阻式传感器的变阻式传感器的分类分类测试测试技术技术直线位移型直线位移型电阻值：电阻值：灵敏度：灵敏度：特点：特点：当导线分布均匀时，传感器当导线分布均匀时，传感器的输入与输出呈的输入与输出呈线性线性

12、关系。关系。测试测试技术技术角位移型角位移型电阻值：电阻值：灵敏度：灵敏度：特点：特点：当导线分布均匀时，传感器当导线分布均匀时，传感器的输入与输出呈的输入与输出呈线性线性关系。关系。测试测试技术技术非线性型非线性型：也称为函数电位器，：也称为函数电位器，骨架骨架形状形状可以根据所要求的输出来决定。可以根据所要求的输出来决定。测试测试技术技术正余弦函数正余弦函数函数电位器函数电位器指数函数指数函数测试测试技术技术后接电路后接电路测试测试技术技术输出电压与位移的关系：输出电压与位移的关系：时，时，测试测试技术技术变阻式传感器：特点变阻式传感器：特点优点：优点：结构简单、性能稳定结构简单、性能稳定

13、 使用方便使用方便缺点：缺点：分辨力不高分辨力不高磨损大、噪声大磨损大、噪声大测试测试技术技术 变阻器式传感器常用于线位移、变阻器式传感器常用于线位移、角位移的测量。角位移的测量。变阻式传感器：应用变阻式传感器：应用测试测试技术技术汽车燃油表汽车燃油表油面上的浮子，与油面上的浮子，与可变电阻可变电阻的滑动臂相连，安装在油箱的滑动臂相连，安装在油箱里。浮子随着油面高度的改变而改变，同时带动滑动臂里。浮子随着油面高度的改变而改变，同时带动滑动臂在可变电阻上滑动，使串联在燃油表电路中的在可变电阻上滑动，使串联在燃油表电路中的电阻值发电阻值发生了改变生了改变。阻值的变化决定加热线圈中磁力线的强弱，。阻

14、值的变化决定加热线圈中磁力线的强弱，进而引起双金属片的偏转，最后带动指针偏转。进而引起双金属片的偏转，最后带动指针偏转。测试测试技术技术对电阻全微分：对电阻全微分：对面积微分：对面积微分：电阻值：电阻值：测试测试技术技术电阻的相对变化：电阻的相对变化：轴向应变轴向应变径向应变径向应变电阻率的相对变化电阻率的相对变化应变效应应变效应压阻效应压阻效应测试测试技术技术电阻丝的电阻丝的灵敏度灵敏度：单位应变引起的电阻：单位应变引起的电阻值相对变化量。值相对变化量。在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比。变化与应变成正比。灵敏度灵敏度测试测试技术技术分类分类F半导体

15、应变片半导体应变片F金属电阻应变片金属电阻应变片压阻效应压阻效应：基于半导体：基于半导体电阻率电阻率变化引变化引起电阻变化。起电阻变化。应变效应应变效应：基于机械：基于机械形形变变引起电阻变化。引起电阻变化。测试测试技术技术金属电阻应变片金属电阻应变片丝式丝式箔式箔式电阻丝电阻丝基片基片引出线引出线基片基片蚀刻箔片蚀刻箔片测试测试技术技术结构组成结构组成：一根具有高电阻率的金属：一根具有高电阻率的金属丝绕成栅形，粘贴在绝缘的基片和覆丝绕成栅形，粘贴在绝缘的基片和覆盖层之间，由引出线接于后续电路。盖层之间，由引出线接于后续电路。电阻丝应变片电阻丝应变片测试测试技术技术结构组成：结构组成：用栅状金

16、属箔用栅状金属箔片代替栅状金属丝。片代替栅状金属丝。特点：特点：适用于大批量生产；适用于大批量生产；线条均匀，尺寸准确，阻线条均匀，尺寸准确，阻值一致性好；散热好，粘值一致性好；散热好，粘接情况好，传递试件应变接情况好，传递试件应变性能好。性能好。金属箔式应变片金属箔式应变片测试测试技术技术应变花应变花把把应变片应变片用特制胶水粘固在弹性元件或用特制胶水粘固在弹性元件或需要测量变形的物体表面上。需要测量变形的物体表面上。在外力作用下，在外力作用下，电阻丝电阻丝即随同物体一起即随同物体一起变形，其变形，其电阻值电阻值发生相应变化。发生相应变化。将被测量的变化转换为电阻变化。将被测量的变化转换为电

17、阻变化。测试测试技术技术应用：应用：可用于测量应变、力、可用于测量应变、力、位移、加速度、扭矩等参数。位移、加速度、扭矩等参数。特点：特点：体积小、动态响应快、体积小、动态响应快、测量精确度高、使用简便。测量精确度高、使用简便。应用特点应用特点测试测试技术技术 根据弹性元件受力后应变极性和大小的分析，根据弹性元件受力后应变极性和大小的分析，遵循以下原则：遵循以下原则：布片组桥原则布片组桥原则1.应布置在弹性元件上具有应布置在弹性元件上具有正负极性正负极性的应变的应变区；区；2.应布置在弹性元件上应布置在弹性元件上应力最大应力最大的位置，同的位置，同时注意该处不受非待测力的干扰和影响；时注意该处

18、不受非待测力的干扰和影响；3.根据测量目的和要求，利用根据测量目的和要求，利用电桥和差特性电桥和差特性选择适当的接桥方式，使电桥输出最大或选择适当的接桥方式，使电桥输出最大或具有温度补偿能力，还能排除非待测力的具有温度补偿能力，还能排除非待测力的干扰和影响，而且输出是与应变成正比的干扰和影响，而且输出是与应变成正比的单值函数。单值函数。常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术直接用来测定结构的应变或应力：直接用来测定结构的应变或应力：如：如：齿轮轮齿弯矩测量齿轮轮齿弯矩测量 飞机机身、桥梁构件的应力测量飞机机身、桥梁构件的应力测量应变片的应用应变片的应用将应变片贴于弹性元件上，

19、作为测量力、将应变片贴于弹性元件上，作为测量力、位移、压力、力矩、加速度等物理参位移、压力、力矩、加速度等物理参量的传感器：量的传感器：常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件拉力杆拉力杆压力杆压力杆弯曲悬臂弯曲悬臂扭矩轴扭矩轴 测试测试技术技术原原 理理将物品重量通过悬臂梁将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。变片转化为电量输出。电子称电子称常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术加速度传感器加速度传感器当被测物体运动时，质量块受到一个与加速当被测物体运动时，质量块受到一个与加速

20、度方向相反的惯性力作用，使悬臂梁变形，度方向相反的惯性力作用，使悬臂梁变形，导致其上的应变片产生应变，从而使应变片导致其上的应变片产生应变，从而使应变片的电阻值发生变化，引起测量电桥不平衡而的电阻值发生变化，引起测量电桥不平衡而输出电压，即可得出加速度的大小。输出电压，即可得出加速度的大小。测试测试技术技术常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术工作原理：工作原理：是基于半导体材料的是基于半导体材料的压阻效应压阻效应。固态压阻式传感器固态压阻式传感器应用：应用：测量压力和加速度测量压力和加速度区别：区别：F半导体应变片：半导体应变片：有单晶体半导体材料构成。有单晶体半导体材料构

21、成。F固态压阻式传感器：固态压阻式传感器：在半导体材料的基片上用集成电路在半导体材料的基片上用集成电路 工艺制成的扩散元件。工艺制成的扩散元件。常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术4.3.2 电容式传感器电容式传感器 一、变换原理一、变换原理:将被测物理量的变化转化为将被测物理量的变化转化为电容量电容量变化变化+A 当当被被测测量量、A或或发发生生变变化化时时，都都会会引引起起电电容容的的变变化化。如如果果保保持持其其中中的的两两个个参参数数不不变变，而而仅仅改改变变另另一一个个参参数数，就就可可把把该该参参数的变化变换为数的变化变换为电容量电容量的变化。的变化。常常用用传

22、传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术1.1.极距变化型极距变化型二、分类二、分类常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件灵敏度：灵敏度：特点：特点：动态非接触测量、灵敏度高；动态非接触测量、灵敏度高；非线性误差、适用于小位移非线性误差、适用于小位移测试测试技术技术 实际应用中，为了实际应用中，为了提高灵敏度提高灵敏度、改善非改善非线性线性及及克服克服如电源电压、环境温度等如电源电压、环境温度等外外界条件的变化界条件的变化对测量精度的影响，常采对测量精度的影响，常采用用差动式差动式。常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术2.2.面积变化型面积变化型常常用用传传感感器器

23、与与敏敏感感元元件件角位移型角位移型线位移型线位移型灵敏度：灵敏度：特点：特点：输入输出为线性；灵敏度较低；输入输出为线性；灵敏度较低；适用于较大直线位移和角位移适用于较大直线位移和角位移平面平面线位移型线位移型柱体柱体线位移型线位移型测试测试技术技术3.3.介质变化型介质变化型常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测测液位、液量液位、液量测测位移位移测测厚度厚度测测温度温度湿度、流量湿度、流量测试测试技术技术三、测量电路三、测量电路1.1.电桥型电路：电桥型电路：将电容传感器作为桥路一部分，由将电容传感器作为桥路一部分，由电容变化转换为电桥的电压输出。电容变化转换为电桥的电压输出。常常用用

24、传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术2.2.直流极化电路直流极化电路 静压电容传感器电路静压电容传感器电路3.3.谐振电路：谐振电路：将传感器电容作为谐振电路调谐电容将传感器电容作为谐振电路调谐电容的一部分。的一部分。常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件 弹性膜片在外力作用下发生位移，使电弹性膜片在外力作用下发生位移，使电容量发生变化。容量发生变化。输出电压输出电压与膜片与膜片位移速度位移速度成成正比正比。可以测量气流或液流的振动速度，进可以测量气流或液流的振动速度，进而得到压力。多用于而得到压力。多用于电容传声器电容传声器或或压压力传感器力传感器。测试测试技术技术4.4.调频

25、电路：调频电路：常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件传感器电容是振荡器谐振回路的一部分。当传感器电容是振荡器谐振回路的一部分。当被测量使电容值发生变化时，则被测量使电容值发生变化时，则振荡器频率振荡器频率也发生变化。其输出经限幅、鉴频和放大后也发生变化。其输出经限幅、鉴频和放大后变成电压输出。变成电压输出。测试测试技术技术5.5.运算放大器电路：运算放大器电路：常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件 采用采用比例放大器比例放大器电路，使输出电压与位移量电路，使输出电压与位移量成线性关系。成线性关系。用于用于位移测量位移测量传感器。传感器。测试测试技术技术四、优点四、优点1.1.无直接机械

26、接触，摩擦或滞后误差，无直接机械接触，摩擦或滞后误差，且移动可动部分几乎不需多大的力。且移动可动部分几乎不需多大的力。2.2.极板可做得很轻，减小它们的惯性。极板可做得很轻，减小它们的惯性。3.3.非常稳定且有良好的重复性。非常稳定且有良好的重复性。4.4.具有高分辨率，可达具有高分辨率，可达10pm10pm分辨率。分辨率。利用光刻技术。利用光刻技术。常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术局限性局限性电容传感器易受干扰：电容传感器易受干扰：传感器连接电缆的传感器连接电缆的分布电容分布电容影响较大。影响较大。常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件 传感器两极板之间的电容很小，

27、仅几十甚至传感器两极板之间的电容很小，仅几十甚至几个几个pFpF，而传感器与测量仪器之间的连接电，而传感器与测量仪器之间的连接电缆的电容却很大，缆的电容却很大，1m1m屏蔽线的电容最小的有屏蔽线的电容最小的有几个几个pFpF，最大的可达上百个，最大的可达上百个pFpF。这不仅使传。这不仅使传感器的电容相对变化大大降低，灵敏度也降感器的电容相对变化大大降低，灵敏度也降低，更严重的是电缆本身放置的位置和形状低，更严重的是电缆本身放置的位置和形状不同，或因振动等原因，都会引起电缆本身不同，或因振动等原因，都会引起电缆本身电容的较大变化，给测量带来误差。电容的较大变化，给测量带来误差。如何减少这种干扰

28、？如何减少这种干扰？测试测试技术技术1.震动，偏心，裂纹，振荡，同心度震动，偏心，裂纹，振荡，同心度2.位移，移动，位置，膨胀位移，移动，位置，膨胀3.挠度，变形，波动，倾斜挠度，变形，波动，倾斜4.尺寸，公差，分选，零件识别尺寸，公差，分选，零件识别5.冲击，应变，轴向振动冲击，应变，轴向振动6.轴承振动，油膜间隙，磨擦轴承振动，油膜间隙，磨擦五、应用五、应用常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术电容测厚仪电容测厚仪常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件在被测金属板在被测金属板1的上下两侧各放置一块面积相等，与的上下两侧各放置一块面积相等，与金属板距离相等的极板金属板距离

29、相等的极板2，这样极板与金属板就形成，这样极板与金属板就形成了两个电容器。把两块极板用导线连接起来就成为一了两个电容器。把两块极板用导线连接起来就成为一个极板，而金属板就是电容的另一个极板，其总电容个极板，而金属板就是电容的另一个极板，其总电容CxC1+C2=2C。如果板的厚度发生变化，则引起电。如果板的厚度发生变化，则引起电容量的变化。用交流电桥将电容的变化检测出来，经容量的变化。用交流电桥将电容的变化检测出来，经过放大，即可由电容测厚仪显示出金属板厚度的变化过放大，即可由电容测厚仪显示出金属板厚度的变化。1224334测试测试技术技术常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件两定极板之间有一

30、用弹簧片支撑的质量块，此质量块两定极板之间有一用弹簧片支撑的质量块，此质量块的两个端平面经磨平抛光后作为可动极板。当传感器的两个端平面经磨平抛光后作为可动极板。当传感器的壳体测量垂直方向的振动时，由于质量块的惯性作的壳体测量垂直方向的振动时，由于质量块的惯性作用，使两固定电极板相对质量块产生位移。此时，上用，使两固定电极板相对质量块产生位移。此时，上下两个固定电极与质量块端面之间的电容量产生变化，下两个固定电极与质量块端面之间的电容量产生变化，使传感器有一个差动的电容变化量输出。使传感器有一个差动的电容变化量输出。电电容容式式加加速速度度传传感感器器测试测试技术技术常常用用传传感感器器与与敏敏

31、感感元元件件电电容容式式液液位位传传感感器器可以测量非金属容器中的流体或粒状材料，而无可以测量非金属容器中的流体或粒状材料，而无需直接接触材料。通过压敏粘合剂来适应容器的需直接接触材料。通过压敏粘合剂来适应容器的形状，可以轻易安装在容器的外部，除了测量粒形状，可以轻易安装在容器的外部，除了测量粒状和粉状材料之外，还可以测量腐蚀性流体。状和粉状材料之外，还可以测量腐蚀性流体。测试测试技术技术4.3.3 电感式传感器电感式传感器变换原理：变换原理：基于基于电磁感应原理电磁感应原理，把被测量转化为，把被测量转化为电感量电感量。分类分类:常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件电电感感式式传传感感器器

32、自感型自感型可变磁阻式可变磁阻式互感型互感型涡流式涡流式测试测试技术技术变间隙型变间隙型原理原理:电磁感应电磁感应可变磁阻式可变磁阻式分类：分类：常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件自感与气隙导磁面积自感与气隙导磁面积成成线性线性关系。关系。变面积型变面积型灵敏度：灵敏度：自感量：自感量：测试测试技术技术常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件螺管线圈型螺管线圈型双螺管线圈差动型双螺管线圈差动型，有较高灵敏度及线性。，有较高灵敏度及线性。单螺管线圈型单螺管线圈型双螺管线圈差动型双螺管线圈差动型测试测试技术技术常常用用传传感感器器与与敏

33、敏感感元元件件特点特点：可增加：可增加灵敏灵敏度度，改善，改善线性度线性度。差动型差动型上下两个线圈接于电桥的上下两个线圈接于电桥的相邻桥臂上，根据电桥的相邻桥臂上，根据电桥的和差特性，灵敏度增加，和差特性，灵敏度增加，线性度改善。线性度改善。测试测试技术技术优缺点优缺点优点：优点：1.不受环境温度或其他污染物的影响，不受环境温度或其他污染物的影响，而这对电容式影响大。而这对电容式影响大。2.灵敏度很高。灵敏度很高。局限性：局限性：1.杂散磁场影响自感量杂散磁场影响自感量L值。值。放置磁屏蔽，保证放置磁屏蔽，保证任何测得变化均只起源于被测对象。任何测得变化均只起源于被测对象。2.存在边缘磁场，

34、限制测量范围。存在边缘磁场，限制测量范围。并干扰邻近装置或电路，大于边缘电场。并干扰邻近装置或电路，大于边缘电场。3.所有基于材料磁特性的装置都只能在低于它所有基于材料磁特性的装置都只能在低于它们各自们各自居里温度居里温度下工作，限制了它们的温度下工作，限制了它们的温度范围。范围。常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术应用：应用：适用于较小位移的测量适用于较小位移的测量可变磁阻式的应用可变磁阻式的应用常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件 测量磁性材料上测量磁性材料上非磁性涂覆层的厚度非磁性涂覆层的厚度测试测试技术技术测量高压蒸汽管中阀的位置测量高压蒸汽管中阀的位置常常用用

35、传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术涡流式传感器涡流式传感器一、变换原理一、变换原理 基于基于涡电流效应涡电流效应，把被测量转化为，把被测量转化为电感量。电感量。低频透射式低频透射式（互感原理）（互感原理）高频反射式高频反射式（集肤效应）（集肤效应）常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术二、测量电路二、测量电路常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件1.阻抗分压式阻抗分压式调幅电路调幅电路振荡器起振荡器起恒流源恒流源的作用，给谐振回路提供一个的作用，给谐振回路提供一个频率稳定的激励电流。频率稳定的激励电流。输出信号的输出信号的幅值幅值随随间隙间隙而变化，相当于一个

36、被而变化，相当于一个被间隙调制的调幅波间隙调制的调幅波。谐振频率：谐振频率：测试测试技术技术常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件2.调频电路调频电路传感器线圈接入传感器线圈接入LC振荡回路，当传感器与振荡回路，当传感器与被测物间的被测物间的距离改变距离改变时，在涡流影响下，传时，在涡流影响下，传感器的感器的电感变化电感变化，将导致振荡，将导致振荡频率的变化频率的变化，该变化的频率是距离的函数，即该变化的频率是距离的函数，即f=L(x)。为了避免输出电缆的为了避免输出电缆的分布电容分布电容的影响，的影响，通常将通常将L L、C C装在传感器内。装在传感器内。测试测试技术技术优点：优点：1.1

37、.工作时无需任何磁性材料。工作时无需任何磁性材料。故可应用在超过居里温度的高温下。故可应用在超过居里温度的高温下。2.2.不受非导磁介入材料。不受非导磁介入材料。如：油、油脂、灰尘、水和蒸汽的影响。如：油、油脂、灰尘、水和蒸汽的影响。3.3.某些涡流式传感器不受任何机械环节影响。某些涡流式传感器不受任何机械环节影响。负荷效应最小，并且由于无磨损而有更高的负荷效应最小，并且由于无磨损而有更高的可靠性。可靠性。4.4.可设计成能工作在腐蚀性环境或适于爆炸可设计成能工作在腐蚀性环境或适于爆炸区工作的密封组件。区工作的密封组件。常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件三、特点三、特点测试测试技术技术局

38、限性：局限性：1.1.受变换磁场大小的限制，不能受变换磁场大小的限制，不能测量测量大位移大位移。2.2.不能测量由不能测量由塑料塑料等非导体材料等非导体材料制成的物体的位移，因为塑料制成的物体的位移，因为塑料等非导体不能产生等非导体不能产生涡流效应涡流效应。常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术四、应用四、应用常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件零件计数零件计数 厚度测量厚度测量测试测试技术技术角度测量角度测量位移测量位移测量常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件 当图中的短路环相对于线圈当图中的短路环相对于线圈1移动或转动时，由移动或转动时，由于产生的涡流作用，将影响

39、磁通量的变化，该变于产生的涡流作用，将影响磁通量的变化，该变化的量则正比于所移动的化的量则正比于所移动的距离距离或转动的或转动的角度角度。测试测试技术技术常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件 当导体的当导体的电阻率随温度发生变化电阻率随温度发生变化时，涡流传时，涡流传感器的输出亦将发生变化，其变化量正比于感器的输出亦将发生变化，其变化量正比于温度变化值。温度变化值。测量磁性材料或介质测量磁性材料或介质（液体或气体）的温度（液体或气体）的温度电涡流温度计电涡流温度计测试测试技术技术无损探伤：无损探伤：裂纹裂纹等缺陷造成涡电流变化等缺陷造成涡电流变化火车轮检测火车轮检测油管检测油管检测常常用用

40、传传感感器器与与敏敏感感元元件件发动机活塞衬套裂发动机活塞衬套裂纹涡流检测系统纹涡流检测系统测试测试技术技术差动变压器式差动变压器式一、变换原理一、变换原理常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件互感现象互感现象测试测试技术技术常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件这种传感器是根据这种传感器是根据变压器变压器的基本原理制成的，的基本原理制成的，并且二次侧绕组都用并且二次侧绕组都用差动形式连接差动形式连接，故称，故称差差动变压器式动变压器式传感器。传感器。在非电量测量中，应用最多的是在非电量测量中，应用最多的是螺线管式螺线管式差差动变压器。动变压器。测试测试技术技术两个二次绕组两个二次绕组反极

41、性反极性串联。串联。铁心铁心中心中心位置时：位置时：输出电压输出电压：铁心铁心向上向上运动时：运动时：铁心铁心向下向下运动时：运动时：测试测试技术技术二、测量电路二、测量电路常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件为了达到能为了达到能辨别移动方向辨别移动方向和和消除零点残消除零点残余电压余电压的目的，实际测量时，常常采用的目的，实际测量时，常常采用相敏检波相敏检波电路和电路和差动整流差动整流电路。电路。问题问题：（1）差动变压器的输出是）差动变压器的输出是交流电压交流电压，用，用交流电压表测量，只能反映衔铁位移的交流电压表测量，只能反映衔铁位移的大小，不能反映移动的大小，不能反映移动的方向方向

42、;（2）测量值中将包含）测量值中将包含零点残余电压零点残余电压。测试测试技术技术相敏检波电路相敏检波电路常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件在在没有输入信号没有输入信号时，铁芯处于中间位置，调节时，铁芯处于中间位置，调节电阻电阻R，减少零点残余电压；，减少零点残余电压；当当有输入信号有输入信号时，铁芯移上或移下，其输出电时，铁芯移上或移下，其输出电压经交流放大、相敏检波、滤波后得到直流输压经交流放大、相敏检波、滤波后得到直流输出，由表头指示输入位移量大小和方向。出，由表头指示输入位移量大小和方向。测试测试技术技术差动整流电路差动整流电路常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件把差动变压器的

43、两个次级输出电压分别把差动变压器的两个次级输出电压分别整流整流，然后将整流的电压或电流的然后将整流的电压或电流的差值差值作为输出。作为输出。测试测试技术技术三、特点三、特点优点：优点：1.1.精度高：精度高：可达可达0.1um0.1um2.2.线性范围大：线性范围大：可达可达100mm100mm3.3.稳定性好稳定性好4.4.使用方便使用方便常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件局限性：局限性：实际测量中实际测量中频率上限频率上限受传感器受传感器机械结构的限制。机械结构的限制。测试测试技术技术板的厚度测量板的厚度测量张力测量张力测量常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件四、应用四、应用测试

44、测试技术技术常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件电流互感器的铁心在捏紧扳手时可以张开；被测电流所通电流互感器的铁心在捏紧扳手时可以张开；被测电流所通过的导线可以不必切断就可穿过铁心张开的缺口，当放开过的导线可以不必切断就可穿过铁心张开的缺口，当放开扳手后铁心闭合。穿过铁心的被测电路导线就成为电流互扳手后铁心闭合。穿过铁心的被测电路导线就成为电流互感器的一次线圈，其中通过电流便在二次线圈中感应出电感器的一次线圈，其中通过电流便在二次线圈中感应出电流。从而使二次线圈相连接的电流表便有指示流。从而使二次线圈相连接的电流表便有指示测出被测出被测线路的电流。测线路的电流。钳形电流表钳形电流表测试测试

45、技术技术常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件钳形电流表钳形电流表使用非常方便，使用非常方便，无需断开电源和线路无需断开电源和线路即可直接测量运行中电力设备的工作电流，便于即可直接测量运行中电力设备的工作电流，便于及时了解设备的工作电流及设备的运行状况。及时了解设备的工作电流及设备的运行状况。钳形电流表的使用钳形电流表的使用测试测试技术技术4.4 磁电式、压电式及磁电式、压电式及 热电式传感器热电式传感器 变换原理变换原理:把被测量的物理量转换为把被测量的物理量转换为感应电动势感应电动势感应线圈的感应电动势感应线圈的感应电动势U U为：为：磁通变化率磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈与磁场强度

46、、磁阻、线圈运动速度有关，改变其中一个因素，运动速度有关，改变其中一个因素，都会改变线圈的感应电动势。都会改变线圈的感应电动势。常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件4.4.1 磁电式传感器磁电式传感器 测试测试技术技术N磁电式传感器分类磁电式传感器分类 常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件磁磁电电式式动圈式动圈式角速度型角速度型磁阻式磁阻式线速度型线速度型测试测试技术技术动圈式传感器动圈式传感器常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件只能测动态位移只能测动态位移测试测试技术技术磁阻式传感器磁阻式传感器 常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术b)测速电机测速电机a)磁电

47、式车速传感器磁电式车速传感器磁阻式传感器应用磁阻式传感器应用 常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术4.4.2 压电式传感器压电式传感器 变换原理变换原理:压电效应压电效应 某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时，又生变化，而且内部被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术q=DF压电效应压电效应F+常常用用传传感感器器与与

48、敏敏感感元元件件测试测试技术技术测量电路测量电路要求：要求：必须有高输入阻抗并在输入端并联必须有高输入阻抗并在输入端并联一定的电容。一定的电容。加大时间常数加大时间常数前置放大器电路的前置放大器电路的主要用途主要用途：1.将传感器的高阻抗输出变化为将传感器的高阻抗输出变化为低阻抗输出；低阻抗输出；2.放大传感器输出的微弱信号。放大传感器输出的微弱信号。常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术前置放大器电路的前置放大器电路的形式形式：电压放大器电压放大器电阻反馈电阻反馈电荷放大器电荷放大器电容反馈电容反馈RC测试测试技术技术常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件1.压电元件在传

49、感器中，必须有一定压电元件在传感器中，必须有一定的预应力，以保证在作用力变化的预应力，以保证在作用力变化时压电元件始终受到压力；时压电元件始终受到压力；2.保证压电元件与作用力之间的全面保证压电元件与作用力之间的全面均匀接触，获得输出电压或电荷均匀接触，获得输出电压或电荷与作用力的线性关系。与作用力的线性关系。注意点注意点：测试测试技术技术压电加速度计压电加速度计应用（应用（1）常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件旋转式旋转式线线位位移移式式测试测试技术技术压力变送器压力变送器加速度计加速度计力传感器力传感器 应用（应用（2）常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试技术技术压电式压

50、力传感器压电式压力传感器应用（应用（3）常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件为了使预紧力均匀地分布在压电元件上，用螺钉为了使预紧力均匀地分布在压电元件上，用螺钉6通过钢珠通过钢珠5和有凹坑的压板和有凹坑的压板4紧压在压电元件上。紧压在压电元件上。钢珠和压板上凹坑有自动找平作用，避免受力不钢珠和压板上凹坑有自动找平作用，避免受力不均匀。压电元件均匀。压电元件3和和l极性为正的一面通过铜片极性为正的一面通过铜片2引引出，极性为负的一面经由壳体相连并引出。出，极性为负的一面经由壳体相连并引出。测试测试技术技术应用（应用（4）飞飞机机模模态态分分析析常常用用传传感感器器与与敏敏感感元元件件测试测试