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传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用全套教学全套教学全套教学全套教学课件课件课件课件学习资料库课件中心（配套习题及解答）传感器原理及应用传感器原理及应用学习资源免费共享联盟基地说明：该资料由学习资源库广大学友共享整理，原创版权归原作者所有，仅供学习使用！学习资源库课件免费共享中心：=30教材及参考书教材及参考书��教材教材::::::::《《传感器传感器》》（第（第33333333版）版）哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学强锡富强锡富主编主编机械工业出版社机械工业出版社��参考书参考书：：《《机械工程测试技术机械工程测试技术》》((((((((第二版第二版))))))))黄长艺、严普强黄长艺、严普强主编主编机械工业出版社机械工业出版社��参考书参考书：：《《当代测试技术当代测试技术》》钱难能钱难能主编主编华东化工学院出版社华东化工学院出版社绪绪论论一、一、测试技术简介测试技术简介测试技术的发展与生产的发展、科技测试技术的发展与生产的发展、科技的发展有着密切的联系。在工业发达的国的发展有着密切的联系。在工业发达的国家里，测试技术的水平及其装置必定是相家里，测试技术的水平及其装置必定是相当先进的，测试技术的应用领域也十分广当先进的，测试技术的应用领域也十分广泛。泛。机械系统中常见的物理量机械系统中常见的物理量几何量几何量————————长度、角度、表面几何形状长度、角度、表面几何形状机械量机械量————————振动（振动（速度、加速度、位移）速度、加速度、位移）、、力、力、压力、压力、力矩、扭矩、功率、力矩、扭矩、功率、质量、硬度质量、硬度热工量热工量————————温度、温度场、湿度、流量温度、温度场、湿度、流量光学量光学量————————照度、光学参数（焦距、透光率）照度、光学参数（焦距、透光率）电磁量电磁量————————电压、电流、电势、磁场强度电压、电流、电势、磁场强度…………………………………………测试技术的方法（以测力为例）测试技术的方法（以测力为例）客观物理量光学转换气液转换机械转换电气转换机械参数机械测试法光学测试法光学参数气液测试法气液参数电测法电参数电阻、电容、电感电压、电流力位移力光电移动力气液的压力变化力电阻的变化（明暗条纹的变化）FxF反光镜FPF应变片各种测试法的优缺点：各种测试法的优缺点：••机械测试法：机械测试法：惯性大，摩擦大，不便记录，不能测过程，惯性大，摩擦大，不便记录，不能测过程，只能测静态只能测静态••光学测试法：光学测试法：精度最高，但对环境要求苛刻，需在实验精度最高，但对环境要求苛刻，需在实验室中作标准或高精度测量室中作标准或高精度测量••气液测试法：气液测试法：要求有合适的动力源，气体的压缩性、液要求有合适的动力源，气体的压缩性、液体的阻尼跟不上快速的变化，一般只能用于准体的阻尼跟不上快速的变化，一般只能用于准静态测量静态测量电测法的优点：电测法的优点：••电测法电测法::::::::（（11111111）精度高；）精度高；（（22222222）灵敏度高，在很大范围内可进行方便调）灵敏度高，在很大范围内可进行方便调整，测试范围很广；整，测试范围很广；（（33333333）电惯性小，反映快，能够进行快速变化的）电惯性小，反映快，能够进行快速变化的量的测量，频域范围很广；量的测量，频域范围很广；（（44444444）便于远距离传输和控制，可遥测、遥控；）便于远距离传输和控制，可遥测、遥控；（（55555555）便于仪器的通用化和专业化生产；）便于仪器的通用化和专业化生产；（（66666666）动力源普遍，有一定抗干扰能力）动力源普遍，有一定抗干扰能力⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯适适合现场使用。合现场使用。非电量被测量的二次转换非电量被测量的二次转换一次变换一次变换二次变换二次变换被测量被测量⎯⎯⎯→⎯⎯⎯→⎯⎯⎯→⎯⎯⎯→⎯⎯⎯→⎯⎯⎯→⎯⎯⎯→⎯⎯⎯→光测、气液测光测、气液测⎯⎯⎯→⎯⎯⎯→⎯⎯⎯→⎯⎯⎯→⎯⎯⎯→⎯⎯⎯→⎯⎯⎯→⎯⎯⎯→电测量电测量一般非电量电测法测试系统的一般非电量电测法测试系统的组成组成非电量电测法测试系统的组成人为驱动信号驱动装置对象被测标定装置信号标准控制系统传感器中间电路显示记录观察者非电量电测法测试系统的各部非电量电测法测试系统的各部分的作用分的作用：：1.1.1.1.1.1.1.1.传感器传感器⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯感受被测物理量并把它变换为便感受被测物理量并把它变换为便于传输处理的电信号。于传输处理的电信号。它是整个测试系统实现测试和自动控制它是整个测试系统实现测试和自动控制的首要的、关键的环节。的首要的、关键的环节。2.2.2.2.2.2.2.2.中间电路中间电路⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯将传感器输出的微弱电信号进将传感器输出的微弱电信号进行再次变换、放大、衰减、滤波、调制和解调行再次变换、放大、衰减、滤波、调制和解调等，使它们成为便于显示、记录或进行数据处等，使它们成为便于显示、记录或进行数据处理的信号。理的信号。3.3.3.3.3.3.3.3.显示与记录器显示与记录器⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯将中间变换与测量电路送将中间变换与测量电路送来的电压或电流信号不失真地显示和记录出来。来的电压或电流信号不失真地显示和记录出来。作用二作用二4.4.4.4.4.4.4.4.驱驱动装置动装置⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯产生人为驱动信号，是产生人为驱动信号，是被测对象处于人为的工作状态下，把内被测对象处于人为的工作状态下，把内部特性表现得更明显。部特性表现得更明显。5.5.5.5.5.5.5.5.标定装置标定装置⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯产生标准输入以便用实产生标准输入以便用实验的方法来得到被测量与显示记录之间验的方法来得到被测量与显示记录之间准确地量的关系。准确地量的关系。二、传感器在科技发展中的作用二、传感器在科技发展中的作用三、传感器的定义三、传感器的定义国家标准国家标准(GB7665-87)(GB7665-87)(GB7665-87)(GB7665-87)(GB7665-87)(GB7665-87)(GB7665-87)(GB7665-87)对传感器对传感器(Transducer/Sensor)(Transducer/Sensor)(Transducer/Sensor)(Transducer/Sensor)(Transducer/Sensor)(Transducer/Sensor)(Transducer/Sensor)(Transducer/Sensor)的定义：的定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律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转换成可用输出信号的器件或装置。。教科书对其定义：教科书对其定义：传感器是一种以一定的精确度把被测传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。用的某种物理量的测量装置。定义包含以下几方面意思：定义包含以下几方面意思：••传感器是测量装置，能完成检测任务；传感器是测量装置，能完成检测任务；••它的输入量是某一被测量，可能是物理它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；量，也可能是化学量、生物量等；••它的输出量是某一物理量，这种量要便于它的输出量是某一物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等等，这种量可传输、转换、处理、显示等等，这种量可以是气、光、电物理量，但主要是电物理以是气、光、电物理量，但主要是电物理量；量；••输出输入有对应关系，且应有一定的精确输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。程度。四、传感器的组成四、传感器的组成以测量汽车油箱中汽油液位的装置为例以测量汽车油箱中汽油液位的装置为例组成组成被测量敏感元件传感元件信号调节转换电路辅助电源电量例：应变式力传感器例：应变式力传感器弹性膜片弹性膜片————————敏感元件，将力转换为弹性敏感元件，将力转换为弹性膜片的变形膜片的变形应变片应变片————————传感元件，将弹性膜片的变形传感元件，将弹性膜片的变形转换成电阻值的变化转换成电阻值的变化五、传感器的分类五、传感器的分类传感器的分类方法有许多种，从传感传感器的分类方法有许多种，从传感器的工作机理来说，可分为物理型、化学器的工作机理来说，可分为物理型、化学型、生物型等。型、生物型等。本课程主要讲的是物理型传感器，本课程主要讲的是物理型传感器，因此下面我们列表将物理型传感器的各种因此下面我们列表将物理型传感器的各种分类情况进行介绍。分类情况进行介绍。分类方法分类方法说说明明举举例例按输入量分类按输入量分类传感器以被测物理量分类，也传感器以被测物理量分类，也即按用途分类，便于用户选择。即按用途分类，便于用户选择。位移传感器、速度传感器、位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器等温度传感器、压力传感器等按工作原理分类按工作原理分类（变换原理）（变换原理）传感器以工作原理命名，传感器以工作原理命名，便于生产厂家专业生产。便于生产厂家专业生产。应变式、电容式、电感式、应变式、电容式、电感式、压电式、热电式等压电式、热电式等按物理现象按物理现象分类（信号分类（信号变换特征）变换特征）结构型结构型传感器依赖其结构参数变化实传感器依赖其结构参数变化实现信息转换现信息转换电容式传感器：利用电容极电容式传感器：利用电容极板间隙或面积的变化板间隙或面积的变化→→→→→→→→∆∆∆∆∆∆∆∆CCCCCCCC物性型物性型传感器依赖其敏感元件物理特传感器依赖其敏感元件物理特性的变化实现信息转换性的变化实现信息转换压电式传感器：压电效应，力压电式传感器：压电效应，力→→→→→→→→电荷电荷热电偶：热电效应热电偶：热电效应按能量关按能量关系分类系分类能量能量控制型控制型由外部供给传感器能量，而由由外部供给传感器能量，而由被测量来控制输出的能量被测量来控制输出的能量电容传感器：需外部供电，电容传感器：需外部供电，使使x(t)x(t)x(t)x(t)x(t)x(t)x(t)x(t)→∆→∆→∆→∆→∆→∆→∆→∆CCCCCCCC→→→→→→→→电流或电压电流或电压能量能量转换型转换型传感器直接将被测量的能量转传感器直接将被测量的能量转换为输出量的能量换为输出量的能量温度计：吸收被测物的能量温度计：吸收被测物的能量磁电式：线圈切割磁力线磁电式：线圈切割磁力线→→→→→→→→感应电势感应电势按输出信号按输出信号分类分类模拟式模拟式输出量为模拟量输出量为模拟量数字式数字式输出量为数字量输出量为数字量六、传感器的命名六、传感器的命名××××××××××××××××式式××××××××××××××××传感器传感器如：如：••电阻式液位传感器电阻式液位传感器••电容式声传感器电容式声传感器••应变式力传感器应变式力传感器••压电式加速度传感器压电式加速度传感器表示变换元件、变换原理的种类表示变换元件、变换原理的种类表示用途，指出被测量的种类表示用途，指出被测量的种类七、传感器的发展趋势七、传感器的发展趋势••高精度高精度••小型化小型化••集成化集成化••数字化数字化••智能化智能化••新型化新型化大量物性型传感器的涌现大量物性型传感器的涌现化学传感器的开发化学传感器的开发采用新工艺的传感器开发采用新工艺的传感器开发第二章第二章电阻式传感器电阻式传感器电阻式传感器的分类电阻式传感器的分类电位计式：应变式：物理量变化电阻变化传感元件属于大电阻变化型，RRRR：0000————RRRR传物理量变化变形（应力、应变）敏感元件属于微电阻变化型，RRRR：0000————20%R20%R20%R20%