业 廣束2黄大等 Guangdong University of Technology 《漫谈测试技术》 第四章 漫淡物理量测量与传感器 机电工程学院
漫谈测试技术 《漫谈测试技术》 第四章 漫谈物理量测量与传感器 机电工程学院
漫谈测试技术 业 亲束2黄大学 泰 Guangdong University of Technology 4.1传感器概述 ■ 传感器定义 >传感器(Transducer/Sensor):能感受规定的被测量 并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置。 > 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 装置。 > 实例：电子温度计测量人体温度。 传感器 物理量 电量
漫谈测试技术 4.1 传感器概述 传感器定义 传感器（Transducer/Sensor）：能感受规定的被测量 并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置。 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 装置。 实例：电子温度计测量人体温度。 物理量 电量 传感器
M 漫谈测试技术 业 廣束2黄大学 表球于 Guangdong University of Technology 传感器的构成 >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放大、阻抗匹配，以便于后续仪表 接入。 实例：热敏电阻测量蜡烛火焰的温度。 M
漫谈测试技术 传感器的构成 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放大、阻抗匹配，以便于后续仪表 接入。 实例：热敏电阻测量蜡烛火焰的温度。 V
漫谈测试技术 亲束2黄大学 Guangdong University of Technology 传感器的用途 >人类认识世界需要获取信息； > 解决人类感官获取信息存在局限性： 人类通过感觉器官直接获取信息，大脑的吸收率分别为：视觉一 83%;听觉一11%；嗅觉一3.5%； 触觉一1.5%；味觉一1%。 人类感官获取信息的局限源于人的感官和大脑过滤信息的本能。 (a)感官机能局限一一视觉、听觉器官等，信号测量能力差异 (b)智力（或知识）局限一一信号分析能力差异。 (c)理性作用一一主动与被动测量的差异。 >传感器技术是信息技术的三大支柱之一 传感器技术：信息技术的“五官” 通信技术：信息技术的“神经” 计算机技术：信息技术的“大脑
漫谈测试技术 传感器的用途 人类认识世界需要获取信息； 解决人类感官获取信息存在局限性： • 人类通过感觉器官直接获取信息,大脑的吸收率分别为：视觉— 83%；听觉—11%；嗅觉—3.5%；触觉—1.5%；味觉—1%。 • 人类感官获取信息的局限源于人的感官和大脑过滤信息的本能。 (a) 感官机能局限——视觉、听觉器官等，信号测量能力差异； (b) 智力（或知识）局限——信号分析能力差异。 (c) 理性作用——主动与被动测量的差异。 传感器技术是信息技术的三大支柱之一 • 传感器技术：信息技术的“五官” • 通信技术：信息技术的“神经” • 计算机技术：信息技术的“大脑
漫谈测试技术 亲束2菜大学 12109 Guangdong University of Technology 传感器的分类 按被测物理量分 :力，速度，位移，温度等 >按转换原理分：机械式，电气式、光学式，流体式等 >按信号变换特征分： 物性型，结构型 >按敏感元件与被测对象间的能量关系分： 能量转换型和能量控制型. >按输出信号的性质分： 模拟式和数字式 >按敏感元件的材料分：半导体、陶瓷、光纤、高分子薄膜 传感器的名称往往采用复合命名法，如： 电容式位移传感器，压电式加速度传感器
漫谈测试技术 按被测物理量分: 力，速度，位移,温度等. 机械式,电气式、光学式,流体式等. 物性型,结构型. 能量转换型和能量控制型. 传感器的名称往往采用复合命名法，如: 电容式位移传感器，压电式加速度传感器 传感器的分类 按转换原理分: 按信号变换特征分: 按敏感元件与被测对象间的能量关系分: 按输出信号的性质分: 模拟式和数字式 按敏感元件的材料分: 半导体、陶瓷、光纤、高分子薄膜
漫谈测试技术 亲束2黄大学 来5 Guangdong University of Technology A物性型与结构型传感器 物性型：依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换 例如：水银温度计，压电测力计， 结构型：依靠传感器结构参数的变化实现信号转变 例如：电容式和电感式传感器. B能量转换型和能量控制型传感器 能量转换型：直接由被测对象输入能量使其工作， 例如：热电偶温度计，压电式加速度计， 能量控制型：从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化. 例如：电阻应变片
漫谈测试技术 A 物性型与结构型传感器 物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换. 例如:水银温度计,压电测力计. 结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. 例如:电容式和电感式传感器. B 能量转换型和能量控制型传感器 能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计,压电式加速度计. 能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化. 例如:电阻应变片
漫谈测试技术 业 亲束2菜大学 A人 Guangdong University of Technology 常见的被测物理量 机械量：长度，厚度，位移，速度，加速度，旋转角，转数， 质量，重量，力，压力，真空度，力矩，风速，流速， 流量； 声：声压，噪声. 磁：磁通，磁场。 温度：温度，热量，比热， 光：亮度，色彩
漫谈测试技术 常见的被测物理量 机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度,旋转角,转数, 质量,重量,力,压力,真空度,力矩,风速,流速, 流量; 声: 声压,噪声. 磁: 磁通,磁场. 温度: 温度,热量,比热. 光： 亮度，色彩
M 漫谈测试技术 亲束2菜大学 A人 Guangdong University of Technology 4.2电阻式传感器 ■ 电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器。按 工作的原理可分为：变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏 式、电敏式。 ■变阻器式传感器 >工作原理 3 C B 非线性型 变阻式传感器 直线型 123 旋转型
漫谈测试技术 4.2 电阻式传感器 电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器。按 工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏 式、电敏式。 1 2 3 1 3 2 直线型 旋转型 变阻器式传感器 工作原理
M 漫谈测试技术 亲束2莫大学 Guangdong University of Technology >负载效应： 测量装置对被测对象产生的影响作用。 被测量位移2 Rp-R 3 X R 滑动变阻器 测量等效电路（滑动变阻器+电 源+万用表) 等效电路：R,总电阻；X。变阻总长；R负载电阻；x-电刷移 动量
漫谈测试技术 等效电路: Rp -总电阻；xp -变阻总长；RL负载电阻;x-电刷移 动量。 1 3 2 x xp Ein Eout Rx RL Rp-Rx 负载效应：测量装置对被测对象产生的影响作用。 被测量位移 滑动变阻器 测量等效电路（滑动变阻器+电 源+万用表）
M 漫谈测试技术 亲束2菜大学 A人1 Guangdong University of Technology >负载效应： 测量装置对被测对象产生的影响作用 E Ein 电阻比为无穷大 2.5 1+ Rp-Rx RxRL Rx+RL 电阻比依次增大 1.5 三 Ein +爱贵 R RL 0.5 E四 0 4 10 12 负载电阻/测量电阻 已知，输入为5V,触 针处于中位。 当R>R,， x =kx RpRx Rx Eout R
漫谈测试技术 当 ， )1)(( 1 xp x RL Rp x xp in RL Rx Rx Rp RL Rp in Rx RL RxRL Rp Rx in E E E Eout 负载效应：测量装置对被测对象产生的影响作用。 R R L P