1、電阻式傳感器的工作原理 應變：物體在外部壓力或拉力作用下發生形變的現象 彈性應變：當外力去除后，物體能夠完全恢復其尺寸和形狀的應變 彈性元件：具有彈性應變特性的物體3.1.3電阻應變式傳感器 電阻應變式傳感器利用電阻應變片將應變轉換為電阻值變化的傳感器。 工作原理：當被測物理量作用于彈性元件上，彈性元件在力、力矩或壓力等的作用下發生變形，產生相應的應變或位移，然后傳遞給與之相連的應變片，引起應變片的電阻值變化，通過測量電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映被測量的大小。結構：應變式傳感器由彈性元件上粘貼電阻應變片構成。應用：廣泛用于力、力矩、壓力、加速度、重量等參數的測量。1電阻應變效應電阻應變

2、片的工作原理是基于應變效應，即導體或半導體材料在外界力的作用下產生機械變形時，其電阻值相應發生變化，這種現象稱為“應變效應”。2電阻應變片的結構金屬電阻應變片的結構4電阻應變式傳感器的應用（1）應變式力傳感器被測物理量：荷重或力主要用途：作為各種電子稱與材料試驗機的測力元件、 發動機的推力測試、水壩壩體承載狀況監測等。 力傳感器的彈性元件：柱式、筒式、環式、懸臂式等（2）應變式壓力傳感器主要用來測量流動介質的動態或靜態壓力應變片壓力傳感器大多采用膜片式或筒式彈性元件。（3）應變式容器內液體重量傳感器感壓膜感受上面液體的壓力。（4）應變式加速度傳感器用于物體加速度的測量。依據：a=F/m。 3.

3、2電容式傳感器電容式傳感器的工作原理由絕緣介質分開的兩個平行金屬板組成的平板電容器，如果不考慮邊緣效應，其電容量為 當被測參數變化使得S、d或發生變化時，電容量C也隨之變化。如果保持其中兩個參數不變，而僅改變其中一個參數，就可把該參數的變化轉換為電容量的變化，通過測量電路就可轉換為電量輸出。電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變介電常數型三種。1變間隙型電容傳感器此時電容C變為：式中：g云母的相對介電常數，g=7； 0空氣的介電常數，0=1； d0空氣隙厚度； dg云母片的厚度。放置云母片的電容器云 2變面積式電容傳感器 被測量通過動極板移動引起兩極板有效覆蓋面積S改變，從而得到電容量的變化

4、。當動極板相對于定極板沿長度方向平移x時，則電容變化量為 式中C0=0r ba/d為初始電容。電容相對變化量為 3變介質式電容式傳感器 電容式傳感器的應用 1電容式壓力傳感器 2電容式加速度傳感器 3.3電感式傳感器 電感式傳感器的工作原理是基于電磁感應原理，它把被測量轉化為電感量變化的一種裝置。按照轉換方式的不同可分為自感式（包括可變磁阻式與渦流式）和互感式（差動變壓器式）兩種。自感式傳感器自感式電感傳感器主要有變間隙型、變面積型和螺管型三種類型。由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導磁材料制成。在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，傳感器的運動部分與銜鐵相連。當銜鐵移動時，氣隙厚度發生改變，引起磁

5、路中磁阻變化，從而導致電感線圈的電感值變化，因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。1變間隙型電感傳感器2變面積型電感傳感器3螺管型電感傳感器4差動式電感傳感器 為了減小非線性誤差，實際測量中廣泛采用差動式電感傳感器。5自感式傳感器的測量電路電感式傳感器的測量電路有交流電橋式、變壓器式交流電橋以及諧振式等。 互感式傳感器 把被測的非電量變化轉換為線圈互感變化的傳感器稱為互感式傳感器。這種傳感器是根據變壓器的基本原理制成的，并且次級繞組用差動形式連接， 故稱差動變壓器式傳感器。 差動變壓器結構形式：變隙式、變面積式和螺線管式等。在非電量測量中，應用最多的是螺線管式差動變壓

6、器，它可以測量1100mm機械位移，并具有測量精度高、靈敏度高、結構簡單、性能可靠等優點。1互感式傳感器的工作原理互感式傳感器的工作原理類似變壓器的作用原理。2差動變壓器的結構類型3差動變壓器式傳感器測量電路問題：（1）差動變壓器的輸出是交流電壓(用交流電壓表測量，只能反映銜鐵位移的大小，不能反映移動的方向)； （2）測量值中將包含零點殘余電壓。 為了達到能辨別移動方向和消除零點殘余電壓的目的，實際測量時，常常采用差動整流電路和相敏檢波電路。 (1)差動整流電路 這種電路是把差動變壓器的兩個次級輸出電壓分別整流， 然后將整流的電壓或電流的差值作為輸出。 (2)相敏檢波電路 電感式傳感器的應用1

7、差動變壓器式力傳感器2沉筒式液位計3.4 壓電式傳感器 壓電效應 某些電介質，當沿著一定方向對其施力而使它變形時，內部就產生極化現象，同時在它的兩個表面上便產生符號相反的電荷， 當外力去掉后，又重新恢復到不帶電狀態。這種現象稱壓電效應。當作用力方向改變時，電荷的極性也隨之改變。有時人們把這種機械能轉換為電能的現象，稱為“正壓電效應”。相反，當在電介質極化方向施加電場，這些電介質也會產生幾何變形，這種現象稱為“逆壓電效應”（電致伸縮效應）。具有壓電效應的材料稱為壓電材料。1單晶壓電晶體2多晶壓電陶瓷3新型壓電材料 新型壓電材料主要有有機壓電薄膜和壓電半導體等。壓電式傳感器的應用 1壓電式測力傳感

8、器主要由石英晶片、絕緣套、電極、上蓋及基座等組成。 2壓電式加速度傳感器主要由壓電元件、質量塊、預壓彈簧、基座及外殼等組成。整個部件裝在外殼內，并由螺栓加以固定。3.5霍爾傳感器 霍爾傳感器是一種磁電式傳感器。它是利用霍爾元件基于霍爾效應原理而將被測量轉換成電動勢輸出的一種傳感器。霍爾元件的工作原理霍爾元件賴以工作的物理基礎是霍爾效應。1霍爾效應半導體薄片置于磁感應強度為B 的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當有電流I 流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢EH，這種現象稱為霍爾效應。流入激勵電流端的電流I越大、作用在薄片上的磁場強度B越強，霍爾電勢也就越高。霍爾電勢EH可表示為：EH

9、=KH IBkH為靈敏度系數，與載流材料的物理性質和幾何尺寸有關，表示在單位磁感應強度和單位控制電流時的霍爾電勢的大小。2霍爾元件的結構及特性霍爾元件是一種四端元件。比較常用的霍爾元件有三種結構：單端引出線型、臥式型和雙端引出線型。霍爾傳感器的測量電路 集成霍爾電路霍爾集成電路可分為線性型和開關型兩大類。3.6熱敏傳感器 熱敏傳感器主要有熱電式和熱電阻式。1熱電偶工作原理熱電效應：兩種不同材料的導體（或半導體）組成一個閉合回路，當兩接點溫度T和T0不同時，則在該回路中就會產生電動勢的現象。由兩種導體的組合并將溫度轉化為熱電動勢的傳感器叫做熱電偶。熱電動勢是由兩種導體的接觸電勢（珀爾貼電勢）和單

10、一導體的溫差電勢（湯姆遜電勢）所組成。熱電動勢的大小與兩種導體材料的性質及接點溫度有關。接觸電動勢:由于兩種不同導體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢。溫差電動勢:同一導體的兩端因其溫度不同而產生的一種電動勢。導體內部的電子密度是不同的，當兩種電子密度不同的導體A與B接觸時，接觸面上就會發生電子擴散，電子從電子密度高的導體流向密度低的導體。電子擴散的速率與兩導體的電子密度有關并和接觸區的溫度成正比。設導體A和B的自由電子密度為NA和NB，且NANB，電子擴散的結果使導體A失去電子而帶正電，導體B則獲得電子而帶負電，在接觸面形成電場。這個電場阻礙了電子的擴散，達到動平衡時，在接觸區形成一個

11、穩定的電位差，即接觸電勢，其大小為式中，k玻耳茲曼常數，k=1.38×10-23J/K；e電子電荷量，e1.6×10-19 C；T接觸處的溫度，K； NA，NB分別為導體A和B的自由電子密度。式中為湯姆遜系數，表示溫差1所產生的電動勢值，其大小與材料性質及兩端的溫度有關。導體A和B組成的熱電偶閉合電路在兩個接點處有兩個接觸電勢eAB(T)與eAB(T0)，又因為TT0，在導體A和B中還各有一個溫差電勢。所以閉合回路總熱電動勢EAB(T,T0)應為接觸電動勢和溫差電勢的代數和，即：2熱電偶基本定律（1）中間導體定律在熱電偶回路中接入第三種材料的導體，只要其兩端的溫度相等，該導

12、體的接入就不會影響熱電偶回路的總熱電動勢。（2）中間溫度定律在熱電偶測溫回路中，tc為熱電極上某一點的溫度，熱電偶AB在接點溫度為t、t0時的熱電勢eAB(t, t0)等于熱電偶AB在接點溫度t、tc和tc、t0時的熱電勢eAB(t, tc)和eAB(tc, t0)的代數和，即 eAB(t,t0)=eAB(t,tc)+eAB(tc,t0) （3）參考電極定律3熱電偶的材料與結構（1）熱電偶的材料。鉑銠10-鉑(分度號為S)、鉑銠13-鉑(R)、鉑銠30-鉑銠6(B)、鎳鉻-鎳硅(K)、鎳鉻-康銅(E)、鐵-康銅(J)、銅-康銅(T)和鎳鉻硅-鎳硅(N)。（2）熱電偶的結構普通型熱電偶：主要用于

13、測量氣體、蒸氣和液體等介質的溫度。鎧裝熱電偶：由金屬保護套管、絕緣材料和熱電極三者組合成一體的特殊結構的熱電偶。薄膜熱電偶：用真空蒸鍍的方法，把熱電極材料蒸鍍在絕緣基板上而制成。測量端既小又薄，厚度約為幾個微米左右，熱容量小，響應速度快，便于敷貼。熱電阻式傳感器 1熱電阻優點：1、測量精度高 2、有較大的測量范圍，尤其在低溫方面 3、易于使用在自動測量和遠距離測量中 4、與熱電偶相比，沒有參比端誤差問題作為熱阻材料的特點：1、 高且穩定的溫度系數和大的電阻率，以便提高靈敏度和保證測量精度2、 良好的輸出特性，3、 在使用范圍內，其化學物理性能應保持穩定4、 良好的工藝性，以便批量生產降低成本熱電阻按感溫元件的材質分金屬與半導體兩類。金屬導體有鉑、銅、鎳、銠鐵及鉑鈷合金等，在工業生產中大量使用的有鉑、銅兩種熱電阻；半導體有鍺、碳和熱敏電阻等。按準確度等級分為標準電阻溫度計和工業熱電阻。按結構分為薄膜型和鎧裝型等。(1)鉑熱電阻鉑的物理化學性能極為穩定，并有良好的工藝性。以鉑作為感溫元件具有示值穩定，測量準確度高等優點，其使用范圍是200850。除作為溫度標準外，還廣泛用于高精度