（2）原理 ： 振膜—一次敏感元件 电容器—敏感元件
被测声压
振膜
极距变化
电容变化
输出电压
平板电容
测量电路
传感器由一次敏感元件、敏感器件与辅助器件组成。 一次敏感元件的作用是将被测量转化为能引起敏感元件变化的机械量。 敏感器件的作用是感受被测量，并对信号进行转换输出。
辅助器件一般为信号传递元件。
四、分类 ：
被测量
电量
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。
二、传感器的作用
身体与机器人的对应关系 传感器——类似于人的感觉器官，是人类感官的延伸。 作用：将被测量转换成电信号,传送给测试系统中的后续环节。
三、传感器的构成
（1）组成：振动膜片、刚性极板、 电源和负载电阻
分类法
型式
说明
按被测量种 类
位移、温度、压力、流量
这种分类便于传感器的 管理
按工作原理 应变式、电容式、电感式、压电式、 以传感器对信号转换的
分类
光电式
原理命名
按被测量转 换特征（构
成原理）
结构型，如电容式，电阻应变片；
物性型，如压电式，水银温度计， 双金属片
通过改变传感器元件的 参数实现信号转换。
四、应变片的应用 1.直接测定结构的应变或应力。 2.作为传感器的测量参数。
电阻应变片的选择、粘贴技术
1.目测电阻应变片有无折痕、断丝等缺陷。 2.用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一电桥中各应变片之间阻值相差 不得大于0.5欧姆.
3.试件表面处理：贴片处置用细纱纸打磨干净，用酒精棉球反复擦洗贴处，直 到棉球无黑迹为止。
若金属丝的长度为L，截面积为S，电阻率为ρ，其未受力时
的电阻为R，则:
R l
A
上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数
dR dl l dA l d
A
A2
A
R dl R dA R d l A
有： dR dl dA d R l A
金属丝： A r 2
dR 感器选用原则
(Principle of Transducer Selection)
传感器的灵敏度越高，可以感知的变化量越小。 传感器往往要求有较大的信噪比。
传感器的量程范围与灵敏度密切相关。
过
高的灵敏度会影响其适用的范围。
在测量过程中，传感器在被测量方向上的灵敏度愈高愈好，而横向灵敏度愈小愈
原材料
原理：弹簧->力->位移 ->电位器->电阻
比较
重量设定
3.特点： (1)结构简单、使用简便、稳定性好。 (2)分辨力低，受电阻丝直径的限制。适合大位移的测量。 (3)噪声大。 二、金属电阻应变片 1.结构：丝式、箔式 2.工作原理：
电阻应变片工作原理是基于金属导体的电阻应变效应，即金属导体在外力 作用下发生机械变形(伸长或缩短)时，其电阻值随着发生变化的现象。
好；
对于二维或三维矢量的测量，传感器的交叉灵敏度愈小愈
好。
2.线性范围 任何传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入成比例关系。
线性范围越宽，传感器的工作量程越大。
3.响应特性 传感器响应特性必须在所测频率范围内尽量保持不失真。 实际传感器的响应总有一定的延迟，但延迟时间越短越好。 4.稳定性 稳定性是指经过长期使用后，其输出特性不发生变化的性能。 影响传感器稳定性的因素是时间和环境。 5.精确度 精确度表示传感器输出与被测量的对应程度。 传感器的精确度并非越高越好，选择时应从实际出发。 6.其他选用原则 如实际测试条件下的工作方式等因素。
4.应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴502胶水，轻轻涂抹均匀，立 即放在应变贴片位置。
5.焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。
两种应变片在工作原理上的区别： 金属应变片－金属材料受力后几何变形→电阻的相对变化 半导体应变片－半导体材料受力后电阻率变化→电阻的相对变化 2.特点： 优点：灵敏度高，分辨率高，横向效应，机械滞后小。 缺点：温度稳定性差，在较大应变下，非线性误差大。
3.类型：半导体应变式传感器、扩散型压阻式传感器
4）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、 蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。
4.特点： 金属应变片的灵敏度较低，但其温度稳定性好，可用于对精度要求较高的测量 。
三、半导体应变片
1.原理：
dR 2 d d
R
而：
d
L L E
所以有：
dR R
L E
灵敏度：
S0
dR /
R
LE
一、变阻式传感器 1.结构：
4.3 电阻式传感器
(Resistance Transducer)
R l
A
R kl x
S
dR dx
kl
R k
S
dR
d
k
2.测量电路：
不考虑外接电路影响时： 考虑外接电路影响时：
Uy
U0 Rp
Rx
U0 xp
x
Uy
U0 xp Rp (1
x)
x RL
xp
应用举例：重量的自动检测--配料设备
第四章 常用传感器原理及应用
本章学习要求：
1.熟悉传感器的定义、作用和分类 2.了解传感器的选用原则 3.掌握电阻式、电感式、电容式、压电式等常用传感 器的原理、特点、 应用。
一、传感器定义
4.1 传感器概述
(Introduction)
传感器——将被测量按一定规律转换成便于应用的某种物理量的装置。
金属丝体积不变，径向与轴向应变间关系为：
dr dl
r
l
dR 2 d
R
所以有：
对金属材料，导电率不变：
dR (1 2)
R
金属应变计
3.应变片的主要参数
1）几何参数：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用 b×L表示。
2）电阻值：应变计的原始电阻值。
3）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。
依靠敏感元件本身物理 性质随被测量变化实现
信号转换。
按能量传递 方式
能量控制型，如R、L、C式
传感器输出能量由外部 供给，但受被测量控制。
能量转换型，如压电式、电热式、 传感器输出量直接由被
弹簧秤
测量能量转换而得。
按输出量
模拟式 数字式
输出量为模拟信号 输出量为数字信号
五、传感器的发展趋势 （1）采用新原理、开发新型传感器； （2）大力开发物性型传感器； （3）传感器的集成化； （4）传感器的多功能化； （5）传感器的智能化(smart sensor)； （6）研究生物感官，开发仿生传感器。