N 0 A0
2
2
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机械工程测试技术 传感器的灵敏度为：
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
S
dL d

N 0 A0
2
2
2
δ愈小，灵敏度S愈高。由于S不是常 数，故会出现非线性误差，通常规定δ在
较小的范围内 0， 0 ）工作。实际应 （
用中，一般取 / 0 0 .1 。这种传感器 适用于较小位移的测量，一般约为 0.001~1mm。
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机械工程测试技术
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
测量间隙δ变化时，LC回路谐振频率也变化，与振荡器 电源频率失谐，输出电压u相当于一个被δ调制的调幅波。
涡流式传感器调幅电路的谐振曲线及输出特性
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机械工程测试技术
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
非接触测量。测量位移范围从±1mm~±10mm，分辨力为
0.1μm。 涡流式传感器可以对各种振动的振幅频谱分布进行无接触
地测量，可以进行金属元件合格检验（通过测量元件的厚度），
金属元件计数，轴的位移和径向、轴向振动的测量，磨床的精 密定位等。
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机械工程测试技术 例：径向振摆测量
扭矩，应力，动力；气压，温度；
振动，速度，加速度等。
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机械工程测试技术
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
例：板的厚度测量
例：张力测量
~
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四、电容式传感器
1. 变换原理：将被测量的变化转化为电容量变化。 两平行极板组成的电容器,它的电容量为:
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机械工程测试技术 例：典型应变式传感器
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
位移传感器
加速度传感器
柱式测力传感器
扭力矩传感器
筒式压力传感器
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机械工程测试技术 例：桥梁固有频率测量
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
原
理
在桥中设置一三角形障碍物，利用 汽车的冲击对桥梁进行激励，再通 过应变片测量桥梁动态变形，得到 桥梁固有频率。
Sg
dR R dl l
E
E 为半导体材料的弹性模量 为半导体材料的压阻系数
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机械工程测试技术 半导体应变片的特点
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优点：灵敏度高、机械滞后小、横向效应小、体积小。 缺点：温度稳定性能差、敏度离散度大、在较大应变作用下 非线性误差大。 3. 电阻应变式传感器的应用 （1）直接用来构成测定结构的应变或应力； （2）将应变片贴于弹性元件上，作为测量力、位移、压力、 加速度等参量的传感器。
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机械工程测试技术
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2. 电阻应变式传感器——应变片 （1）金属电阻应变片 工作原理：金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻 值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化。
丝式电阻应变片
箔式电阻应变片
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频率调制
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4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
鉴频
T2 T4
T1
T3
F
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涡流式传感器的应用
优点：接构简单，使用方便，不受油污、介质影响。 应用：位移、力、振动测量，测厚，材质判别 涡流式传感器可用来各种形状金属导体试件的位移的动态
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4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
（2）其他应用：差动变压器式传感器具有精度高达0.lμm量级， 线圈变化范围大(可扩大到士l00mm，视结构而定)、结构简单，
稳定性好等优点，被广泛应用于直线位移及其他压力、振动等
参量的测量。 主要应用： 厚度，角度，表面粗糙度；拉伸，压缩，垂直度； 压力，流量，液位；张力，重力，负荷量；
特性。
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3）单螺管线圈型 制造容易，但灵敏度低，适用于较大位移（数毫米）的
测量。
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机械工程测试技术 4）双螺管线圈差动型
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采用差动式可以克服衔铁上电磁吸力、以及电源电压、 频率的波动与温度变化等外界干扰对测量准确度的影响。
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各种金属应变片
电阻应变片灵敏度系数
Sg
dR R dl l
1 2

为电阻丝材料的泊松比
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机械工程测试技术 （2）半导体应变片
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
工作原理：单晶半导体材料在沿 某一轴向受到外力作用时，其电 阻率发生变化（压阻效应）。 电阻应变片灵敏度系数（比金 属丝应变片大50~70倍）：
机械工程测试技术
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
差动变压器式传感器工作原理
当初级线圈输入交流激励电压时，次级线圈将产生感压 电动势e1和e2。由于两个次级线圈极性反接，因此，传感器的
输出电压为两者之差，即e0=e1-e2。活动衔铁能改变线圈之间
的藕合程度。输出e0的大小随活动衔铁的位置而变。
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灵敏度和线性性较高，常用测量范围为±2mm，最高分 辨力为0.5μm。
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机械工程测试技器及仪器
原线圈的等效阻抗Z变化：
即涡流的大小与金属板
Z Z ( , , , )
的电阻率ρ、磁导率μ、厚度h，
金属板与线圈的距离δ及线圈 激磁电流圆频率ω等参数有关。 若改变其中二参数，而 固定其他参数不变，就可根 据涡流的变化测量该参数。
参考圆
油管
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机械工程测试技术 例：无损探伤
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原 理：缺陷造成涡流变化。
火车轮检测
油管检测
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2. 互感型——差动变压器
原理：互感现象
e12 M
di1 dt
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差动变压器式传感器的应用
（1）位移测量： 当没有信号输入时，铁芯处于中间位置，调
节电阻R，使零点残余电压减小；当有信号输入时，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 输出。由表头指示输入位移量的大小和方向
差动相敏检波电路原理
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
三、电感式传感器
电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转 化为电感量的一种装置。 分类:
电感式传感器 自感型 可变磁阻型
涡流式
互感型
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4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
1. 自感型
（1）可变磁阻式 原理：电磁感应
L
+
A
+ +
0 A C

当被测量δ、S或ε发生变化时，都会引起电容的变化。 如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另一个参数，就可 把该参数的变化变换为单一电容量的变化。
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4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
分 类 （1）极距变化型
输出未弹性元件本身的弹性变形。
优点：结构简单、可靠、使用方便、价格低。
缺点：弹性元件具有蠕变、弹性失效现象。
测力计
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4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
压力计
温度计 1-酒精，2-感温器，3-毛细管，4-波登管
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二、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 1. 变阻器式传感器 2 1
直线型
3
1 2 3
旋转型
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机械工程测试技术 例：玩具机器人
4.2 普通机械、电气式传感器及仪器
原
理
直接将关节驱动电机的转 动角度变化转换为电阻器 阻值变化
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4. 常用的传感器及仪器
第四章 常用的传感器及仪器
学习要求 1.了解传感器的分类 2.了解常用传感器的基本原理和特点 3.了解传感器的选用原则
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4.1 概 述
4.1 概 述
1. 传感器的构成 传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一 定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置。 物理量 电量
物性型：依靠敏感元件材料物理性质的变化实现信号变换；
结构型：依靠传感器结构参数的变化而实现信号变换；
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4.1 概 述
（4）按敏感元件与被测对象之间的能量关系分类
能量转换型：直接由被测对象输入能量使其工作，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，如：电阻应变片。 4. 常见的被测物理量