应变片图
二.电容式传感器
1.原理
s 平板式电容： C
s ε：介质介电常数 s ：极板面积 δ ：极板间距离 δ ε
2.分类

s 平板式电容： C
变间隙电容传感器
两极板相互覆盖面积及极间介质不 变，当两极板在被测参数作用下发 生位移，引起电容量变化. 变间隙式一般用于微小位移的测量 （小至：0.01微米）。
振动、偏心 位置、膨胀
冲击、变形 轴向窜动
弯曲、波动 变形
偏心、直径 同心度
阀门位移 活塞移动
压缩机叶片 间隙、转速
厚度、轮廓
电容式厚度传感器
原理：变介质型 变极距型； 特点：非接触式测量 应用：纸张、绝缘薄膜等
其他应用
各种电容式传感器
电容式接近开关
电容式变送器
电容式指纹传感器
差压传感器
电容式指纹传感器

定极板 动极板 差动式变间隙型电容传感器
C1 d1
C2 d2
灵敏度提高一倍，非线性降低。
定极板
变面积电容传感器
s 平板式电容： C
常用的有角位移型和线位移
型两种。 与变间隙型相比，适用于较 大角位移及直线位移的测量。 一般情况下，变截面积型电 容式传感器常做成圆柱形 。
s 平板式电容： C 变介电常数电容传感器
四.压电式传感器
１.原理


顺压电效应：一些电介质，在受到一定方向的外力作用而 变形时，内部产生极化现象，而在其表面产生电荷，当去 掉外力后，又重新回到不带电状态，这种将机械能转换成 电能的现象，称为顺压电效应，又称为压电效应。 逆压电效应：当在电介质极化方向施加电场时，电介质在 一定方向上产生机械变形，内部出现机械应力，这种将电 能转换成机械能的现象称“逆压电效应”,又称为电致伸缩 效应。

RT R0 1 T T0

α为热电阻的温度系数，表示单位温度引起的电阻相对变化。
2.热电阻传感器
2.1 热电阻材料的特点:
高温度系数、高电阻率。这样在同样条件下可加快反应
速度，提高灵敏度，减小体积和重量。 化学、物理性能稳定。以保证在使用温度范围内热电阻 的测量准确性。 良好的输出特性。即必须有线性的或者接近线性的输出。 良好的工艺性，以便于批量生产、降低
常用的金属材料有： 铂、铜、镍等。
. 热电阻的结构
2.热电阻传感器
2.2热敏电阻的特点
热敏电阻是用半导体材料制成的热敏器件。按物理特性，可分为三类： 负温度系数热敏电阻(NTC)；多用于温度测量和补偿；
正温度系数热敏电组(PTC)；用于恒温、加热控制或温度开关；
临界温度系数热敏电阻(CTR)。用于温度开关。 与热电阻相比：
振动分析
飞机轮子振动分析
五.热电式传感器
１.原理

热电式传感器是利用转换元件的参数随温度变化的特性， 将温度和与温度有关的参数的变化转换为电量变化输出的 装置。 测量温度通常利用一些材料或元件的性能随温度变化而改 变的特性。通过测量该特性，达到测量温度大小的目的。


用来测量温度特性的材料性能有热膨胀、电阻、热电势、 半导体PN结特性、导磁率、介电系数、弹性等。
电容式单轴倾角传感器
电容式压力变送器和传感器 电容式涡街流量传感器
指纹识别
指纹识别目前最常用的是电容式传感器，也被称为第 二代指纹识别系统。它的优点是体积小、成本低，成 像精度高，而且耗电量很小，因此非常适合在消费类 电子产品中使用。
指纹识别所需电容传感器包含一个大约有数万个金属 导体的阵列，其外面是一层绝缘的表面，当用户的手 指放在上面时，金属导体阵列/绝缘物/皮肤就构成了 相应的小电容器阵列。它们的电容值随着脊（近的） 和沟（远的）与金属导体之间的距离不同而变化。
W 2 0 SW 2 L R 2
互感式传感器
（差动变压器式传感器、电 涡流式传感器）
F
气隙变小，电感变大，电流变小
２．测量电路

a）相敏检波电路 b）差动整流电路
差动变压器式传感器
用于小位移的差动相敏检波电路的工作原理
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；
i, j di, j Tj
Tj: j方向的应力 dij:j方向的力使得i面产生电荷的压电常数 σ
ij:j方向的力在i面产生的电荷密度
压电材料：
压电晶体(单晶)
压电陶瓷(多晶半导瓷)
新型压电材料
（压电半导体
有机高分子压电材料）
压电效应能量转换的几种基本形式
厚度受压型
长度受压型
厚度切变型极化面源自F Q机械能 ｛ 逆压电效应 压电介质 正压电效应 电能 ｝
F
压电效应及可逆性
正压电效应
电介质在沿一定方向上受到外力
产生变形 内部产生极化现象，表面产生电荷
外力去掉，回到不带电状态
压电效应动画演示
逆压电效应
极化方向上施加交变电场
产生机械变形
去外加电场，变形消失
逆压电效应动画演示
压电效应的表达式：
2.热电阻传感器

热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前 者简称热电阻，后者简称热敏电阻。 当温度发生变化时，金属热电阻和半导体热电阻的阻值将发生变化。 这就构成了热电阻测温传感器的基本原理。 物质的电阻率随温度变化的物理现象称为热阻效应。对于大多数金 属来说，温度增加时，自由电子的动能增加，改变了自由电子的运 动方式，使之能形成定向运动所需要的能量就增加。这反映在电阻 上，阻值就会增加，一般可以描述为：
当电阻丝受到拉力F作用时， 将伸长Δl，横截面
积相应减小ΔA，电阻率因材料晶格发生变形等因素
影响而改变了Δρ，从而引起电阻值变化量为 ：
L L dR＝ d ＋ dL 2 dA A A A
dR d dL dA 电阻相对变化量： R L A
式中：dL/L——长度相对变化量，用应变ε表示为
度和温度等非电量参数。电阻式传感器结构简单， 性能稳定，灵敏度较高，有的还可用于动态测量。
当电阻丝受到拉力F时,将伸长dL, 截面积将减小dA。电阻率ρ, 因晶格发生形变等改变dρ,这些量引起的电阻改变dR, 对其全微分得:
L
2r 2(r-dr)
F F
L+dL
ρ:电阻系数
l R A
l:金属导线长度 A:金属导线截面积
液位计
三.电感式传感器
1.原理

利用磁路磁阻变化引起传感器线圈的电 感（自感L或互感M）变化来检测非电量 的机电转换装置。

电感式： L变化 差动变压器式： M变化 电涡流式： L、M变化
被测非电量
电磁 感应
自感系数L 互感系数M
测量 电路
U、I、f
电感式传感器
自感式传感器
(变磁阻式传感器)
平面切变型
厚度切变型
平面切变型
体积受压型
２.特点



力敏感传感器，可测如力、压力、加速 度等 双向有源传感器（正向和逆向效应） 体积小、重量轻 结构简单、工作可靠 频响宽
３.
测量电路
压电传感器本身的内阻抗很高, 而输出能量较小, 因此它的测量电路通 常需要接入一个高输入阻抗的前置放大器，其作用为: 一是把它的高输 出阻抗变换为低输出阻抗; 二是放大传感器输出的微弱信号。 压电传感器的输出可以是电压信号, 也可以是电荷信号, 因此前置放大 器也有两种形式: 电压放大器和电荷放大器。



转速测量 计数 测厚度 探伤 测振动 测温 测位移
相对轴位移的测量
相对轴位移指的是轴向推力轴承和导向盘之间在轴向的距离变化。 轴向推力轴承用来承受机器中的轴向力，它要求在导向盘和轴承之间有 一定的间隙以便能够形成承载油膜。一般汽轮机在0.2～0.3mm之间，压缩 机组在0.4～0.6mm之间。如果小于这些间隙，轴承就会受到损坏，严重的 导致整个机器损坏；因此需要监测轴的相对位移以测量轴向推力轴承的磨 损情况。

电阻温度系数大，灵敏度高，约是热电阻的１０陪 结构简单，体积小，可测量点温度 电阻率高，适宜动态测量 便于远距离控制，使用寿命长,但互换性差，非线性严重。
半导体热敏电阻
随着温度的升高，一方面，半导体中的价电子受热激发跃迁到较高能级 而产生的新的电子－空穴对增加，使电阻率减小；另一方面，半导体材 料的载流子的平均运动速度升高，导致电阻率增大，因此，半导体热敏 电阻有很多种类型。
分类:


将温度的变化转换为热电势的变化称为热电偶。
将温度的变化转换为电阻变化的称为热电阻。 如果从感受温度的途径来划分测量温度可分为接触式检测 和非接 触式检测。
热敏电阻的结构形式
温度传感器分类
特 征 分 类 传 感 器 名 称 超高温用 光学高温计、辐射传感器 1500℃以上 传感器 高温用 光学高温计、辐射传感器、 1000～1500℃ 传感器 热电偶 测 中高温用 光学高温计、辐射传感器、 500～1000℃ 热电偶 传感器 温 中温用 0～500℃ 见表下内容 传感器 范 晶体管、热敏电阻、 低温用 -250～0℃ 压力式玻璃温度计 围 传感器 极低温用 -270～-250℃ BaSrTiO3陶瓷 传感器 热电偶、测温电阻器、热敏电阻、感温铁氧体、石英晶体振 动器、双金属温度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射 传感器、晶体管、二极管、半导体集成电路传感器、可控硅

二是应变片受力后材料的电阻率发生的变化，
即（∆ρ /ρ ）/ε 。 对金属材料：1+2μ ＞＞(∆ ρ /ρ )/ε



对半导体材料：(∆ ρ /ρ )/ε ＞＞1+2μ