第14章 传感器—— 参量传感器 电工教研室 大连理工大学电气工程学院.

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1 第14章 传感器—— 参量传感器 电工教研室 大连理工大学电气工程学院

2 目录 0. 传感器简介 传感器概念 传感器组成 传感器分类 1. 参量传感器 电阻式传感器 电容式传感器 电感式传感器

3 0. 传感器简介 0.1 传感器的概念 传感器（sensor）是能够感受被测非电量传出的 信息并转换成可供检测或控制之用的输出电信号的器件或 装置。 0.2 传感器组成 传感器组成：敏感元件、转换元件、（测量转换电路）。 敏感元件：传感器中能直接感受被测量的部分； 转换元件：传感器中能将敏感元件感受的被测量转换成 适于传输和测量的电信号部分； 测量转换电路：将检测信号放大或变换为容易传输、处 理、记录和显示的形式。

4 0. 传感器简介 0.3 传感器分类 测量性质：位移、速度、加速度、压力、负荷、扭矩和温 度传感器等。
测量性质：位移、速度、加速度、压力、负荷、扭矩和温 度传感器等。 工作原理：电阻式、电容式、电感式、电磁式、热电式、 压电式传感器等。 能量传递方式：有源传感器和无源传感器。 输出信号性质：模拟式传感器和数字式传感器。 综合方式：参量传感器、发电传感器、光敏传感器和气敏 传感器等。

5 1. 参量传感器 基本工作原理： 把被测量的变化转换成电阻、电容或电感等 电参数的变化，然后通过对电参数的测量达到对被 测非电量检测的目的。
分类： 电阻式传感器、电容式传感器和电感式传感器 等。

6 一、电阻式传感器 （1）电阻应变式传感器 分类： 电阻应变式、热电阻式、磁电阻式、光电阻式等 电阻应变片的金属应变量与其电阻变换量成正比。
引线 基板 电阻丝 电阻应变片结构示意图 应用： 用来检测张力、拉力、压力、重量、位移、扭矩、温度等。

7 （1） 电阻应变式传感器 输出电压 当四个桥臂的电阻值变化时，阻值变化量较小，若输出端开路 电阻应变片越多，则测量精度越高。 + R2 R1
UO R4 R3 R1 R2 + - Ui 输出电压 + 当四个桥臂的电阻值变化时，阻值变化量较小，若输出端开路 电阻应变片越多，则测量精度越高。

8 例：由4片阻值为120Ω的电阻应变片连接成的直流电桥电路中，已知U1=3V，求在下述情况下的输出电压U0。（1）R1=R2=R3=R4=120Ω；（2）R1增加了4Ω；（3）4个电阻分别变化到R1=121Ω，R2=119Ω，R3= 120.5Ω，R4=119.5Ω。

9 解:（1） R1、R2、R3、R4构成等臂电桥电路，故 （2）

10 （3）四个电阻变化量较小（ΔR《R），此时

11 （2）热敏传感器（电阻式） 热敏传感器： 利用半导体材料的电阻随温度的变化而变化的特性来实现对温度的测控。 应用——热敏电阻
R/ 应用——热敏电阻 家用电器、空调、电子体温计 106 CTR PTC 104 分类 102 NTC 负温度系数(NTC)型 正温度系数(PTC)型 临界温度系数(CTR)型 100 T/C O 40 80 120 160 200

12 （3） 湿敏传感器 用途：检测大气中的水蒸气含量 分类：绝对湿度传感器、相对湿度传感器 (a) 绝对湿度传感器
（3） 湿敏传感器 用途：检测大气中的水蒸气含量 分类：绝对湿度传感器、相对湿度传感器 (a) 绝对湿度传感器 利用热敏电阻在干燥空气与潮湿空气中热传导率的差异实现湿度测量的传感器。 通气孔 热敏电阻 热敏电阻 金属外壳 干燥空气 绝对湿度传感器结构示意图

13 （b）相对湿度传感器 采用气体中的水蒸汽压力与该气体在同一温度下的饱和蒸汽压力之比来表示湿度。 半导体陶瓷湿度电阻： 电阻随湿度增加而减小

14 二、电容式传感器 以电容器作为敏感元件，将被测量的变化转换为电容的变化，再经转换电路转换为电压。 用途： 检测厚度、角度、液压和压力等。
工作原理 以平板电容器来说明。 A、d的变化：反映线位移或角位移的变化，间接 反映压力和弹力的变化； ε的变化：反映液变高度和材料温度的变化。

15 三、电感式传感器 利用线圈的自感、互感或阻抗的变化来实现对非电量的检测和控制。 用途： 检测位移、压力、振动和流量等 分类：
自感式、互感式和涡流式 一次绕组 二次绕组 铁心 测杆 互感式传感器结构示意图

16 互感式传感器 输出电压有效值 当铁心处于中间位置时 当铁心移动时 N1 N22 N21 I1 ＋ U1 － U2 M1 M2 ＋ U21 －

17 本章学习要求： 理解热变片式电阻传感器、电容式和电感式传感器的工作原理； 了解热敏和湿敏传感器的工作原理； 了解发电传感器的用途。

18 思考题： 1. 采用电阻应变式传感器测试张力、拉力、压力、重量、位移、扭矩等时，桥式电路中应变片的数量对测试精度有无影响？ 2. 正温度系数（PTC）型热敏电阻为什么可在电子线路中起限流保护作用？