无源传感器 课件.pdf
第4章无源传感器
序
无源传感器概述
电阻式传感器
电容式传感器
电感式传感器
4.0序
电参量检测装置中的传感器，按其能量变换的情况属
于能量控制型传感器，需要外加电源，其输出端的能
量是由外加的电源电压供给的。被测量对象的信号控
制着由电源供给传感器输出端的能量。
本章主要电阻式、电感式和电容式传感器。
4.1传感器概述
•1传感器的概念
根据我国对传感器标准规定，传感器定
义为：能够感受规定的被测量，并按一定
规律转换成可用输出信号的器件或装置。
•三层含义：
（1）是一个测量装置
（2）被测量（物理、化学、生物）
（3）转换信号
2传感器的组成
被测量中间量电量电信号
敏感元件转换元件转换电路
（1）.敏感元件
•直接感受被测量非电量信号——易于转换成电信号例：
压力传感器，弹性元件
（2）.转换元件
•非电量信号——电信号例：应变片
（3）.转换电路
•电信号——便于显示、处理、传输电信号例：电桥、放
大器
3传感器的分类
（1）按输入被测量分类；
（2）按工作原理分类；
（3）按输出信号的性质分类；
（4）按传感器的能量转换情况分类。
4传感器的发展趋势
（1）开发新材料；
（2）研制集成化、多功能传感器；
（3）实现数字化和智能化；
（4）研制开发仿生传感器。
4.2电阻式传感器
电阻式传感器是一种电参量传感器，它的工作原理是
通过转换元件将被测非电量转变为电阻值，通过转换电路
将电阻值转换为电信号，再通过测量电信号达到测量非电
量的目的。
电阻应变式、压阻式、热电阻式、光敏电阻式传感器
应变、压力、位移、加速度和温度等非电量参数
4.2.1应变式传感器
电阻式应变式传感器是一种应用广泛的传感器，它由弹性元
件、电阻应变片和测量电路构成。
1电阻应变效应
电阻应变片是用直径0.025mm的具有高电阻率的电阻丝制成的。
利用电阻应变效应原理制成的、应用最为广泛的电阻式传感器，
主要用于机械量的检测中，如力、压力等物理量的检测。
导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形时，它的电阻
值也相应地发生变化，这一物理现象称为电阻应变效应。
电阻应变片的工作原理是基于应变效应,即在导体产生机械变
形时,它的电阻值相应发生变化。
如图3-1所示,一根金属电阻丝,在其未受力时,原始电阻
值为
.L（3-1）
R=
S
式中:ρ——电阻丝的电阻率;
L——电阻丝的长度;
S——电阻丝的截面积。
当电阻丝受到拉力F作用时,将伸长ΔL,横截面积相应减
小ΔS,电阻率将因晶格发生变形等因素而改变Δρ,故引起电阻
值相对变化量为
RLS（3-2）
RLS
式中ΔL/L是长度相对变化量,用应变ε表示
L（3-3）
L
ΔS/S为圆形电阻丝的截面积相对变化量,即