测试技术——参数式传感器及其应用内容基本概念基本概念信息检测的不可缺少的首要环节，它的直接影响测试系统的整体测试精度工程实际中俗称测量头、检测器等，也称为一次仪表传感器Transducer/Sensor/probe基本概念信息检测的不可缺少的首要环节，它的直接影响测试系统的整体测试精度工程实际中俗称测量头、检测器等，也称为一次仪表传感器Transducer/Sensor/probe国家标准（GB7665—87）对传感器定义:感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置一个指定的传感器，只能感受规定的物理量（电量、非电量)传感器的输出信号中载有被测量信息，且能远距离传送电信号、光信号、气动信号输入输出关系服从一定规律，可以复现——公认、标准组成感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置敏感元件力、转矩应变转换元件应变电阻基本特性测试系统的一个基本单元，具有：静态特性测量范围、灵敏度、精度等动态特性带宽频响曲线分类用途/输入量:适合于用户机械量：位移、力、速度、加速度、振动热工量：温度、压力、流量、流速光学量：光强、光通量、辐射能能量关系能量转换型/有源型：热电偶、光电池、压电式、惯性式能量控制型：获取的信息能量来控制、调制外部激励涡流、R、L、C参数型分类输出量性质：适合于研发电参数型/参数式：R、L、C工程参数电参数基本类型:电阻、电感和电容式无源传感器：本身没有内在的能量转换电量型/发电式：电压、电流、电荷工程参数电信号基本类型:压电式、磁电式、光电式、霍尔式以及热电式有源传感器：本身就有内在的能量转换定义：将非电量变化转换为电阻变化的传感器测量的物理量应变——应变片热——热敏电阻位移/距离——电位器转换元件电阻R转换电路直流电桥应变片式传感器工作原理：应变效应应变片的电阻：l——长度A——截面、半径rρ——电阻率微应变材料在轴向受力的作用，产生机械变形/结构变形——微应变应变片式传感器工作原理微应变结构尺寸变化应变单位：με（1με=1x10-6m/m）ν材料的泊松比应变片式传感器工作原理电阻率变化金属材料ν材料的泊松比C常数半导体材料л半导体材料在受力方向压阻系数E半导体材料的弹性模量应变片式传感器工作原理金属材料一般ν≈0.3，C≈1，因此金属材料的电阻应变效应主要来自结构尺寸的变化——尺寸效应，且灵敏系数较小，约为2.0左右。半导体材料лE>>(1+ν)，因此半导体材料的电阻变化主要来自压阻效应，灵敏系数较大，约为50～200，且分散性大。应变片式传感器应变片技术参数应变片式传感器应变片技术参数(金属)应变片材料康铜：常用的电阻丝材料卡玛合金：适用于长时间静态测量，比康铜具有更长的疲劳寿命和更宽的温度范围铂钨合金：具有极长的疲劳寿命绝缘电阻：应变片绝缘电阻R是指已粘贴的应变片与被测试件之间的电阻值，一般要求R＞108Ω最大工作电流Imax已安装的应变片敏感栅允许通过的不影响其工作特性的最大电流值.通常静态测量取25mA左右，动态测量可取75～100mA应变片式传感器应变片结构柱式应变片式传感器应变片的安装安装——力传递——测量效果受力的方向——应变片纵向安装方法有三种：粘贴法、焊接法和喷涂法，其中粘贴法最为常用应变片式传感器温度误差温度引起的测量误差Rt、R0—应变片在温度t、t0时电阻值α—应变片电阻丝的电阻温度系数β—电阻丝材料和试件材料的线膨胀系数Ｓ—应变片灵敏系数Δt—温度变化量应变片式传感器温度补偿温度效应：阻值随温度变化被测体线胀：不同的线胀系数电桥连接差动：相邻臂——提高灵敏度补偿：相邻臂热电阻式传感器工作原理：金属或半导体的电阻值是温度的函数当温度升高1℃时，大多数金属的阻值要增加0.4~0.6%，而半导体的电阻值要减小3~6%一般纯金属在温度变化范围不大时，其电阻值与温度的关系近似为某些半导体的电阻值与温度的关系为热电阻式传感器电阻—温度特性曲线热电阻式传感器热电阻材料选择电阻温度系数a要大，制成的温度传感器的灵敏度越高。电阻温度系数与材料的纯度有关，纯度越高，a值就越大，且稳定材料的电阻率要大，这样可使热电阻体积较小，热惯性较小，对温度变化的响应就比较快在整个测量范围内，物理化学性质稳定、线性、良好重复性易于加工复制，价格便宜热电阻式传感器金属电阻：工业中应用最多的是铂和铜铂电阻化学稳定性很高，容易提纯，便于加工——最常用的材料用