机械工程测试技术第三章

机械工程测试技术第三章1第1页，课件共108页，创作于2023年2月物性型传感器:依靠敏感元件材料本身物理化学性质的变化来实现信号的变换。如水银温度计；石英晶体压电效应。

结构型传感器:是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转换的。如电容、电感、应变式传感器。

能量转换型（无源）传感器:是直接由被测对象输入能量使其工作的，如热电偶温度计，弹性压力计。

能量控制型（有源）传感器:从外部供给辅助能量使传感器工作。如把电阻应变计接于由外部供电的电阻电桥上，被测量变化引起的电阻变化去控制电桥输出。

参见书中表3-1，机械工厂中常用传感器。

另外，传感器可能只一个，也可能几个换能元件组合而成一个小型装置。

2第2页，课件共108页，创作于2023年2月3第3页，课件共108页，创作于2023年2月第二节机械式传感器机械式传感器—以弹性体为敏感元件，将被测量转换为弹性变形（或应变）的传感器。

优点：结构简单、可靠、使用方便、价格低廉、读数直观等。缺点：弹性变形不能过大；受结构间隙影响大，惯性大，固有频率低，只宜用于检测缓变或静态被测量。一般，与其他传感器配套使用，先用弹性元件将被测量转换成位移量，然后用其他形式的传感器（如电阻、电容、电涡流式等）将位移量转换成电信号输出。弹性元件具有蠕变、弹性后效等现象，应从结构设计、材料选择和处理工艺等方面采取有效措施来改善这些现象产生的影响。4第4页，课件共108页，创作于2023年2月5第5页，课件共108页，创作于2023年2月6第6页，课件共108页，创作于2023年2月第三节电阻式传感器电阻式传感器—是一种把被测量转换为电阻变化的传感器。

分类：（1）变阻器式

（2）电阻应变式

一．变阻器式传感器（电位差计式）

定义：通过改变电位器触头位置，把位移转换为电阻的变化。

根据电阻公式电阻R为

（3-1）

式中：ρ—电阻率；l—电阻丝长度；

A—电阻丝截面积

从式中看出当电阻丝直径和材质一定时，电阻值随导线长度而变化。

分类：（1）直线位移型

（2）角位移型

（3）非线性型

如图3-5所示7第7页，课件共108页，创作于2023年2月1．直线位移型（见图3-5a）

C点与A点之间的电阻值为

两边取微分

（3-2）

可见导线分布均匀时，传感器输出(电阻)与输入(位移)成线性关系。

2．角位移型（见图3-5b）

其电阻值随转角而变化，灵敏度S为

式中

α—转角（rad）;kα—单位弧度对应的电阻值。

3．非线性型（见图3-5c）

其骨架形状根据所要求的输出f(x)来确定。

则例如：（1）输出f(x)=kx2;R(x)与f(x)成线性关系→三角形骨架（2）输出

f(x)=kx3

R(x)与f(x)成线性关系

→

抛物线形骨架

8第8页，课件共108页，创作于2023年2月4．变阻器式传感器后接电路

见图3-6，设Rp-变阻器总电阻；xp-变阻器总长度；Rl-后接电路输入电阻。由于直线位移型电阻与位移的线性关系，传感器的输出电压uy可用下式计算：（3-3）

图3-6电阻分压电路xRLuyu0xp为减小后接电路影响，应使Rl>>Rp（减小负载效应）优点：（1）结构简单（2）性能稳定（3）使用方便缺点：（1）分辨力不高（2）躁声较大应用：线位移、角位移测量，用于伺服记录仪器或电子电位差计等。9第9页，课件共108页，创作于2023年2月二．电阻应变式传感器

应用范围：测量力、应变、位移、加速度、扭矩等分类：（1）金属应变片式（2）半导体应变式特点：（1）体积小（2）动态响应快（3）测量准确高（4）使用方便

（一）金属电阻应变片

常用的有丝式和箔式，其工作原理一样。（1）把直径为0.025mm的康铜或镍铬合金丝，粘贴在绝缘的基片和覆盖层之间，由引出导线接于电路上。（2）用栅状金属箔片代替栅状金属丝。用光刻技术制造，其线条均匀，尺寸准确，阻值一致性好。箔片约厚1~10μm。散热好，粘接情况好，传递性能好。工作原理：应变片用特制胶水粘固在弹性元件或要测量变形的物体表面上，在外力作用下，电阻丝随该物体一起变形，其阻值发生相应变化。由此，将被测量的变化转换为电阻变化。10第10页，课件共108页，创作于2023年2月11第11页，课件共108页，创作于2023年2月由于电阻值

对上式求微分

（3-4）

式中

（3-5）

式中—电阻丝轴向相对应变（或称纵向应变）

—电阻丝径向相对应变（或称横向应变）

—电阻丝电阻率相对变化，与电阻丝所手正应力σ有关。

—材料泊松比

（3-6）

12第12页，课件共108页，创作于2023年2月（3-7）

式中E—电阻丝材料的弹性模量；λ—压阻系数，与材质有关

将式（3-6）（3-7）代入式（3-5），则有

（3-8）

(1+2γ)ε项是电阻丝几何尺寸改变所引起，同一电阻材料是常数λEε项是电阻丝的电阻率随应变而引起的，一般对金属丝很小可忽略。

式（3-8）可简化为

（3-9）

表明电阻相对变化率与应变成正比。比值

Sg称为应变系数或灵敏度。

常数

（3-10）

制造中

Sg在1.7~3.6之间，几种常用电阻丝材料物理性能见表3-2，一般市场上电阻应变片标准为60，120，350，600，1000Ω等。

13第13页，课件共108页，创作于2023年2月（二）半导体应变片

典型结构见图3-9

工作原理：基于半导体材料的压阻效应——单晶半导体材料在外力作用下，其电阻率ρ变化。根据式（3-8），(1+2γ)ε项是由几何尺寸变化引起的，λEε是由电阻率变化引起的，就半导体而言，后者影响大于前者，故式（3-8）可简化为

（3-11）

灵敏度为

（3-12）

这一数值比金属丝式大50~70倍，几种常用的半导体材料特性见表3-3

优点：灵敏度高缺点：（1）温度稳定性差（2）灵敏度分散度大(由于晶向杂质等因数）（3）非线性大

小结：（1）金属丝电阻应变片利用导体形变引起电阻变化。

（2）半导体应变片是利用半导体电阻率变化而引起电阻的变化。

14第14页，课件共108页，创作于2023年2月（三）电阻应变片传感器应用实例

1．直接用来测定结构的应变或应力

例如：研究机械、桥梁等某些构件在工作状态下的受力、变形情况。2．将应变片贴在弹性体上,作为测量力、位移、加速度等物理参数。示例见图3-11。各种传感器从本质上讲均为受力，产生弹性变形，导致电阻应变片阻值发生变化，再经二次仪表转换为电压（或电流）信号输出。

（1）由应变片测出的是构件或弹性体上某出的应变，通过换算（或标定）才能得到应力、力或位移。

标定

（2）应变片是粘贴在弹性元件上才能正常工作的。所以粘贴工艺（胶、贴前处理、固化处理、防潮等）至关重要。

贴片工艺

（3）动态测量时，应考虑弹性元件和应变片的动态特性。动态特性（4）温度对电阻值的变化影响不容忽略，考虑温度补偿。温度补偿说明:15第15页，课件共108页，创作于2023年2月16第16页，课件共108页，创作于2023年2月第四节电感式传感器原理：把被测量转换为电感量变化的一种装置。(基于电磁感应原理)分类：（1）自感式(a)可变磁阻(b)涡流式（2）互感式——差动变压器式一．自感式(一)可变磁阻构造原理见图3-12,由电工学线圈自感量L为

（3-13）

式中W—线圈匝数Rm—磁路总磁阻[H-1](亨)如果空气隙δ较小，不考虑磁路的铁损时，则总磁阻为

（3-14）

式中μ—铁心磁导率μ0—空气磁导率(4πⅹ10-7)l—铁心导磁长度δ—气隙长度A—铁心导磁截面积

A=aⅹb

A0—空气隙导磁横截面积

17第17页，课件共108页，创作于2023年2月因为铁心磁阻与空气隙磁阻相比很小，可以忽略，故

（3-15）

代入式（3-13）得

（3-16）

式（3-16）表明：自感

L与气隙δ成反比，与气隙导磁截面积

A0成正比。当固定

A0变化δ时，L与δ呈非线性关系，此时传感器灵敏度

S为

（3-17）

从式(3-17)看出，灵敏度S与气隙长度平方成反比，δ越小，S越高。如果S不是常数会出现非线性误差。为了减小这一误差，通常规定在较小间隙范围内工作。设间隙变化为(δ0,δ0+Δδ)，一般应用中取Δδ/δ≤0.1。此种传感器适合于较小位移的测量，一般设为0.001~1mm。

18第18页，课件共108页，创作于2023年2月图(3-13）中列出四种常用可变磁阻式传感器的典型结构。

（3）单螺管线圈型

铁心在线圈中运动时，将改变磁阻使自感发生变化。结构简单，易制造，但灵敏度低，使用大位移测量。

（1）可变导磁面积型L与A0成线性关系，灵敏度较低。（2）差动型两个线圈的间隙按δ0+Δδ和δ0-Δδ变化，一个线圈自感增加，另一个线圈自感减少，将两线圈接于电桥相邻两臂时，其灵敏度提高1倍，并改善了非线性。（4）双螺管线圈差动型与单螺管线圈型相比有较高灵敏度及线性，常用于电感测微仪上，其测量范围为0~300μm,最小分辨力为0.5μm。这种传感器常接于电桥两个桥臂上，线圈电感

L1、L2随铁心位移而变化，其输出特性如图(3-14)所示。

19第19页，课件共108页，创作于2023年2月（二）涡电流式

原理：利用金属体在交变磁场中的涡流效应。见图（3-15）金属板位于一线线圈附近，距离为δ，当线圈通过一高频交变电流时，产生磁通Φ此交变磁场在邻近金属板上感应电流i1,此电流在金属体内是闭合的，称之为“涡流”。根据楞次定律，涡电流的交变磁场与线圈的磁场变化方向相反。由于涡流磁场作用，使原线圈的等级阻抗Z发生变化，变化程度与距离δ有关。图3-15高频反射式涡流传感器原理iФi1Ф1金属板δ20第20页，课件共108页，创作于2023年2月高频线圈阻抗Z影响因数：（1）δ值；（2）金属板电极率ρ；（3）磁导率μ；（4）线圈激励圆频率ω等变化。δ可作为位移、振动测量，变化ρ和μ可作为材质鉴别和探伤。涡电流式传感器测量电路：（1）阻抗分压式调幅电路（2）调频电路

分压式调幅电路：原理见图3-16，图3-17是其谐振曲线及输出特性。传感器线圈L和电容C组成并联谐振回路，其谐振频率为

（3-18）

电路中由振荡器提供稳定的高频信号。当谐振频率等于电源频率时，输出电压u最大。工作时线圈阻抗随δ改变，LC回路失谐，输出信号u(t)频率虽然仍为工作频率，但幅值随δ而变化，它相当于一个调谐波。此调谐波经放大、检波、滤波后即可得到气隙δ的动态化信息。

21第21页，课件共108页，创作于2023年2月调频电路：调频电路的工作原理如图3-18所示。与调幅法不同之处是以回路的谐振频率作为输出量。当δ发生变化时，引起线圈电感L变化，使震荡器的震荡频率f发生变化，再通过鉴频器进行频率—电压转换，即得与δ成比例的输出电压。目前此种传感器应用广泛，测量范围为1~10mm，分辨力为1μm的非接触式测量。

C图3-18调频电路工作原理f±Δfuδ0±ΔδL±ΔL高频振荡器鉴频器22第22页，课件共108页，创作于2023年2月23第23页，课件共108页，创作于2023年2月二．互感式—差动变压器式电感传感器

工作原理见图3-19，当线圈

W1输入交流电流

i1

时，线圈

W2产生感应电动势e12，其大小与电流i1的变成正比，即

（3-19）

式中

M—比例系数（称为互感H），其大小与两线圈相对位置及周围介质导磁能力有关。

图3-19互感现象e12i1~W2W124第24页，课件共108页，创作于2023年2月差动式工作原理：见图3-20a)，初级线圈W次级线圈W1,W2反极性串联。当W上加上交流电时，W1,W2分别产生感应电势e1和e2，其大小与铁心位置有关。

（1）当贴心在中心时，e1=e2→e=0（2）当贴心向上运动时，e1>e2（3）当贴心向下运动时，e1<e2，其输出特性见b)图

图3-20差动变压器式传感器工作原理a)b)工作原理c)输出特性b)e0=e1-e2W2W1e2e1xPWa)WW2W1Pxe2e1c)ex025第25页，课件共108页，创作于2023年2月问题：交流电压输出存在零点残余电压和输出值不能反映铁芯位移的极性问题。

解决办法：采用如图3-21所示的差动相敏检波电路和差动整流电路在没有输入信号时，贴心处中间位置，调节R使零点残余电压减小，当铁心上下移动时，输入信号经放大、相敏检波、滤波后得到直流输出。性能：精度高（0.1μm级）线性范围大（±100mm），稳定度好，使用方便，广泛用于直线位移测量。图3-21差动相敏检波电路工作原理xR放大器相敏检波振荡器26第26页，课件共108页，创作于2023年2月第五节电容式传感器电容式传感器—将被测物理量转换为电容量变化的装置。从物理学知道，两个平行板组成的电容器其电容量为：

（3-20）

式中ε—极板间介质的相对介电常数，在空气中ε=1

ε0—真空中介电常数，ε0=8.8ⅹ10-12F/m（法拉/米）

δ—极板间距离

A—极板面积式(3-20)表明：当被测量使δ,A,ε发生变化时,都会引起电容C的变化。根据电容器变化的参数可分为（1）极距变化型（2）面积变化型（3）介质变化型一．变换原理27第27页，课件共108页，创作于2023年2月（一）极距变化型据(3-20)，当A和ε不变时，电容C与极距δ呈非线性关系，见图3-22对式（3-20）两边取微分

传感器灵敏度S为

(3-21)可见灵敏度S与极距平方成反比。且δ↓→S↑为了减小分线性误差，通常在较小间隙变化范围内工作，一般取变化范围

优点：(1)灵敏度高;(2)可进行动态非接触式测量;(3)适用小位移(0.01μm~数佰微米)测量。缺点：(1)有非线性误差;(2)杂散电容对灵敏度和测量精度有影响;(3)配套用电子线路复杂。

图3-22极距变化型电容传感器δδ0Δδ0CΔCδδ028第28页，课件共108页，创作于2023年2月（二）面积变化型分类：（1）角位移型（2）线位移型（3）圆柱体线位移型

1．当转板有一转角时，动定两极互盖面积就改变，导致电容量改变。由于覆盖面积为

式中α—覆盖面积对应中心角（弧度）r—极板半径电容量为

（3-22）

灵敏度为

=常数（线性关系）

（3-23）

图3-23面积变化型电容传感器a)角位移型b)平面线位移型c)圆柱体线位移型a)1α2b)xbΔxx21c)21Ddl0x29第29页，课件共108页，创作于2023年2月2．图2-23b)为平面线位移型

电容量C为

（3-24）

灵敏度S为

常数

（线性关系）

（3-25）

3．图2-23c)为圆柱体线位移型

电容量C为

（3-26）

灵敏度S为

常数（线性关系）（3-27）

特点：（1）面积变化型优点是输出与输入成线性关系。（2）灵敏度较低。（3）适用较大直线及角位移测量。30第30页，课件共108页，创作于2023年2月（三）介质变化型此中传感器利用介质介电常数变化将被测量转换为电量。可用来测量电介质液位或某些材料的厚度、温度和湿度等，见图3-24。图3-24介质变化型电容传感器应用例a)介质温度、湿度或厚度影响b)液位测量a)介质层b)绝缘层外极板内极板31第31页，课件共108页，创作于2023年2月二．测量电路（一）电桥型电路把电容传感器作为电桥一部分，将电容变化转化为电桥电压输出，见图3-25。形式：（1）电阻、电容（2）电感、电容电桥输出为一调幅波，经放大、相敏检波、滤波后输出，推动仪表。

图3-25电桥型电路C2C1L2L1~相敏解调滤波放大32第32页，课件共108页，创作于2023年2月（二）直流极化电路此电路多用于电容传声器或压力传感器中。如图3-26所示，弹性膜片在外力(气压、液位)作用下发生位移，使电容量发生变化。电容的变化由高阻值电阻R转换为电压变化。分析表明，输出电压uy和膜片移动速度近似成一阶系统的关系。

图3-26直流极化电路uyδpE0Rf33第33页，课件共108页，创作于2023年2月（三）谐振电路电路原理及工作特性见图3-27。电容传感器的电容Cx作为谐振电路(L1、C2//Cx)调谐电容一部分有电压耦合从稳定高频振荡器获得振荡电压。当Cx变化时，谐振回路阻抗相应变化，并被转换成电压或电流输出经放大、检波输出。一般工作点选在准线性区域内。特点：（1）灵敏（2）工作点不易选好（3）变化范围窄（4）连线杂散电容影响也较大。

图3-27谐振电路及其工作特性输出uCxC2L2L1C1振荡器放大检波u0C-ΔC

C

C+ΔC

C34第34页，课件共108页，创作于2023年2月（四）调频电路见图3-28,当输入量使传感器电容变化时,振荡器振荡频率发生变化,频率的变化经鉴频变为电压变化再经放大输出。特点：（1）抗干扰性强（2）灵敏度高（0.01μm）（3）电缆电容影响大，使用中麻烦。

输出图3-28调频电路工作原理被测物体传感器Cxδ调频振荡器限幅鉴频放大35第35页，课件共108页，创作于2023年2月（五）运算放大器电路如前所述极距变化型传感器中，极距变化与电容变化量成非线性关系，使用中受到制约。而采用比例运算放大器电路输出电压uy和位移量是线性变化，正好克服上述缺点。如图3-29所示，输入阻抗采用固定电容C0，反馈阻抗采用电容传感器Cx。

根据比例器运算关系，有

(u0-激励电压）

考虑，有

（3-28）

图3-29运算放大器电路u0uyCxC0由式（3-28）可知，输出电压uy与电容传感器间隙δ成线性关系。这种电路常用于位移测量。

36第36页，课件共108页，创作于2023年2月另外，一方面，Cx

很小（几十到几佰pF）测量时变化更小（常在1pF以下）；另一方面传感器极与周围元件及连接电缆存在寄生电容，其电容大且不稳定，影响测量精度。

解决方法：（1）缩短传感器与测量电路之间电缆，甚至做成一体。

（2）采用双层屏蔽电缆，见图3-30当放大器增益为1和相移为零时，内屏蔽线和芯等电位，可见两者之间的容性漏电流。从而消除两者之间的寄生电容影响。当放大器增益为1或相移非零时，芯线和内屏蔽线电位有差别。

图3-30驱动电缆工作原理1—传感器2—测量电路3—内屏蔽4—外屏蔽4311237第37页，课件共108页，创作于2023年2月第六节压电式传感器压电式传感器是一种可逆型换能器（机械能↔电能），广泛应用于力、压力、加速度测量。也用于超声波发射和接受装置。特点:（1）体积小，重量轻（2）精确度高（3）灵敏度高

一．压电效应1．压电效应—某些物质如石英、钛酸钡、锆钛酸铅（PZT）等，在外力作用下，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极化表面有电荷出现形成电场；当外力消失时，材料重新恢复到原来形态，这种现象称为压电效应。相反将这些物质置于电场中，几何尺寸也发生变化，此现象称为逆压电效应(电致伸缩效应)。38第38页，课件共108页，创作于2023年2月2．晶体结构：

石英(SiO2)晶体是

一种常用的压电材料。石英晶体结晶形状为六角形晶体，见图3-31a，两端为一对称棱锥。六棱锥是基本组织。纵轴线z-z称为光轴，过六角棱线垂直于光轴的轴线x-x称为电轴，垂直于棱面的轴线y-y称为机械轴，如图3-31b。

图3-31石英晶体z-z光轴y-y机械轴x-x电轴xxyyxxyyzza)b)39第39页，课件共108页，创作于2023年2月3．纵横向效应

见图3-32，当施加外力时，将沿x-x方向形成电场，其电荷分布在垂直于x-x轴的平面上。沿x轴加力产生纵向效应；沿y轴加力产生横向效应；沿相对两平面加力产生切向效应。

图3-32压电效应模型a)纵向效应b)侧向效应c)切向效应FyFyFyFyFxFxzyxzyxzyx40第40页，课件共108页，创作于2023年2月4．力与电荷量关系

实验证明压电体表面积聚的电荷与作用力成正比。如沿x--x轴加力，则有

（3-29）

式中q--荷量dc--压电常数，与材质和切片方向有关F--作用力二．压电材料压电单晶（单晶体）常用压电材料分类石英铌酸锂钽酸锂压电陶瓷（多晶体）钛酸钡镐钛酸铅有机电薄膜1．石英应用广泛，具有较好的机械强度和时间及温度稳定性。2．压电陶瓷在现代声学和传感技术中普遍应用。制造方便，成本低，压电常数比单晶高。最早的压电陶瓷钛酸钡，其居里点约350℃，压电常数70~590pC/N3．高分子压电薄膜压电特性不太好，但它可以大量生产，具有面积大，柔软不宜破等优点，可用于微压测量和机器人视觉。

41第41页，课件共108页，创作于2023年2月三

压电式传感器及其等效电路

1．电容量

压电晶体的两个工作面上进行蒸镀，形成金属膜，构成两个电极，如图3-33所示。当晶片受力时，两个极板上积聚数量相等，两极性相反的电荷，形成了电场。因此，该传感器即可看作是电荷发生器，它又是一个电容器。其电容量为

式中ε—压电材料相对介电常数；石英晶体ε=4.5；压电陶瓷ε=1200;ε0—真空中介电常数;A—晶片面积

如果施加外力不变，积聚在极板上电荷无泄露，外电路负载无穷大，外力作用期间电荷量保持不变，直到外力终止，电荷消失。如果负载不是无穷大，电路按指数规律放电，造成测量误差。因此测量时采用极高阻抗负载，比较适应动态测量。

42第42页，课件共108页，创作于2023年2月2．并联：实际中往往用并接（图3-33b），并接时（1）输出电荷量大（2）时间常数大宜于测缓慢信号，适宜以电荷量输出场合。3．串联：串接时（图3-33c）（1）传感器电容小（2）输出电压大（3）适宜以电压作为输出信号。

4．等效电路压电式传感器是一个具有一定电容的电荷源。电容器上开路电压u0与电荷量q和电容Ca存在下列关系当接入测量电路，寄生电容Cc接入，后续电路输入阻抗和漏电阻形成泄漏电阻R0如图3-33d所示，当负载平衡时

（3-31）

式中q—压电元件产生电荷量，当受外力f=F0sinωt时，

q=dcF0sinωt=q0sinωt

dc—压电常数；C—电容(C=Ca+Cc+Ci)其中Ci为外接电路输入端电容；u—电容上建立的电压；i

—泄漏电流(i=u/R0)43第43页，课件共108页，创作于2023年2月式(3-31)可写为

或

其稳态过程为

电容上电压为

（3-32）

5．说明:式（3-32）表明压电元件的电压输出还受到回路时间常数R0C影响。在动态测试时为了有一定不失真输出，测量电路必须（1）提高输入阻抗，并在输入端并联一定电容Ci（2）加大时间常数R0C。但并联电容不宜过大，使输出电压降低，灵敏度降低。

44第44页，课件共108页，创作于2023年2月四．测量电路1．前置放大

由于压电式传感器的输出电信号很微弱，本身存在内阻，给后接电路带来一定困难。为此先把信号输入到高阻抗的前置放大器，方可进行一般放大、检波、输出指示仪。2．前放作用

（1）将传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出（2）放大信号3．前放形式

（1）电阻反馈的电压放大器，其输出电压与输入电压(传感器)成正比。（2）带电容反馈的电荷放大器，其输出电压与输入电荷成正比。4．电压放大

使用电压放大器中，放大器输入电压如式（3-33）所示。由于总电容C中包括了电缆对地电容Cc比其它电容都大，故测量中电缆对地电容的变化非常敏感，影响输出和灵敏度。45第45页，课件共108页，创作于2023年2月5．电荷放大

电荷放大器是一个高增益带电容反馈的运算放大器。当略去传感器漏电阻及电荷放大器输入电阻时，它的等效电路如图3-34。

忽略漏电阻故

式中ui—放大器输入端电压uf—放大器输出端电压；uy=-Aui

A—电荷放大器开环增益Cf—电荷放大器反馈电容

Ci—外接电路输入端电容

故得

如果放大器开环增益A足够大，则

ACf>>C+Cf

上式简化为

（3-33）

式（3-33）表明，在一定条件下，电荷放大器输出电压与传感器电荷量成正比，并且与电缆对地电容无关。因此可长距离测量，灵敏度无明显变化，但其电路复杂，价格昂贵。

46第46页，课件共108页，创作于2023年2月五．压电式传感器的应用1．应用范围测力、压力、振动、加速度、超声发射等2．测力范围10-3N~104kN，动态范围DR一般为60dB，单方向，或多方向。3．传感器形式利用膜片式弹性元件力→膜片→凸台→压电片→电荷量利用活塞乘压面受力力→活塞乘压面→活塞杆→压电片上→电荷量

压电式加速度计可做成不同灵敏度、不同量程和不同大小系列产品。4．工作频率范围数十赫~兆赫，范围宽。5．此传感器一般常用纵向效应（测轴向力），横向效应实为干扰和测量误差，一个压电式传感器各横向灵敏度不一样。为减少影响和干扰，应力求最小横向灵敏度与最大横向干扰力方向重合。6．校准环境湿度、温度变化和压电材料本身时效，都会引起压电常数变化，经常校准是必要的。7．工作原理的可逆性施加电压于压电晶片，压电片便产生伸缩，可用作“驱动器”如作振动源、超声发声器、扬声器及精密驱动装置。47第47页，课件共108页，创作于2023年2月定义：把被测物理量转换为感应电动势的一种传感器。（又称电磁感应式或电动力式）原理：由电工学知，一个匝数为W的线圈，当穿过该线圈的磁通Φ发生变化时，其感应电动势e为

（3-34）

可见线圈磁感应电动势大小，取决于匝数和穿过线圈的磁通变化率。而通变化率与磁场强度、磁路磁阻和线圈运动速度有关。

按结构分类动圈式线速度型角速度型磁阻式第七节磁电式传感器48第48页，课件共108页，创作于2023年2月一．动圈式1．线速度型（图3-35a）在永久磁铁产生的直流磁场内，放置一个可动线圈，当线圈在磁场中运动时，它所产生的感应电动势e为

（3-35）式中B—磁场的磁感应强度v—线圈与磁场的相对运动速度

l—单匝线圈有效长度θ—线圈运动方向与磁场方向夹角

W—线圈匝数

当θ=900时式（3-35）可写成

（3-36）

此式说明，当B、W、l均为常数时，感应电动势大小与线圈运动线速度成正比。这也是一般常见惯性式速度计的工作原理。

2．角速度型（图3-35b）是传感器工作原理，先前在磁场中转动时产生的感应电动势为

（3-37）

式中ω—角速度A—单匝线圈的截面积k—与结构有关的系数(k<1)式（3-37）表明，当传感器结构一定时，W、B、A均为常数，感应电动势

e与线圈相对磁场的角速度成正比，这种传感器被用于转速测量。

49第49页，课件共108页，创作于2023年2月3．等效电路

将传感器与电压放大器连接时，其等效电路如图3-36所示。图中

e是发电线圈感应电势；Z0是线圈阻抗；RL是负载电阻(含放大器输入电阻)；CC是电缆导线分布电容；RC是电缆导线的电阻(可忽略)，故等效电路中输出电压为

（3-38）

如果使用线不长CC可忽略，如果RL>>Z0时，则放大器输入电压为

感应电势经放大，检波后，可推动指示仪表。如果通过微积分网络，可得到加速度和位移。磁电式传感器的工作原理也是可逆的。作为测振传感器，它工作于发电机状态。若在先前上加上交变激励电压，则线圈就在磁场中振动，成为一个激振器（电动机状态）。

50第50页，课件共108页，创作于2023年2月二．磁阻式原理：磁阻式传感器的线圈与磁铁彼此不作相对运动，由运动着的物体（导磁材料）来改变磁路的磁阻，而引起磁力线增加和减弱，使线圈产生感应电动势。其工作原理见图3-37所示。特点：磁阻式传感器使用简便，结构简单，不同场合用来测量转速、偏心量、振动等。

a)nSNb)nSNc)SNd)vmSN图3-37磁阻式传感器工作原理及应用例a)测频数b)测转速c)偏心测量d)振动测量51第51页，课件共108页，创作于2023年2月三．热电式传感器1、热电偶工作原理当热电偶材料一定时，它所产生的总热电势EAB(T,T0)成为温度T和T0的函数差(3-40)如冷端温度固定，总热电势就只与温度T成单值关系(3-41)52第52页，课件共108页，创作于2023年2月热电偶回路的特点：1）若回路的两种导体相同，则无论两节点温度如何，热电偶回路中的总热电动势为零；2）若两接点温度相同，则尽管导体材料不同，热电偶回路中的总热电动势也为零；3）热电偶的热电动势与导体材料的中间温度无关，而只与接点温度有关；4）热电偶在接点温度T1、T3时的热电动势，等于热电偶在接点温度为T1、T2和T2、T3时的热电动势总和；5）在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要第三种导线的两端温度相同，第三种导线的引入不会影响热电偶的热电动势，中间导体定律;6)当温度为T1、T2时，用导体A、B组成的热电偶的热电动势等于AC热电偶和CB热电偶的热电动势的和，即

EAB（T1,T2）=EAC（T1,T2）+ECB（T1,T2）（3-41）标准电极定律5353第53页，课件共108页，创作于2023年2月54第54页，课件共108页，创作于2023年2月热电偶的分类：(1)铂铑—铂热电偶(WRLB)(2)镍铬—镍硅(镍铬—镍铝)热电偶(WREU)(3)镍铬—考铜热电偶(WREA)(4)铂铑10—铂铑6热电偶(WRLL)55第55页，课件共108页，创作于2023年2月1）铂铑—铂热电偶（WRLB）组成：铂铑丝为正极（铂90%，铑10%），纯铂丝为负极；直径均为

0.5mm。特点：在1300℃下可长时间使用，较易得到高纯度铂和铂铑，复制精度和测量精度较高，可用于精密温度测量和做基准热电偶。缺点：热电动势较弱；在高温时易变质，引起热电偶特性变化，失去测量准确性；成本高。2）镍铬—镍硅（镍铬—镍铝）热电偶（WREU）组成：镍铬为正极，镍硅为负极；直径约为1.2~2.5mm。特点：化学稳定性高，在氧化性或中性介质中可长时间测量900℃以下温度，短期测量1200℃；还原性介质中，易受腐蚀，只能测量500℃以下。复制性好，产生热电动势大，线性好，价格便宜。是工业测量中最常用的热电偶之一。缺点：测量精度偏低。5656第56页，课件共108页，创作于2023年2月4）铂铑30—铂铑6热电偶（WRLL）组成：铂铑30丝（铂70%，铑30%）为正极，铂铑6丝（铂94%，铑6%）为负极。特点：可长期测量1600℃的高温，短期测量可达1800℃。性能稳定，精度高，适于在氧化性或中性介质中使用。缺点：产生的热电动势小，价格昂贵。3）镍铬—考铜热电偶（WREA）组成：镍铬丝为正极，考铜（镍、铜合金）为负极；直径约为

1.2~2.0mm。特点：适宜于还原性或中性介质，长期使用温度在600℃以下，短期测量800℃.热电灵敏度高、价格便宜。缺点：测温范围低且窄，考铜合金易受氧化而变质。575）特殊热电偶超高温热电偶（2000℃，精度±1%），低温热电偶（2~273K低温，灵敏度为10mV/℃），快速测量壁面温度的薄膜热电偶（测量厚度为0.01~0.1mm），非金属材料热电偶。57第57页，课件共108页，创作于2023年2月2、热电阻传感器热电阻传感器——利用电阻随温度变化的特点制成的传感器。主要用于对温度和与温度有关的参数测定。按热电阻的性质分类：金属热电阻（热电阻）；半导体热电阻（热敏电阻）热电阻的组成：电阻体、绝缘套管、接线盒等。1.铂电阻58特点：精度高，稳定性好，性能可靠，在氧化性介质中物理化学性质非常稳定，但在还原性介质中，容易受污染，使材料变脆，并改变其电阻与温度间的关系，制作成本高。根据经验公式，铂电阻的温度关系为（3-42）式中：Rt/R0为温度为t℃/0℃时的电阻值；

A为常数，；

B为常数，（）58第58页，课件共108页，创作于2023年2月(1)铂电阻—电阻随温度变化特点制成的传感器。特点：精度高、稳定性好、性能可靠。分度号：BA1、BA2，其中R100/R0=1.39159第59页，课件共108页，创作于2023年2月(2)铜电阻—一般用于精度要求不高，温度范围较低。优点：测量范围-50~150℃、线性度好、价格便宜。缺点：电阻率小，温度超过100℃时，铜容易氧化。60第60页，课件共108页，创作于2023年2月(3)其它电阻1)铟电阻—一种高精度低温热电阻，在4.2~15K温度范围内灵敏度比铂高10倍。2)锰电阻—在2~16K温度范围内电阻率随温度平方变化，缺点是脆性大，难以拉制成丝。3)碳电阻—在低温下灵敏度高、热容量小，对磁场不敏感、价格便宜、操作方便、稳定性差。61第61页，课件共108页，创作于2023年2月半导体材料重要特性是对光、热、力、磁、气体、温度等理化量的敏感性。近代半导体技术利用这些特性，作为非电量电测的转换元件。特点：（1）是一些物性型传感器；（2）结构简单，体积小，重量轻；（3）功耗低，安全可靠，寿命长；（4）对被测量敏感，响应快；（5）易于实现集成化；（6）输出一般为非线性，常采用线性化电路；（7）温度影响大，需要温度补偿措施；（8）性能参数分散性较大。一．磁敏传感器分类：（1）霍尔元件（2）磁阻元件（3）磁敏管

（一）霍尔元件霍尔元件——种半导体磁电转换元件。一般由锗（Ge）、锑化铟（InSb）、砷化铟（InAs）等半导体材料制成。它利用霍尔效应进行工作。如图3-38所示，将霍尔元件置于磁场B中，如果在a,b

端通以电流

i在c,d两端就会出现电位差，称为霍尔电势VH，此现象叫霍尔效应。

第八节半导体传感器62第62页，课件共108页，创作于2023年2月BiiadcbiVHa)BdbcaiN型vFEFL电子受力方向b)图3-38霍尔元件及霍尔效应原理a)霍尔元件b)霍尔效应原理假定把N型半导体薄片放在磁场中，通固定电流i

，半导体中载流子（电子）将沿着与电流方向相反方向运动。从物理学知，任何带电质点在磁场中沿着和磁力线垂直的方向运动时，要受到洛伦兹力FL作用，向一边偏移，并形成电子积累，而另一边积累正电荷，于是形成电场。该电场将阻止运动电子继续偏移，当电场力FE与FL相等时，电子积累达到动态平衡，这时元件c,d两端之间建立的电场叫霍尔电场，相应电势叫霍尔电势VH。63第63页，课件共108页，创作于2023年2月（3-39）

式中kH—霍尔常数，取决于材质、温度、元件尺寸i—电流

B—磁感应强度α—电流与磁场方向的夹角根据此式，如果改变B或i，或者两者同时改变，就可改变VH，值，运用此特性，把被测参量转化为电压值的变化。

霍尔电势VH，其大小为图3-39表示用霍尔元件测量位移的实例。将霍尔元件置于两个方向相反的磁场中，由于每点磁感应强度不同，当元件沿x方向移动时，由霍尔电势的变化反映出位移量。将微小位移测量为基础，霍尔元件还可应用于微压、压差、高度、加速度和振动的测量。图3-40表示一种利用霍尔元件探测钢丝绳断丝的工作原理。

64第64页，课件共108页，创作于2023年2月65第65页，课件共108页，创作于2023年2月二．光敏传感器（一）光敏电阻光电效应：光敏电阻是一种光电导元件。其工作原理是基于半导体材料的内光电效应。当半导体受到光照射时，其内阻值减小的现象。阻性偏压：光敏电阻是一种电阻器件，使用时对它加一定偏压，无光照射时，其阻值很大，电路中电流很小。当受到光照时，其阻值急剧下降，电路电流迅速增加。材料光谱：光敏电阻阻值的变化与光的波长有关，不同材料的光谱特性不同，见图3-41，应根据入射光波波长选择材料。温度影响：光敏电阻受温度的影响甚大，温度升高时，它的暗电阻值、灵敏度下降，使用时注意。

ZnSCdSSiGePbSPbTePbSe相对灵敏度%00.30.51.02.05.010.010080604020入射波长（μm）图3-41光敏电阻材料的光谱特性66第66页，课件共108页，创作于2023年2月（二）光电池光生电能：半导体光电池直接将光能转换成电能。受光照射时，可直接将光能转换成电源。工作原理：图3-42表示具有PN结的光电池工作原理。当用光照射时，在PN结附近，由于吸收了光子能量而产生电子和空穴，称之为光生载流子。它们在PN结电场作用下，产生漂移运动，电子被推向N区，而空穴被推进P区，使P型区带正电，而N型区带负电，二者之间产生了电位差，用导线联接电路中就有电流通过。材料特性：一般常用光电池有硒、硅、锑化镉、硫化镉等光电池，其中使用最广泛的是硅电池，其光谱范围为0.4~1.1μm，灵敏度为6~8nAmm-2lx-1；响应时间为数微秒至数十微秒。

PN图3-42光电池工作原理67第67页，课件共108页，创作于2023年2月（三）光敏二极管和光敏三极管光敏二极管：光敏二极管是一种既有一个PN结又有光电转换功能的晶体二极管。PN结位于管的顶部，以使接受光照。光敏二极管在电路中通常处于反向偏置状态。在没有光照射时，处于截止状态，反向电阻很大，反向电流很小。当光照射时，PN结附近受光子轰击产生电子和空穴，少数载流子浓度大大加强，使通过PN结的反向电流大大增加，形成光电流。光照度变化使光电流变化，这样事项把光信号转换成点信号的功能。基本电路见图3-43。Rf图3-43光敏二极管基本电路68第68页，课件共108页，创作于2023年2月光敏三极管：若把普通晶体管的基极—集电极制成光敏二极管，则成为光敏三极管。由于光敏三极管的基极电流由其基极—集电极结的光电流供给，许多光敏三极管不再设基极引线。图3-44为其基本电路。光电转换元件具有高灵敏度、体积小、重量轻、性能稳定、价格便宜等优点，应用广泛。图3-45是一种检查零件表面缺陷的光电传感器，图3-46是光电转速计的工作原理。特点：光敏三极管具有输出信号大，抗噪声能力强等优点，响应速度略慢些。ce图3-44光敏三极管基本电路69第69页，课件共108页，创作于2023年2月三．固态图像传感器功能上：图像传感器是一个能把受光面的光像分成许多小单元（称为像元），并将它们转换成电信号，然后顺序输送出处的器件。构造上：图像传感器是一种小型固态集成元件，它的核心上电荷耦合器件（CCD）。CCD由阵列式排列在衬底上金属氧化物—硅（MOS）电容器组成，它具有光生电荷、积蓄和转移电荷功能。

在控制脉冲电压作用下，CCD中依次排列相邻的MOS电容中的信号电荷，将有次序地转换到下一个电容中，实现电荷并行构成。光敏元1和CCD2之间有一转换控制栅3（见图3-47），其中CCD作为读出移位寄存器。

123图3-47线型CCD图像传感器70第70页，课件共108页，创作于2023年2月光敏元→MOS电容（正对着CCD上一个电容）→电荷（与光照度、积蓄时间成正比）→转移光栅打开→光敏光电荷并行移到CCD→关闭光栅→上一次一串电荷信号沿移位寄存器顺序地转换并在输出端串行输出。

特点：小型、轻便、响应快、灵敏度高、稳定性好、寿命长。用途：（1）物位、尺寸、形状、工件损伤等测量。（2）光学信息处理的输入环节，如电视摄像、仿真技术、文字识别、图像识别。（3）自动生产过程的控制敏感元件。类型：（1）线型1024，1728，2048，4096像素（2）面型32x32,100x100,320x244,490x400,以及28~38万像素图3-48表示用于热轧铝板宽度检测的实例。准确度可达板宽±0.025%。

71第71页，课件共108页，创作于2023年2月四．热敏电阻热敏电阻是由金属氧化物（NiO,MnO2,CuO,TiO2等）的粉末按一定比例混合烧结而成的半导体。它具有负的电阻温度系数，温度上升而阻值下降。半导体热敏电阻与金属丝电阻比较，具有以下优点：（1）灵敏度高，可测0.001~0.005℃微小温度变化（2）可制成片状、柱状，直径小到0.2mm；体积小，热惯性小，响应快，时间常数可小到毫秒级（3）电阻值范围宽3~700kΩ（4）非线性大，对环境温度敏感性大。图3-49表示热敏电阻元件温度自动控制自动检测装置中。

72第72页，课件共108页，创作于2023年2月73第73页，课件共108页，创作于2023年2月74第74页，课件共108页，创作于2023年2月五．气敏传感器在工农业生产中，环境保护，安全防灾，医疗和日常生活中，对气体分析、检测或报警的需求日益增多，使用的气体检测传感器也是多种多样。其中半导体气敏传感器是发展最快，使用最方便的一种。优点：（1）灵敏度袄（2）响应快（3）制造使用保养简便，价格便宜等优点。缺点：（1）气体选择性差（2）元件性能阐述分散（3）时间稳定性欠佳电阻式半导体气敏传感器是一种应用较多的一种。主要用语检测一氧化碳、乙醇、甲烷、异丁烷和氢。

75第75页，课件共108页，创作于2023年2月六．湿敏传感器湿度—空气中含有水蒸气量。湿度对产品质量和人类生活有重大影响，近年来对此测量和控制要求越来越严格。制造湿度传感器材料：四氧化二铁、铬酸镁—二氧化钛等金属陶瓷湿敏原理：当水分子附在半导体陶瓷上，使陶瓷表面层电阻值明显下降。表面电阻下降到一定程度上，体内电阻已大于表层电阻，电流主要从表层通过，体内电阻的作用可忽略。

76第76页，课件共108页，创作于2023年2月77第77页，课件共108页，创作于2023年2月七．集成传感器优先集成电路有（1）各种调节和补偿电路（如电压稳定电路；温度补偿电路和线性化电路）（2）信号放大和阻抗变换电路（3）信号数字化和信号处理电路（4）信号发送和接受电路（5）多传感器集成特点：体积小，重量减轻，功能增多，改善性能。如温度补偿电路和传感元件集成在一起“智能”，出现了“灵巧传感器”（SmartSenser），“智能传感器”（IntelligentSenser）此类传感器具有如下能力：（1）条件调节和环境补偿能力（2）通讯能力（3）自诊断能力（4）逻辑和判断能力已经应用的灵巧传感器种类很多有：位置，有—无，距离，厚度，状态和目标识别。

78第78页，课件共108页，创作于2023年2月传统传感器以机-电量转换为基础，以电信号为变换和传输的载体，利用导线输送信号。光纤传感器则以光学量为基础，以光信号为变换和传输的载体，利用光导纤维输送信号。光纤传感器利用光波四个参数：强度、频率、相位和偏振态的变化而使光波变化。光波调制—把光波随被测量的变化而变化称之为光波调制。

一．分类按调制方式：（1）强度调制(简单常用)；（2）频率调制；（3）相位调制；（4）偏振调制。按光纤作用：（1）功能型光纤传感器；（2）传光型光纤传感器。

第九节光纤传感器79第79页，课件共108页，创作于2023年2月传光型光纤传感器：光纤仅起着传输光波的作用，对光波的调制用其它元件来实现。分两种情况：（1）传输途中，由敏感元件对光波调制（2）先调制好再发出。

功能型光纤传感器：光纤不仅起着传输光波的作用，还起着敏感元件的作用，对光波进行调治，即传光又传感。

一般来说，传光型较简单，应用较多。功能型构思巧妙，工作原理复杂，灵敏度较高，解决棘手问题，表3-4列出部分光纤传感器测量对象、种类及调制方式。

34125a)125b)34652346+7c)图3-50光纤传感器种类1光源；2光源元件；3光纤4被测对象；5电输出6敏感元件；7发光元件80第80页，课件共108页，创作于2023年2月测量对象种类调制方式测量对象种类调制方式电流磁场功能型

偏振态放射线功能型光强相位

温度

功能型

相位光强传光型偏振态压电场

功能型

偏振态偏振态相位传光型

光量有无传光型偏振态光强压力振动声压功能型

频率

速度

功能型

相位相位频率光强传光型光量有无传光型光强光量有无光强图像功能型光强表3-4光纤传感器的测量对象及调制方式

81第81页，课件共108页，创作于2023年2月二．光纤导光原理1．入、折射角由物理学知，当光由大折射率n1的介质射入小折射率n2的介质时(图3-51a)，折射角θr大于入射角θi且θi↑→θr↑。

2．临界角

当θ=900时所对应的入射角称为临界角θic，见b)图。3．全反射

当θi>θic时，将出现全反射现象。光线不进入n2介质，而在界面上全部反射回n1介质中，见c)图。光波沿光纤是以全反射方式进行传播的。n2n1θrθia)n2n1θr=900θi=θicb)n2n1θi>θicc)图3-51光的折射演示82第82页，课件共108页，创作于2023年2月4．光纤结构光纤结构分内外三层。中心为直径几十微米大折射率n1的芯子。芯子外面有一层直径为100~200微米折射率n2较小包层。最外层为保护层，其折射率n3远大于n2，这样保证了进入光纤的光波将集中在芯子内传输。5．光传播一束光线自折射率n0介质中，以入射角θi从A到B点；经折射以入射角θ2射到界面C点。显然当θ2大于某一临界角θ2c时，光线将在截面上产生全反射，反射角θ3=θ2。光线反射到芯子另测的界面时，入射角仍为θ2，再次产生全反射，如此不断的传播下去。AθiBCn1n2n3n0θ2θ3图3-52光线在光纤中传播演示83第83页，课件共108页，创作于2023年2月6．条件

光线从光纤端部射入，其入射角θi必须满足一定条件才能使在B点折射后的光线BC射到芯子—包层界面C处产生全反射。可以证明若光线自折射率为n0的介质中射入光纤，则当

θ2=θ2c时，入射角

θi=θic，有

（3-40）

通常把n0sinθic定义为光纤的“数值孔径”，用符号NA表示。若自n0=1的介质（大气）入射时，sin-1NA=θic，即为端面如社临界角。凡入射角θi<sin-1NA部分光线不能全反射，进行传播。作为传感器的光纤，故采用0.2≤NA≤0.4(11.50≤θi≤23.50)84第84页，课件共108页，创作于2023年2月应用1：图3-53是一种简单的光纤位移传感器。其发送光纤和接受光纤的端面相对，间隔为1~2μm。接受光纤收到的光强随两相对位置不同而改变。此种传感器可应用于声压和水压探测。12x1~2μm图3-53光纤位移传感器1发送光纤2接受光纤三．光纤传感器的应用

应用范围：温度、压力、声压、振动85第85页，课件共108页，创作于2023年2月应用2：图3-54是一种反射式光纤位移传感器。发射和接受光纤束扎在一起，靠被测面反射面反射接受光纤接受信号。接受到光强度随被测面与光纤端面之距离而变化。从图中光强与距离关系曲线看出：在单调上升阶段灵敏度高，但位移测量范围小，适用小位移振动和表面状态的测量在单调下降阶段，灵敏度小，测量范围大，适用于物位测量。x12xI图3-54反射式光纤位移传感器1发送光纤2接受光纤86第86页，课件共108页，创作于2023年2月四．光纤传感器的特点（1）不受电磁干扰，电气绝缘性好，可在强磁场下测量。（2）防爆、放火、耐高压、耐腐蚀。（3）某些性能优于传统传感器（4）重量轻，体积小，可在狭窄空间使用。（5）具有良好的集合形状适应性。（6）频带宽，动态范围大。（7）易于远距离测量。

缺点：（1）缺少兼容的执行机构（2）现场连接困难，技术复杂，成本高。（3）多路光纤传感器共用光源有困难。（4）多数传感器很难实现“灵巧性”。

（5）标准化程度差。

87第87页，课件共108页，创作于2023年2月1．灵敏度（1）适当（2）多维测量交叉灵敏度小（3）与测量范围协调2．响应特性

（1）不失真（2）响应时间短（动态测量尤为重要）3．线性（1）线性度好（2）线性范围宽4．可靠性

可靠性高，考虑设计、制造、环境（油、粉尘、磁场、湿度）5．精确度原则上精确度↑↑，考虑经济性。6．测量方式（1）接触式-非接触式（2）在线-非在线7．其它

体积，结构，价格，维修，采购和更换。

结束第十节传感器选用原则88第88页，课件共108页，创作于2023年2月第三章作业教科书126页，思考题与习题3-4下次课交作业89第89页，课件共108页，创作于2023年2月表3-1机械工程中常用传感器

类型名称变换量被测量应用举例性能指标测量范围10~105N示值误差±（0.3~0.5）%三等标准测力仪弹簧秤压力表压力表压力表温度计力力压力压力压力温度物体尺寸、位置有无

力—位移力—位移压力—位移压力—位移压力—位移温度—位移力—位移

测力环弹簧波纹管波登管波纹膜片双金属片微型开关机械式测量范围500Pa~0.5Mpa测量范围0.5Mpa~1000MPa测量范围<500Pa测量范围0~300℃位置精密度可达数微米测量范围-10~1300℃分辨力0.1℃

红外测温仪

x射线应力仪γ射线测厚仪激光测长仪超声波测厚仪

温度物体有无

测厚探伤应力测厚、探伤长度位转移角

厚度、

探伤

厚度

成分分析

热—电散射干涉对物质穿透光波干涉超声波反射穿透红外

x射线γ射线激光

超声

β射线

辐射式测量范围4~40mm测量精密度±0.25mm

测距2m分辨力0.2μm穿透作用90第90页，课件共108页，创作于2023年2月类型名称变换量