传感器与测试技术（上篇共上中下3篇）

传感器与测试技术第1章传感器与测试系统概述第2章电阻式传感器第3章电感式传感器第4章电容式传感器第5章磁电式传感器第6章光电式传感器第7章热电式传感器第8章声波式与辐射式传感器第9章其他传感器第10章传感器的综合应用第1章传感器与测试系统概述了解传感器的概念和结构。熟悉传感器的分类方法。理解传感器的基本特性。了解传感器的应用场合。熟悉测试系统的结构和分类方法。熟悉常用的测试方法。具备高度的时代使命感和社会责任感。知识目标素质目标能正确识别传感器。能正确使用测温枪。素质目标【测试系统】1.2【传感器】1.1PART1.1

传感器（1）你们知道手机是如何自动调节屏幕亮度的吗？（2）为什么汽车在倒车时能发出警报声提醒我们注意障碍物？（3）家里的空调是如何根据室内温度自动调节的？问题导入1.1.1传感器的概念传感器的广义定义：能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。定义：便于传输、转换、处理、显示的信号。信号类型：电信号（目前主要）、光信号、声信号。可以把传感器狭义地定义为：将非电信号转换成电信号的器件。1.1.1传感器的概念传感器是测试装置，能完成某种测试任务。（1）它的输入量（被测量）可以是物理量、化学量、生物量等。（2）它的输出信号主要是电信号。（3）（4）输入量与输出量有对应关系，且具有一定的精度。传感器定义的内容1.1.1传感器的概念传感器：模拟人类感官的智能设备不同类型传感器的工作原理有何本质区别？1.1.2传感器的结构传感器的组成框图测试转换放大并转换传感器中能直接感受（或响应）被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的部分。传感器中能将敏感元件感受（或响应）的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。这种电信号通常较弱。将转换元件输出的弱电信号进行进一步的转换和处理，如放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能。1.1.2传感器的结构点拨传感器的敏感元件与转换元件之间并无严格的界限。例如，在热电偶传感器中，热电偶既是敏感元件，又是转换元件。而有些传感器不止一个转换元件，要经过多次信号转换才能将非电信号转换成电信号。例如，应变式密度传感器要经过三次信号转换才能将密度信号转换成相应的电信号。1.1.3传感器的分类这种分类方法有利于对传感器工作原理的阐述和对传感器的深入研究与分析。这种分类方法有利于准确表达传感器的用途，方便使用者的选用。定义：传感器的输出信号为连续的模拟信号；定义：传感器的输出信号为离散分布的数字信号。1.1.3传感器的分类1.1.4传感器的基本特性需求：传感器能将被测非电信号的变化不失真地变换成相应的电信号。关键决定因素：传感器的基本特性（输入输出特性）。传感器的基本特性静态特性动态特性它是传感器敏感材料特性和内部结构参数作用关系所表现的外部特性1.1.4传感器的基本特性

1．静态特性定义：输入的被测量不随时间变化或随时间变化极其缓慢时传感器的输入与输出关系。衡量重要指标：线性度灵敏度迟滞重复性漂移精度定义：传感器的输入与输出之间的线性程度。理想情况：输入与输出呈线性关系。实际情况：输入与输出呈非线性关系。如果不考虑迟滞和蠕变等因素，传感器的输入与输出关系可表示为（1-1）关系：分为线性特性和非线性特性两部分1.1.4传感器的基本特性

1．静态特性

1）线性度点拨各项系数不同，特性曲线的具体形式也不同。输入量输出量输入量x为0时的输出量非线性项系数1.1.4传感器的基本特性

1．静态特性

1）线性度静态特性曲线可通过实际测试获得。在实际使用中，人们为了方便标定和数据处理，希望传感器的输入输出关系为线性关系，因此引入了各种非线性补偿环节。通过非线性补偿电路或计算机软件进行线性化处理，可使传感器的输入输出关系达到或接近线性关系。如果传感器非线性的方次不高，且输入量变化范围较小，则在传感器的输入输出特性曲线中可使用一条直线（切线或割线）近似地代表实际曲线的一段，使传感器输入输出特性线性化。举例（a）切线拟合（b）过零旋转拟合（c）端点平移拟合（d）端点连线拟合几种直线拟合方法1.1.4传感器的基本特性

1．静态特性

1）线性度实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值可用相对误差γL表示，即（1-2）满量程输出非线性绝对值误差1.1.4传感器的基本特性

1．静态特性

2）灵敏度它表征传感器对单位输入量变化的反应能力。灵敏度S值越大，表示传感器越灵敏。灵敏度S

的定义：传感器在静态下输出量的增量Δy

与引起该增量的相应输入量增量Δx之比，即（1-3）1.1.4传感器的基本特性

1．静态特性

2）灵敏度对于输入输出关系为线性关系的传感器，灵敏度就是其输入输出特性曲线的斜率，即（1-4）对于输入输出关系为非线性关系的传感器，其灵敏度为一变量，它实际上是工作点处的切线斜率，即（1-5）线性传感器

非线性传感器1.1.4传感器的基本特性

1．静态特性

3）迟滞传感器的迟滞现象点拨迟滞现象主要是由于传感器敏感元件的物理性质和机械零部件的缺陷所造成的，如弹性敏感元件弹性滞后、运动部件摩擦、传动机构的间隙、紧固件松动等。迟滞现象：传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间，其输入输出特性曲线不重合的现象，如图所示。迟滞误差：传感器正反行程输出量的最大误差与满量程输出之比的百分数。（1-6）1.1.4传感器的基本特性

1．静态特性

3）迟滞传感器的迟滞现象正反行程输出量的最大误差迟滞差值：对于同一大小的输入量，传感器的正反行程输出量大小不相等，这个差值称为迟滞差值，其大小一般由试验确定。定义：传感器在输入量按同一方向做全量程连续多次变化时，所得各条特性曲线之间的一致程度，如图所示。重复性误差γR属于随机误差，通常用正反行程中最大重复差值ΔRmax与满量程输出之比的百分数表示，即（1-7）1.1.4传感器的基本特性

1．静态特性

4）重复性传感器的重复性各条特性曲线越靠近，说明重复性就越好。1.1.4传感器的基本特性

1．静态特性

5）漂移定义：在输入量不变的情况下，传感器的输出量随着时间或温度的变化而变化的现象。产生漂移的原因：最常见的漂移：温度漂移，即周围环境温度发生变化而引起输出量的变化。

传感器自身敏感材料的特性和结构参数发生老化，这种漂移称为时间漂移；

测试过程中周围环境（如温度、湿度等）发生变化。1.1.4传感器的基本特性

1．静态特性

6）精度（静态误差）定义：传感器在满量程内任一点的输出值相对被测量理论值的偏离程度。本质：反映系统误差和随机误差的综合指标。1.1.4传感器的基本特性

2．动态特性定义：传感器的输出量对随时间变化的输入量的响应特性。当被测量是时间的函数时，传感器的输出量也是时间的函数，此时两者之间的关系要用动态特性表示。理想动态特性表现：一个动态特性好的传感器，其输出量将再现输入量的变化规律，即输出量与输入量具有相同的时间函数。实际动态特性问题：除具有理想的比例特性外，输出量与输入量并不具有完全相同的时间函数，这种输入与输出之间的差异就是动态误差。研究动态特性的目的：从测试误差的角度分析产生动态误差的原因及改善措施。主要研究对象：由于绝大多数传感器都可以简化为一阶或二阶系统，因此一阶和二阶传感器是最基本的研究对象。研究方法：从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法进行分析。1.1.5传感器的应用传感器已渗透到工业、农业、医疗、环境保护、交通运输、科学研究、资源调查、宇宙开发、海洋探测、生物工程、文物保护等领域。工业农业医疗环境保护交通运输主要介绍的应用领域1.1.5传感器的应用智能家居除了视频中提到的这些传感器，你还能想到哪些可以在智能家居中应用的传感器，它们能发挥什么作用呢？1.1.5传感器的应用

1．在工业领域的应用零件加工行业测量车床、铣床、刨床、磨床、镗床等机器的主转轴转速或进刀速度。进行刀具检测、刀具位置检测、薄板卷的识别、金属板接合标志的检测、金属板带的环路调节、管材矫直机的轧辊定位等。包装行业饮料灌装、乳品灌装、肉制品包装、散装材料包装等场。纸盒包装机、拉伸膜包装机、收束机、装箱机、机器人堆垛机、条码打印机、标签机等设备。零件加工行业自动化冲压生产、悬挂零部件输送碰撞防护、车身识别、动力总成装配与调试等，均需要传感器进行监测，从而达到自动化生产和安全作业的目标。1.1.5传感器的应用

2．在农业领域的应用应用场景：智能农业大棚、精细化耕作、科学种田等。在智能农业大棚内，需要用到温度传感器、湿度传感器、光照传感器、土壤微量元素传感器等。为了实现食品的追踪，还需要在粮食生产、销售、运输、仓储、零售等各个环节进行监控，这也需要传感器的支持。举例1.1.5传感器的应用

3．在医疗领域的应用医学传感器延伸了医生的感觉器官，通过应用于医疗仪器，可使医生更为敏锐地感知生物体内各种生理、病理信息，从而更好地做出诊断。随着医疗技术的不断发展和突破，传感器的作用日益显著，并广泛应用于医学领域。1.1.5传感器的应用

4．在环境保护领域的应用当前应用情况：已有相当一部分生物传感器应用于大气监测中。酸雨主要是空气中的二氧化硫含量过高所致，传统对酸雨的检测方法很复杂。现在，将亚细胞类脂类物质固定在醋酸纤维膜上，与氧电极一起制成安培型生物传感器，可对酸雨样品溶液进行检测，极大简化了检测方法。1.1.5传感器的应用

5．在交通运输领域的应用在城市道路交通方面道路监控、车辆速度、车辆监控、车流预判、隧道监控等，需要用到摄像头、计数传感器等传感器；在轨道交通方面车站监控、站台监控、地铁监控、地铁屏蔽门等，需要用到摄像头、雷达、超声波金属探测器等传感器；在水路运输方面码头监控、港口作业调度、出入港口车辆检查、船舶定位、船舶速度测量等，也需要用到摄像头、雷达、超声波传感器等传感器。1.1.5传感器的应用头脑风暴想一想，我们身边还有哪些设备是依赖于传感器工作的呢？课堂检测1．传感器的静态特性不包括以下哪一项指标？（）A．线性度B．灵敏度C．频率响应D．重复性2．传感器的迟滞现象是指传感器在正反行程中输出量不重合的现象。（）3．简述传感器的基本特性及其重要性。C√课堂小结传感器传感器的概念传感器的结构传感器的分类传感器的基本特性传感器的应用PART1.2

测试系统信息被传感器采集之后，又是如何被处理和显示的呢？问题导入1.2.1测试系统的结构测试系统的结构框图将传感器输出的信号进行处理和转换，如对信号进行放大、运算、线性化处理、转换等，使传感器输出的信号便于显示、记录和使用。用于采集被测量信息。将被测量的信息转换成人感官能接收的形式并输出，最终使人们完成监视、控制或分析。可以采用模拟显示；也可以采用数字显示或图形显示；还可以由记录装置进行自动记录或由打印机将数据打印出来。用于实现数据传输。当测试系统的多个功能环节相对独立时，数据传输环节可将数据从一个环节传输到另一个环节。它是一个以完成信号测量为目标的有机整体。1.2.2测试系统的分类测试系统开环测试系统闭环测试系统按信号在测试系统里传递情况的不同1.2.2测试系统的分类

1．开环测试系统全部信息的变换只沿一个方向进行，这样的测试系统称为开环测试系统，如图所示。因为开环测试系统是由多个环节串联组成的，所以系统的相对误差等于各环节相对误差之和，即

（1-9）系统的相对误差各环节的相对误差图中，x

为输入量，y

为输出量，k1、k2、L、kn为各个环节的传递系数。输入输出关系可表示为

（1-8）点拨开环测试系统结构简单，但各环节特性的变化都会造成测试误差，因此开环测试系统通常用于对精度要求不高的测试中。1.2.2测试系统的分类

1．开环测试系统1.2.2测试系统的分类

2．闭环测试系统闭环测试系统由正向通道和反馈通道组成，如图所示。图中，Δx为正向通道的输入量，β为反馈环节的传递系数。正向通道的总传递系数，k1

、k2

、…、kn

为各个环节的传递系数，则有（1-10）当时，则系统的输入输出关系为（1-11）如果正向通道的传递系数足够大，测试系统的输入输出关系主要由反馈环节的特性决定，正向通道中的放大器等环节特性的变化造成的误差很小。因此，在构成测试系统时，应将开环测试系统和闭环测试系统巧妙地组合应用，以获得高精度和高灵敏度的测试系统。定义：先直接测试与被测量有一定函数关系的某些量，然后在一系列直接测试的基础上，通过求解方程组来获得测试结果的测试方法特点：一种特殊的精密测试方法，测试过程长且复杂。应用场合：某些特殊场合。定义：将一个被测量转换成若干可直接测试的量加以测试，然后依据由定义或规律导出的关系式进行计算或作图，从而间接获得测试结果的测试方法。应用场合：直接测试时误差较大或不方便进行直接测试的场合。定义：直接从测试设备的读数获取被测量的值的测试方法。优点：测试过程简单、迅速。缺点：测量精度不够高。1.2.3常用的测试方法

1．按获得测试结果的方法分类测试方法直接测试间接测试组合测试按获得测试结果方法的不同用电流表测量电路的电流。举例定义：用测试设备指针的偏移决定被测量的值的测试方法。特点：过程简单、迅速。缺点：测试结果的精度较低。定义：用指零仪表的零位反映测试系统的平衡状态，进而在测试系统平衡时，用已知的标准量确定被测量的值的测试方法。优点：可以获得比较高的测量精度。缺点：测试过程长且复杂，因此不适用于测试快速变化的信号。定义：将被测量与已知的标准量进行比较得到差值后，再用偏差式测试测得该差值的测试方法。优势：测试时不需要调整标准量，只需要测试两者的差值，并且由于标准量误差很小，因此总的测量精度仍然很高。1.2.3常用的测试方法

2．按处理数据的方式分类测试方法偏差式测试零位式测试微差式测试按处理数据方式的不同用弹簧压力表测试压力。举例用天平测量物体的质量。举例定义：用相同测试设备与测试方法对同一被测量进行多次重复测试的测试方法。定义：用不同精度的测试设备、不同的测试方法，或者在环境条件相差很大的情况下，对同一被测量进行多次重复测试的方法。1.2.3常用的测试方法

3．按测试条件分类由同一个测试者，用同一台仪器、同样的测试方法，在相同的环境条件下，对同一被测量进行多次重复测试。举例测试方法等精度测试不等精度测试按测试条件的不同1.2.3常用的测试方法

4．按被测量的变化分类定义：被测量在测试过程中可以被视为是固定不变的。特点：不需要考虑时间因素对测试结果的影响。定义：被测量在测试过程中是随时间不断变化的。测试方法静态测试动态测试按被测量变化的不同1.2.3常用的测试方法

5．按测试时敏感元件是否与被测介质接触分类定义：测试时敏感元件与被测介质直接接触的测试方法。定义：测试时敏感元件与被测介质不直接接触的测试方法。测试方法接触式测试非接触式测试按测试时敏感元件是否与被测介质接触1.2.3常用的测试方法启智润心随着5G、人工智能等新技术的快速发展，传感器技术正迎来前所未有的机遇与挑战。未来，传感器技术将朝着更灵活、更精准、更智能、更环保的方向发展。借助于新技术，传感器有望突破传统设计的限制，实现更加人性化的应用，并更好地服务于工业、医疗、环境保护等领域。这些进展不仅深化了传感器在各关键领域的应用，还为提升人类生活品质提供了新的技术路径。作为新一代科技工作者，我们应当以创新为核心驱动力，肩负社会责任，积极探索传感器技术的广阔前景，为构建智能化、绿色化的美好世界贡献力量。技能实训——认识并使用测温枪（a）测温枪示意图

（b）测温枪显示屏幕测温枪结构图将学生以5～6人为一组进行分组，各小组选出组长。各组按以下步骤认识并使用测温枪。1．观察测温枪（1）每组学生认真观察测温枪，指出图（a）和（b）测温枪结构中的各部件名称，并填表。技能实训——认识并使用测温枪编号名称

编号名称A

1

B

2

C

3

D

4

E

5

F

6

G

7

H

8

——9

测温枪结构图各部件名称清单1．观察测温枪技能实训——认识并使用测温枪1．观察测温枪（2）拆开测温枪，观察测温枪的工作电路，指出传感器、数据传输环节、数据处理环节、数据显示环节，并据此在下面的方框中绘制电路简图。绘制完成后组装好测温枪。

技能实训——认识并使用测温枪2．使用测温枪（1）每组派一名学生使用测温枪对另一位学生进行测温，分别对额头和手腕进行10次测温，一位学生记录数据。分析两组数据的分布特点，比较两种测温方法的准确性。（2）每组学生思考：使用测温枪测温的过程中可能会产生哪些误差？每组派代表回答可能产生的误差，并结合自己的理解谈谈产生误差的原因。课堂检测1．以下哪种测试系统能够通过反馈机制来减小误差？（）A．开环测试系统B．闭环测试系统C．两者都可以D．两者都不可以2．在直接测试中，测试过程的特点是

。3．简述闭环测试系统的工作原理及其优点。B简单、迅速课堂小结测试系统测试系统的结构测试系统的分类常用的测试方法0102030405新建班级新建作业成绩统计布置作业学生扫码做小提示：生成的班级二维码，放在下一页ppt中即可。放入二维码后，记得取消“隐藏幻灯片”哦~扫码布置本课作业↑↑↑扫码布置作业wenjingketang课后作业请同学们扫一扫进入班级做作业0102030405创建考试设置抽题规则06发布考试生成试卷判分成绩统计不用找题、筛题，快速出卷；客观题自动判分，主观题在线批阅；成绩自动统计扫码申请免费开通→在线考试wenjingketang扫码填写问卷定制更实用的教学资源对课件有修改、优化建议平台使用遇到问题想免费使用平台、免费建课扫码加小旌好友为您提供专属服务哦谢谢观看传感器与测试技术所有教学资源，我们给；所有复杂操作，我们做；图书附赠，永久免费，只为老师用书更方便课件教案微课扫码题库建课互评考试平台

学习工具第1章传感器与测试系统概述第2章电阻式传感器第3章电感式传感器第4章电容式传感器第5章磁电式传感器第6章光电式传感器第7章热电式传感器第8章声波式与辐射式传感器第9章其他传感器第10章传感器的综合应用第2章电阻式传感器掌握应变式传感器敏感元件的结构和工作原理。掌握应变式传感器的测量电路和应用类型。掌握压阻式传感器敏感元件的结构和工作原理。掌握压阻式传感器的测量电路和应用类型。掌握热敏电阻式传感器敏感元件的结构和工作原理。掌握热敏电阻式传感器的测量电路和应用场合。弘扬严谨细致、精益求精的工匠精神。知识目标素质目标能制作与调试电子称重模拟装置。能使用压阻式压力传感器测量压力。技能目标【压阻式传感器】2.2【应变式传感器】2.1【热敏电阻式传感器】2.3PART2.1

应变式传感器当我们在电子秤上放上一个物体时，它是如何迅速且准确地显示出这个物体的重量的呢？问题导入2.1.1敏感元件应变式传感器原理：利用电阻应变片将应变变化转换成电阻变化的。电阻应变片应变式传感器最常用的一种敏感元件2.1.1敏感元件

1．结构电阻应变片品种繁多、形式多样。常用的电阻应变片金属电阻应变片半导体电阻应变片主要介绍2.1.1敏感元件

1．结构

1）金属电阻应变片的结构结构：由电阻丝（箔）以栅形粘贴在基底和覆盖层之间。作用：实现由应变变化到电阻变化的转换，是金属电阻应变片的核心。2.1.1敏感元件

1．结构

1）金属电阻应变片的结构作用：固定敏感栅，并使敏感栅与弹性元件相互绝缘。作用：保护敏感栅，避免其受到机械损伤，并防止其高温氧化。2.1.1敏感元件

1．结构

1）金属电阻应变片的结构点拨当金属电阻应变片工作时，基底会将弹性元件的应变准确地传递给敏感栅。为此，基底必须很薄，通常为0.02～0.04mm。常用的基底材料有纸、胶膜和玻璃纤维布等。覆盖层使用的材料与基底的相同。2.1.1敏感元件

1．结构

1）金属电阻应变片的结构结构：焊接在敏感栅两端。作用：连接敏感栅和测量电路的丝状或带状金属导线。材料：性能稳定且电阻率较低的镀锡铜线。2.1.1敏感元件

1．结构

2）金属电阻应变片的分类金属电阻应变片金属丝式应变片箔式应变片薄膜式应变片按敏感栅加工工艺的不同敏感栅制作：由直径为0.01～0.05mm的金属丝通过弯曲绕线的方法制成。形状：被弯曲成U形、V形、H形等多种形状。特点：制作方法简单，但灵敏度不高。金属丝式应变片2.1.1敏感元件

1．结构

2）金属电阻应变片的分类金属电阻应变片金属丝式应变片箔式应变片薄膜式应变片按敏感栅加工工艺的不同敏感栅制作：由厚度为0.003～0.01mm的金属箔片通过光刻、腐蚀等工艺制成。由于该敏感栅可以制成各种图形，因此又称其为应变花。金属箔片的材料多选择电阻率高、热稳定性好的铜镍合金。箔式应变片2.1.1敏感元件

1．结构

2）金属电阻应变片的分类敏感栅制作：采用真空蒸镀或真空沉积等方法，在基底上形成一层厚度在0.1μm以下的金属薄膜敏感栅，再加上覆盖层制成的。特点：与箔式应变片相比，电阻率更高、尺寸更小、散热更好且工作范围更广。发展前景：由于激光技术的发展，电阻器的制造精度大大提高。因此，薄膜式应变片已成为目前最具发展前景的金属电阻应变片。金属电阻应变片金属丝式应变片箔式应变片薄膜式应变片按敏感栅加工工艺的不同2.1.1敏感元件

1．结构

3）金属电阻应变片的性能参数将金属电阻应变片粘贴于受单向应力作用的物体表面，并使敏感栅纵向轴线与应力方向一致，此时金属电阻应变片电阻的相对变化量ΔR/R

与沿应力方向的应变ε

的比值称为灵敏度系数K，即（2-1）点拨灵敏度系数受两个因素影响：受力后材料几何尺寸的变化；受力后材料电阻率的变化。灵敏度系数横向效应标准电阻绝缘电阻应变极限2.1.1敏感元件

1．结构

3）金属电阻应变片的性能参数灵敏度系数横向效应标准电阻绝缘电阻应变极限金属电阻应变片的横向效应金属电阻应变片的敏感栅是由N

条长度为l1的直线段和直线段端部的（N−1）个半径为

r的半圆圆弧组成的。将金属电阻应变片粘贴在被测物体上，若该金属电阻应变片承受轴向应力而产生纵向拉应变εx，则各直线段的电阻将增大，但在半圆弧段则受到小于εx的应变，圆弧段电阻的变化将小于沿轴向安放的同样长度电阻丝电阻的变化。2.1.1敏感元件

1．结构

3）金属电阻应变片的性能参数灵敏度系数横向效应标准电阻绝缘电阻应变极限金属电阻应变片的横向效应将直的电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，应变状态相同，但是由于敏感栅的电阻变化减小，其灵敏度系数K较整长电阻丝的灵敏度系数K0要小，这种现象称为金属电阻应变片的横向效应。点拨在实际使用中，当金属电阻应变片的使用环境与标定条件不同时，由于横向效应的影响，实际值可能发生改变，从而会造成较大误差，因此需要对测试结果进行必要的修正。另外，为了减小横向效应的影响，建议尽量采用箔式应变片。2.1.1敏感元件

1．结构

3）金属电阻应变片的性能参数灵敏度系数横向效应标准电阻绝缘电阻应变极限定义：金属电阻应变片在无应变的情况下的电阻。常用等级：60Ω、120Ω（最为常用）、250Ω、350Ω、1000Ω等。定义：已粘贴的金属电阻应变片的敏感栅及引出线与被测物体之间的电阻。要求：越大越好，通常要求绝缘电阻在50～120MΩ以上。影响：绝缘电阻下降会使测试系统的灵敏度降低，使金属电阻应变片的指示应变产生误差。定义：当温度一定时，金属电阻应变片的指示应变和真实应变的相对误差不超过10%，金属电阻应变片所能达到的最大应变。2.1.1敏感元件

1．结构

3）金属电阻应变片的性能参数知识链接金属电阻应变片的粘贴工艺如下。（1）检查金属电阻应变片的外观是否平整，是否有破损，是否存在短路、断路、金属丝折断等情况。（2）清除被贴附物体（弹性元件）表面的污物、氧化层等，使其保持平整、光滑。（3）确定贴片位置，并标出金属电阻应变片中心线和贴片位置中心线。（4）粘贴时，首先用清洁溶剂擦洗贴片位置，然后在金属电阻应变片的粘贴面涂上一层薄薄的胶水，再将金属电阻应变片中心线与贴片位置中心线对准并贴牢，最后在金属电阻应变片上盖上一层蜡纸，并挤出接触面中多余的胶水和气泡。（5）根据所选胶水类型和要求，将粘贴好的金属电阻应变片固化。2.1.1敏感元件

1．结构

3）金属电阻应变片的性能参数知识链接（6）检查粘贴效果，包括：金属电阻应变片和贴片位置中心线是否重合，粘贴面是否有气泡，是否存在断路、短路等。（7）在金属电阻应变片的引线附近粘贴好接线端子，同时在引线下面粘贴一层绝缘胶布，在引线焊接端去除绝缘层并涂上焊锡，将引线与敏感栅焊接牢固。焊接好引线后应立即在金属电阻应变片的焊接端子处涂一层防护层，对其进行防潮、防老化处理。2.1.1敏感元件

2．工作原理应变效应的定义：当金属导体在外力的作用下产生机械形变时，其电阻会相应地发生变化。应变效应的应用：应变式传感器。弹性元件在被测量（如力、力矩等）作用下发生形变，产生相应的应变传递给与弹性元件相连的金属电阻应变片，引起金属电阻应变片的电阻发生变化通过测量电路转换成电压输出，电压的大小反映了被测量的大小工作过程2.1.1敏感元件

2．工作原理大量实验证明，在金属电阻应变片的弹性形变范围内，其电阻的相对变化量与其轴向应变成正比，即（2-2）点拨物体在外力作用下会发生一定的形变，形变的程度称为应变。若金属导体材料为圆截面，则其在直径方向产生的应变称为径向应变（或横向应变），在轴向上产生的应变称为轴向应变。金属电阻应变片的电阻相对变化量金属电阻应变片的标准电阻金属电阻应变片产生的轴向应变金属电阻应变片的灵敏度系数2.1.2测量电路电阻应变式传感器输出电阻的变化非常小，通常为0.0005～0.1Ω。因此，为了精确测量出输出电阻的微小变化，常用桥式电路（以下简称电桥）来实现信号的转换，再对转换后的信号进行放大处理。电桥直流电桥交流电桥按使用电源的不同2.1.2测量电路

1．直流电桥

1）直流电桥的平衡条件组成：由连接成环形的四个桥臂组成。直流电桥的基本形式桥臂上的电阻器直流电源电压负载电阻器直流电桥的输出电压2.1.2测量电路

1．直流电桥

1）直流电桥的平衡条件当RL趋近于无穷大（即相当于开路）时，直流电桥的输出电压为（2-3）当电桥平衡（即）时，有（2-4）直流电桥的平衡条件，即相邻两桥臂电阻的比值相等。2.1.2测量电路

1．直流电桥

1）直流电桥的平衡条件直流电桥单臂电桥差动半桥双差动全桥按可变电阻器在直流电桥中分布方式的不同2.1.2测量电路

1．直流电桥

2）电压灵敏度令R1为金属电阻应变片，R2、R3、R4为电桥固定电阻器，即构成单臂电桥。当金属电阻应变片R1产生应变时，若金属电阻应变片电阻的变化为ΔR1，其他桥臂的电阻固定不变，电桥输出电压Uo≠0，则电桥不平衡，输出电压为（2-5）设桥臂的电阻比值n＝R2/R1，由于ΔR1＝R1，因此分母中的ΔR1/R1可忽略，并结合电桥平衡条件R1/R2＝

R3/R4，则式（2-5）可简化为（2-6）2.1.2测量电路

1．直流电桥

2）电压灵敏度电桥电压灵敏度的定义为（2-7）①电桥电压灵敏度正比于电源电压

U，电源电压越高，电桥电压灵敏度越高；②电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n

的函数，恰当地选择桥臂电阻的比值，可保证电桥具有较高的电压灵敏度。点拨在讨论电桥的输出特性时，用了ΔR＝R的近似条件，才得出了输出电压与电阻的相对变化量呈线性关系。但在实际应用中，当ΔR过大而不能忽略时，电桥输出电压的非线性误差就会比较大。可以看出2.1.2测量电路

1．直流电桥

2）电压灵敏度在U确定的情况下，令，则有（2-8）当n＝1，即R1＝R2＝R3＝R4时，KU

有最大值，电桥的电压灵敏度最高，即（2-9）（2-10）因此，当电源电压U

和电阻相对变化量ΔR1/R1一定时，电桥的输出电压及其灵敏度也是定值，并且与各桥臂电阻大小无关。2.1.2测量电路

1．直流电桥

3）温度误差与温度补偿理想情况：利用应变式传感器进行测量时，金属电阻应变片的电阻只与应变线性相关，而不受其他因素的影响。实际情况：当环境温度发生变化时，金属电阻应变片的电阻也会发生变化，由此产生的误差称为温度误差。敏感栅具有一定的温度系数，在没有外力的作用时，敏感栅的尺寸、形状等参数会随着温度的变化而变化。由于被测物体材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，使得金属电阻应变片产生了附加应变。黏合剂传递形变的能力等因素。常温下，温度系数和线膨胀系数是造成测试误差的主要因素。（1）温度误差产生的原因2.1.2测量电路

1．直流电桥

3）温度误差与温度补偿温度补偿的目的：尽可能消除温度变化对测试结果的影响。温度补偿的方法：（2）温度补偿的方法自补偿法将温度自补偿应变片粘贴在被测部位上，当温度变化时，温度自补偿应变片与金属电阻应变片产生的附加应变相互抵消，从而减小温度变化对测试结果的影响。2.1.2测量电路

1．直流电桥

3）温度误差与温度补偿温度补偿的方法：（2）温度补偿的方法电桥补偿法当电桥平衡时，R1R3＝R2R4。其中，R3、R4为常数，当电阻R1由于温度变化而产生应变时，温度补偿电阻R2也会产生相应的应变，使电桥保持平衡，从而消除温度误差。利用电桥的和差原理，采用带有温度补偿的单臂电桥来达到补偿的目的。2.1.2测量电路

2．交流电桥

根据对直流电桥的分析可知，由于电桥输出电压很小，通常要加放大器，而直流放大器易产生零点漂移，因此电桥多采用交流电桥。

（a）基本形式

（b）常用形式交流电桥2.1.2测量电路

2．交流电桥

由于交流电桥的电源为交流电源，电容器C1、C2使得两个桥臂应变片呈现复阻抗特性，每个桥臂上的复阻抗分别为（2-11）交流电桥的开路输出电压为（2-12）2.1.2测量电路

2．交流电桥

当电桥平衡时，uo＝0，有（2-13）整理为（2-14）等号两边的实部和虚部分别相等，交流电桥的平衡条件为，

（2-15）交流电桥既要满足电阻平衡条件，又要满足电容平衡条件。因此，对电桥进行初始平衡调节时，既要对电阻器预调平衡，又要对电容器预调平衡。2.1.2测量电路

2．交流电桥

电阻调平法并联电阻调平法常用的交流电桥平衡调节方法差动电容调平法阻容调平法2.1.3应变式传感器的应用应变式传感器的优点：精度高、测量范围广、使用寿命长、结构简单、频响特性好。能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化。常见的应变式传感器应变式重力传感器应变式压力传感器应变式加速度传感器2.1.3应变式传感器的应用电子秤的工作原理不同量程的电子秤（如厨房秤、工业秤）在传感器设计上有何区别？2.1.3应变式传感器的应用

1．应变式重力传感器定义：被测量为重量、荷重的应变式传感器，统称为应变式重力传感器。主要用途：作为各种电子秤与材料试验机的测力元件等。常见结构：柱式筒式2.1.3应变式传感器的应用

1．应变式重力传感器金属电阻应变片粘贴在弹性元件外壁应力分布均匀的中间部分，对称地粘贴多片，电桥连线时应尽量减小载荷偏心和弯矩影响，贴片的柱面展开图及电桥连接如图所示。R1和R3串接，R2和R4串接，并置于电桥相对的两个桥臂上，以减小弯矩的影响；横向贴片R5和R7串接，R6和R8串接，作温度补偿用，接于另两个桥臂上。柱面展开图

电桥连接2.1.3应变式传感器的应用

2．应变式压力传感器膜片式压力传感器应变式压力传感器主要用于测量流动介质（如液体、气体）的动态或静态压力。此类传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。弹性元件为周边固定的圆薄膜片，金属电阻应变片贴于膜片内壁，在压力P的作用下，膜片产生径向应变和切向应变。在膜片圆心处切向粘贴R2、R3两个金属电阻应变片，用于感受切向应变，因为圆心处切向应变最大；在边缘处沿径向粘贴R1、R4两个金属电阻应变片，用于感受径向应变，四个电阻器连接成全桥测量电路。2.1.3应变式传感器的应用

3．应变式加速度传感器应变式加速度传感器的结构应变式加速度传感器用于测量物体的加速度。由于加速度是运动参数，因此需要先经过质量惯性系统将加速度转换成力，再作用于弹性元件上来实现测量。悬臂梁的一端固定在壳体上，自由端安装有质量块，悬臂梁上粘贴金属电阻应变片。为了调节振动系统的阻尼系数，通常在壳体内充满硅油。2.1.3应变式传感器的应用

3．应变式加速度传感器测量时，将应变式加速度传感器的壳体与被测对象进行刚性连接，当被测对象以加速度运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，使悬臂梁发生变形从而产生应变，传递给与其相连的金属电阻应变片，金属电阻应变片的电阻发生变化，引起测量电桥不平衡而输出电压，即可由此测得加速度的大小。应变式加速度传感器的结构2.1.3应变式传感器的应用头脑风暴想一想，除上述应用外，应变式传感器的应用还有哪些呢？课堂检测1．应变式传感器最常用的敏感元件是？（）A．热敏电阻B．压电陶瓷C．电阻应变片D．光敏电阻2．在金属电阻应变片中，基底的主要作用是固定敏感栅并使敏感栅与弹性元件相互绝缘。（）3．简述金属电阻应变片的工作原理。C√课堂小结应变式传感器敏感元件测量电路应变式传感器的应用PART2.2

压阻式传感器如果你是一位汽车工程师，负责监测汽车在行驶过程中各个部件的受力情况，以确保汽车的安全性和耐用性。你会如何做到这一点呢？问题导入2.2.1敏感元件压阻式传感器原理：利用半导体应变片将应变变化转换成电阻率变化的传感器。一种利用半导体单晶硅的压阻效应制成的敏感元件。2.2.1敏感元件

1．结构半导体应变片是一种用半导体材料制成的纯电阻性元件。利用半导体材料的体电阻器制成的粘贴式应变片；利用真空沉积技术将半导体材料沉积在带有绝缘层的基底上制成的；在半导体材料的基片上利用集成电路工艺制成的扩散电阻器。

（a）体型

（b）薄膜型

（c）扩散型半导体应变片的结构形式2.2.1敏感元件

1．结构点拨扩散电阻器是利用扩散工艺在硅片表面掺入三价或者五价元素，通过改变硅片的电阻率而形成的电阻器。例如，在N型衬底的硅片上注入硼离子，就可形成P型扩散电阻器。半导体材料电阻的变化，主要是由电阻率变化引起的，此时机械形变引起的电阻变化可以忽略，而电阻率的变化是由应变引起的，即（2-16）对于半导体应变片，其灵敏度系数为（2-17）2.2.1敏感元件

2．工作原理压阻效应的定义：当半导体材料受到外力的作用时，其电阻率随之发生相应的变化，其电阻也发生变化。压阻效应的应用：压阻式传感器。压阻系数灵敏度系数应力应变弹性模量2.2.2测量电路压阻式传感器的输出方式：将集成硅片上的四个等值电阻连成平衡电桥，当被测量作用于集成硅片上时，电阻发生变化，电桥失去平衡，对外输出电压。因此，必须采取有效措施，减少或补偿温度变化等造成的测试误差，提高压阻式传感器的精度。受到温度等因素的影响，电桥存在失调、零点温漂、灵敏度漂移、非线性等问题，影响传感器测试的准确性。2.2.2测量电路压阻式传感器的测量电路通常采用四臂差动等应变式全桥电路。应变式全桥电路理想电压源式电桥理想电流源式电桥按电源的不同2.2.2测量电路

1．理想电压源式电桥假设四个扩散电阻器的起始电阻都为R，当受到应力作用时，有两个电阻器受拉，电阻增加ΔR，另两个电阻器受压，电阻减小ΔR；受温度的影响，每个电阻器有ΔRT的变化量。电桥的输出电压为（2-18）电桥输出电压与理想电压源输出的电压成正比，同时与温度对电阻的影响ΔRT有关，其关系是非线性的。因此，采用理想电压源式电桥不能消除温度的影响。2.2.2测量电路

2．理想电流源式电桥假设电桥两个支路的电阻相等，流过两个支路的电流也相等，即，则电桥的输出电压为（2-19）电桥输出电压与理想电流源输出的电流成正比与电阻的变化量ΔR成正比与温度无关因此采用理想电流源式电桥时，电桥输出电压不受温度的影响。2.2.2测量电路

3．测量电路的温度补偿零点漂移和灵敏度漂移补偿电路温度的变化会引起零点漂移和灵敏度漂移。产生原因：扩散电阻器的电阻随温度的变化而变化。产生原因：压阻系数随温度的变化而变化。采用此电路，可以有效地解决零点漂移和灵敏度漂移问题。用于补偿灵敏度漂移用于抑制零点温漂起补偿作用2.2.3压阻式传感器的应用压阻式传感器的优点：具有灵敏度和分辨率高。应变的横向效应和机械滞后角小。频率响应范围大等。压阻式传感器的应用领域：航天、航空、航海、石油化工、动力机械、生物医学工程、气象观测、地质勘测、地震预警等。常用的压阻式传感器类型：压阻式压力传感器压阻式加速度传感器2.2.3压阻式传感器的应用

1．压阻式压力传感器压阻式压力传感器的结构它采用N型单晶硅作为传感器的弹性元件，在弹性元件上面直接蒸镀半导体电阻应变薄膜，形成硅膜片，硅膜片的两面有两个压力腔，其中一面是与被测压力连通的高压腔，另一面是与大气连通的低压腔。1）结构2.2.3压阻式传感器的应用

1．压阻式压力传感器

压阻式压力传感器的结构弹性元件：N型单晶硅敏感层：半导体电阻应变薄膜。在弹性元件上面直接蒸镀半导体电阻应变薄膜，形成硅膜片。压力腔：高压腔与低压腔。硅膜片的两面有两个压力腔，其中一面是与被测压力连通的高压腔，另一面是与大气连通的低压腔。1）结构修改2.2.3压阻式传感器的应用

1．压阻式压力传感器2）工作原理优点：体积小、结构简单、动态响应好、灵敏度高、频率响应范围大等。缺点：测量精度会受到非线性和温度的影响。3）特点压力差导致膜片变形变形产生应力，应力改变电阻电路转化为电信号被测压力引入高压腔，硅膜片两面存在压力差，硅膜片会产生形变。硅膜片上的各点产生应力，四个电阻器的电阻在应力作用下发生变化。电桥失去平衡，从而输出相应的电压。2.2.3压阻式传感器的应用

2．压阻式加速度传感器压阻式加速度传感器的结构1）结构单晶硅制成构成单臂电桥2.2.3压阻式传感器的应用

2．压阻式加速度传感器悬臂梁自由端的质量块在受到外界加速度作用时，输出惯性力，使悬臂梁弯曲变形，产生应力。这时悬臂梁上四个扩散电阻器的电阻发生变化，打破电桥平衡，从而输出与外界加速度成正比的电压。2）工作原理优点：频响特性好、结构简单、体积小、精度高、灵敏度高、长期稳定性好等。3）特点课堂检测1．压阻式传感器利用哪种效应将应变变化转换成电阻率变化？（）A．压电效应B．压阻效应C．热电效应D．光电效应2．压阻式传感器的测量电路通常采用

等应变式全桥电路。3．简述压阻式传感器的工作原理。B四臂差动课堂小结压阻式传感器敏感元件测量电路压阻式传感器的应用PART2.3

热敏电阻式传感器在我们家里的很多电器中，比如电饭煲、空调等，都有一个共同的功能——温度控制。那么，这些电器是如何感知并控制温度的呢？问题导入2.2.1敏感元件热敏电阻式传感器原理：以热敏电阻器为敏感元件，利用半导体的电阻率随温度的变化而显著变化的特性，对温度及与温度有关的参数进行测试的装置。2.2.1敏感元件

1．结构大部分热敏电阻器是由两种以上复合氧化物按一定比例混合，经高温烧结而成的。热敏电阻器的组成：由热敏探头、引线、壳体等组成。热敏电阻器的结构：珠形圆片形玻璃管形片形柱形热敏电阻器的图形符号2.2.1敏感元件

2．温度特性热敏电阻器正温度系数（positivetemperaturecoefficient,PTC）热敏电阻器负温度系数（negativetemperaturecoefficient,NTC）热敏电阻器临界温度热敏电阻器（criticaltemperatureresistor,CTR）按温度系数的不同各种热敏电阻器的温度特性曲线大多数热敏电阻器，具有负温度系数。温度越高，电阻就越小。具有很高的负温度系数，适用于﹣100～300

℃之间温度的测试。2.2.1敏感元件

3．特点（1）（2）（5）（4）（3）（6）灵敏度高。热敏电阻器的温度系数较大，约为金属热电阻的

10

倍，因此热敏电阻器对温度变化的反应异常灵敏。结构简单。热敏电阻器可根据不同要求制成各种形状。电阻率高。导线电阻对热敏电阻器测量精度的影响小，适用于远距离测试。体积小、热惯性小。热敏电阻器可用于测量点温，也可用于动态温度监测。化学稳定性好，力学性能强，价格低廉，制造简单，易于维护，使用寿命长。复现性和互换性差，非线性严重。2.3.2测量电路

1．非线性修正由于热敏电阻器温度特性曲线的非线性十分严重，为保证一定范围内温度测试的精度要求，应对其进行非线性修正。常用的修正方法串联电阻补偿法并联电阻补偿法计算机修正法2.3.2测量电路

1．非线性修正

1）串联电阻补偿法串联电阻补偿法是将补偿电阻器Rc与热敏电阻器RT串联，如图（a）所示。串联后的等效电阻Re＝

Rc＋RT，RT具有负温度系数。若Rc选择合适的

PTC

热敏电阻器，可使Re与温度在某一温度范围内呈近似的双曲线关系，即等效电阻Re与温度

T

的倒数呈线性关系，如图（b）所示。此时，电流

I

与温度

T

呈线性关系，如图

（c）所示。（a）补偿电路

（b）电阻与温度的关系

（c）电流与温度的关系2.3.2测量电路

1．非线性修正

2）并联电阻补偿法并联电阻补偿法是将补偿电阻器Rc与热敏电阻器RT并联，如图（a）所示。并联后的等效电阻Re与温度

T

的关系曲线变得比较平坦，可在某一范围内得到线性输出特性，如图（b）所示。

（a）补偿电路

（b）电阻与温度的关系2.3.2测量电路

1．非线性修正

3）计算机修正法在带有微型计算机的测试系统中，当已知热敏电阻器的实际特性和要求的理想特性时，可采用线性插值法将特性分段，并把各分段点的值存放在计算机的存储器内。计算机将根据热敏电阻器的实际输出值进行校正计算后，给出要求的输出值。2.3.2测量电路

2．温度测量电路温度测量电路工作前，根据开关S2选择量程，将开关S1置于“1”处，调节电位器Rp，使检流计

G

指示满刻度，然后将S1置于“2”处，此时热敏电阻器被接入电桥并开始温度测量。量程选择开关工作选择开关断开状态校正状态工作状态2.3.3热敏电阻式传感器的应用温度测量温度控制温度补偿稳压稳幅自动增益调节气体和液体分析火灾报警过载保护主要介绍2.3.3热敏电阻式传感器的应用1．温度控制操作方法：将热敏电阻器与一个电阻器串联，并加上恒定的电压，当周围介质温度升到某一数值时，电路中的电流可以由零点几毫安突变为几十毫安。改进方法：用继电器的绕组代替不随温度变化的电阻器。当温度升高到一定值时，继电器动作，即可通过控制电路来调节所需控制的温度。2．温度补偿补偿原理：仪表中常用的线圈、线绕电阻器等零件，多数是用金属丝制成的。金属一般具有正温度系数，采用

NTC

热敏电阻器进行补偿，可以抵消温度变化造成的影响。应用方式：将NTC热敏电阻器与锰铜丝电阻器并联后再与被补偿元器件串联。2.3.3热敏电阻式传感器的应用空调如何知道室温高了？在生活中，除了空调，你还能想到哪些设备可能也用到了温度传感器和相关控温技术呢？2.3.3热敏电阻式传感器的应用知识链接热敏电阻式传感器在智能电饭煲中的应用智能电饭煲温度控制系统（见图）中的温度传感器一般有两个，分别为顶盖温度传感器和底部温度传感器，这两个温度传感器都是采用NTC热敏电阻器。它们将采集到的温度值经信号调理电路和A/D转换电路处理后送至单片机，单片机将采集到的温度信号与设定温度进行综合比较，根据比较后的结果及控制程序控制继电器执行相应的动作，并将结果通过显示电路显示。2.3.3热敏电阻式传感器的应用启智润心高精度传感器在制造过程中对制造工艺要求极高，这不仅体现在材料选取、结构加工、性能调试等方面，还贯穿于整个生产流程。这种对细节的极致追求和对品质的精益求精，正是工匠精神的生动体现。作为学生，我们在学习专业知识的同时，也应积极培养对细节的关注和对完美的追求。无论是试验数据的记录、工程图纸的绘制，还是在其他学术活动中，我们都应该保持一丝不苟的态度。在学习和科研过程中，我们要善于发现细节问题，运用所学知识解决实际问题，真正做到精益求精。只有将这种工匠精神融入日常学习和未来的工作中，才能在科技创新的道路上走得更远，为社会创造更大的价值。技能实训1——制作与调试电子称重模拟装置将学生以

5～6

人为一组进行分组，各小组选出组长。各组按以下步骤制作与调试电子称重模拟装置。1．观察金属电阻应变片BF350-3AA

型金属电阻应变片的电阻为

350

Ω±0.1

Ω，基底为改性酚醛树脂材料，敏感栅的栅丝为康铜箔材料。该型金属电阻应变片的尺寸为

7.0

mm×4.5

mm，采用了全封闭结构，如图所示。BF350-3AA型金属电阻应变片技能实训1——制作与调试电子称重模拟装置2．粘贴金属电阻应变片（1）在小刀刀片正反两面的指定位置画出金属电阻应变片的贴片位置，并用细砂布打磨，打磨后用酒精棉球擦洗干净。（2）在金属电阻应变片的基底底面涂上

502

胶水，并立即将金属电阻应变片粘贴在贴片位置，使金属电阻应变片基准线对准定位线，再将一小片薄膜盖在金属电阻应变片上，用手指轻轻挤压掉多余的胶水，待金属电阻应变片与刀片完全黏合后松开手指，并从金属电阻应变片无引线的一端揭掉薄膜。（3）在金属电阻应变片的引线附近粘贴好接线端子，同时在引线下面粘贴一层绝缘胶布，在引线焊接端去除绝缘层并涂上焊锡，将引线与敏感栅焊接牢固。焊接好引线后应立即在金属电阻应变片的焊接端子处涂一层防护层，对其进行防潮、防老化处理。技能实训1——制作与调试电子称重模拟装置2．粘贴金属电阻应变片（4）将粘贴后的金属电阻应变片在室温下自然干燥15～24h。（5）待自然干燥完成后，利用万用表检测金属电阻应变片敏感栅是否有短路或断路等故障。如有，则应查找原因并排除故障，或重新粘贴制作。3．连接电路按如图所示连接电路，并将金属电阻应变片的引线和连接电路的导线焊接在焊片上。将小刀刀把固定于桌子边沿，刀片悬空，用细线吊着塑料托盘挂于刀片上，可用胶布在刀片上固定好细线。电子称重模拟装置电路技能实训1——制作与调试电子称重模拟装置5．模拟电子称重4．平衡电桥接通电源，调节零点电位器RP1使微安表读数为0，即电桥平衡。取一个20g砝码放在托盘里，记录微安表的读数。若读数不为整数，则微调，使读数为整数值。依次增加砝码数量，记录微安表读数，并填入表中。分析测得的数据是否存在测试误差，若存在误差，则分析造成误差的原因。砝码/g

输出电流/μA

数据记录表技能实训2——使用压阻式压力传感器测量压力将学生以5～6人为一组进行分组，各小组选出组长。各组按以下步骤使用压阻式压力传感器测量压力。压阻式压力传感器测量系统的管路连接（1）按如图所示连接管路。主控箱内部配有压缩泵、储气箱、流量计，它们均已接好。将导管的硬管一端插入主控箱上的快速接口，另一端软管通过三通分别连接压力传感器高压端和压力表。技能实训2——使用压阻式压力传感器测量压力（2）按如图所示连接电路。压阻式压力传感器有四个端子，其中，端子1接地，端子3接＋4V电源。CGQ-002型压力传感器试验模块上RP2用于调节零位，

RP1用于调节放大倍数，放大器输出Uo2引到电压表。压阻式压力传感器试验模块接线图技能实训2——使用压阻式压力传感器测量压力（3）将CGQ-002型压力传感器试验模块接入模块电源＋15V（从主控箱引入），检查无误后，闭合主控箱电源开关。将选择开关拨到20V挡，反复调节RP2（RP1旋转到满度的三分之一）使电压表显示为零。压阻式压力传感器试验模块接线图技能实训2——使用压阻式压力传感器测量压力（4）松开流量计旋钮，开通流量计。（5）闭合主控箱上的电源开关，启动压缩泵，此时可看到流量计的滚珠浮子向上浮起并悬于玻璃管中。（6）逐步关小流量计旋钮，使压力表稳定指示某一刻度。（7）逐步由小到大调节流量计旋钮，使流量计在5～20kPa之间每上升1kPa分别读取一次压力表读数和电压表读数，将相关数据填入表中。输入压力/kPa

输出电压/V

压力传感器输入压力与输出电压课堂检测1．下列哪种热敏电阻器具有负温度系数？（）A．PTC热敏电阻器B．NTC热敏电阻器C．CTR热敏电阻器D．均可2．热敏电阻器的电阻率随温度升高而增大。（）3．简述NTC热敏电阻器的主要特点。B×课堂小结热敏电阻式传感器敏感元件测量电路热敏电阻式传感器的应用0102030405新建班级新建作业成绩统计布置作业学生扫码做小提示：生成的班级二维码，放在下一页ppt中即可。放入二维码后，记得取消“隐藏幻灯片”哦~扫码布置本课作业↑↑↑扫码布置作业wenjingketang扫码填写问卷定制更实用的教学资源对课件有修改、优化建议平台使用遇到问题想免费使用平台、免费建课扫码加小旌好友为您提供专属服务哦谢谢观看传感器与测试技术所有教学资源，我们给；所有复杂操作，我们做；图书附赠，永久免费，只为老师用书更方便课件教案微课扫码题库建课互评考试平台

学习工具第1章传感器与测试系统概述第2章电阻式传感器第3章电感式传感器第4章电容式传感器第5章磁电式传感器第6章光电式传感器第7章热电式传感器第8章声波式与辐射式传感器第9章其他传感器第10章传感器的综合应用第3章电感式传感器掌握自感式传感器敏感元件的结构和工作原理。掌握自感式传感器的测量电路和应用类型。掌握差动变压器式传感器敏感元件的结构和工作原理。掌握差动变压器式传感器的测量电路和应用类型。掌握电涡流式传感器敏感元件的结构和工作原理。掌握电涡流式传感器的测量电路和应用类型。增强统筹抓好各项工作的责任感和紧迫感。知识目标素质目标能测试自感式传感器的性能。能测试差动变压器式传感器的性能。能测试电涡流式传感器的性能。技能目标【差动变压器式传感器】3.2【自感式传感器】3.1【电涡流式传感器】3.3PART3.1

自感式传感器大家在日常生活中是否遇到过需要精确测量距离或压力的场景？比如，我们在使用智能手机时，屏幕自动旋转的功能是如何感知到手机方向变化的呢？又或者，在汽车制造中，如何精确控制刹车系统的压力以确保行车安全？问题导入3.1.1敏感元件自感式传感器工作原理：利用自感器将被测量的变化转换成自感系数L

的变化，并通过测量电路将自感系数L

的变化转换成电压或电流输出的装置。自感式传感器核心部件：自感器作为自感式传感器的敏感元件，是自感式传感器的核心部件。3.1.1敏感元件

1．结构自感器的结构线圈自感系数L等于线圈的磁通量与产生磁通量的电流之比，即（3-1）3.1.1敏感元件

2．工作原理输入量输出量输入量x为0时的输出量非线性项系数非线性项系数输入量当线圈的匝数N

固定时，自感系数

L与空气间隙的厚度δ

、磁通的截面积

A有关。改变铁芯与衔铁之间空气间隙的厚度或者改变磁通的截面积都能改变线圈的自感系数。自感器变间隙型自感器变面积型自感器螺管型自感器3.1.1敏感元件

2．工作原理变间隙型自感式传感器变面积型自感式传感器螺管型自感式传感器3.1.1敏感元件

2．工作原理

1）变间隙型自感器变间隙型自感器的截面积保持不变，在铁芯和衔铁之间有空气间隙，当衔铁移动时，空气间隙的厚度发生改变，引起磁路中磁阻的变化，从而改变线圈的自感系数L。设初始状态空气间隙的厚度为δ0，则线圈的自感系数L0为（3-2）变间隙型自感器的结构3.1.1敏感元件

2．工作原理

1）变间隙型自感器当衔铁向上移动Δδ时，空气间隙的厚度减少为δ＝δ0－Δδ

，此时线圈的自感系数L为（3-3）线圈的自感变化量为（3-4）当δ0？Δδ时，变间隙型自感式传感器的灵敏度系数为（3-5）变间隙型自感器的结构3.1.1敏感元件

2．工作原理

1）变间隙型自感器为了改善非线性，Δδ/δ0要很小，但Δδ/δ0过小，会降低传感器的灵敏度。由此可见，由变间隙型自感器制成的变间隙型自感式传感器的测量范围与灵敏度、线性度是相互矛盾的，在设计时要两者兼顾，统筹考虑。变间隙型自感器的结构3.1.1敏感元件

2．工作原理

1）变间隙型自感器启智润心统筹兼顾是一种全面协调、平衡各方关系的智慧，体现了唯物辩证法的核心思想。它强调在处理复杂问题时，必须兼顾眼前与长远、局部与整体的关系。作为学生，掌握这一原则至关重要，因为它能帮助我们在学习、生活和未来规划中找到平衡点，避免陷入顾此失彼的困境。在学习中，我们不应只关注书本知识的积累，更要重视实践能力的培养，这样才能将理论与实际紧密结合，提升解决实际问题的能力。同样地，在生活中，我们既要追求个人的兴趣爱好，丰富自己的精神世界，也要积极承担社会责任，为社会的进步贡献自己的力量。通过不断的实践和深刻的反思，我们可以逐渐掌握这一方法，从而在复杂的环境中做出更为科学、合理的决策。这不仅有助于个人的成长与发展，也能促进集体的进步与繁荣。3.1.1敏感元件

2．工作原理

1）变间隙型自感器为了减小非线性误差，变间隙型自感器多采用差动式结构，如图所示。组成：由共用一个衔铁的两个完全相同的电感线圈及相应磁路组成。工作原理：衔铁与被测物体相连，测量时被测物体上下移动，带动衔铁以相同的位移上下移动，使上下两个磁回路中的磁阻发生大小相等、方向相反的变化，两个线圈的自感量一个增加，另一个减小，形成差动式结构。差动变间隙型自感器的结构3.1.1敏感元件

2．工作原理

2）变面积型自感器在工作时，空气间隙的厚度δ0保持不变，衔铁因受到水平方向力的作用而发生移动，磁通的截面积随着衔铁的移动而改变。设初始状态下磁通截面积为A0，a为铁芯截面长度，b为铁芯截面宽