合工大工程測(cè)試第三章

第三章常用的傳感器與敏感元件

第一節(jié)常用傳感器分類

第二節(jié)機(jī)械式傳感器及儀器

第三節(jié)電阻、電容與電感式傳感器

第四節(jié)磁電、壓電和熱電式傳感器

第五節(jié)光電傳感器

第六節(jié)光纖傳感器

第七節(jié)半導(dǎo)體傳感器

第八節(jié)紅外測(cè)試系統(tǒng)

第九節(jié)激光測(cè)試傳感器

第十節(jié)傳感器的選用原則一、定義傳感器——直接作用于被測(cè)量，能按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出的器件。測(cè)量環(huán)節(jié)、測(cè)量裝置、測(cè)量系統(tǒng)

二、組成

敏感元件、輔助裝置（部分）

★敏感元件——直接感受被測(cè)量的部分，核心。

★輔助裝置（部分）——傳感器的重要組成部分，必不可少部分。三、傳感器的作用作用：“電五官”，是人們認(rèn)識(shí)事物的一個(gè)有利工具；

對(duì)測(cè)試系統(tǒng)來(lái)講，是輸入的首個(gè)環(huán)節(jié)、重要環(huán)節(jié)，其特性的好壞直接影響到整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的性能。四、傳感器的發(fā)展?fàn)顩r

歷史長(zhǎng)、還在發(fā)展

★從結(jié)構(gòu)型——物性型——智能型

智能型：傳感器技術(shù)與微電子技術(shù)結(jié)合，構(gòu)成了校正、變化、統(tǒng)計(jì)處理、反饋等多種功能，具有思維、辨別能力的智能傳感器。能在復(fù)雜的環(huán)境中準(zhǔn)確而有效地提取信息。第一節(jié)常用傳感器分類★按工作原理分：電氣式傳感器、機(jī)械式傳感器、光電式傳感器等★按被測(cè)量分：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、應(yīng)力傳感器、溫度傳感器等■按信號(hào)變換特征分：結(jié)構(gòu)型傳感器、物性型傳感器★結(jié)構(gòu)型傳感器——依靠傳感器的結(jié)構(gòu)參量隨被測(cè)量的變化而變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換

例如：磁電式傳感器、電感式、電容式

★物性型傳感器——依靠敏感元件材料本身物理化學(xué)性質(zhì)隨被測(cè)量的變化而變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換

例如：水銀溫度計(jì)、壓電式傳感器■按能量關(guān)系分：能量轉(zhuǎn)換型傳感器、能量控制型傳感器

★能量轉(zhuǎn)換型傳感器——利用其輸出與被測(cè)量輸入的能量的關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換測(cè)量。

特點(diǎn)：直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作的，又稱無(wú)源傳感器。例如：熱電偶溫度計(jì)、壓電式傳感器、磁電式速度計(jì)

產(chǎn)生負(fù)載效應(yīng)，影響被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)——產(chǎn)生測(cè)量誤差（失真）

★能量控制型傳感器——從外部供給能量使傳感器工作，并由被測(cè)量來(lái)控制外部能量的變化，由稱有源傳感器。

例如：電阻應(yīng)變計(jì)接于電橋中、電感測(cè)微儀傳感器可能只有一個(gè)，也可能有幾個(gè)換能元件，也可能是一個(gè)小型裝置。例如，電容式位移傳感器是位移一電容變化的能量控制型傳感器，可以直接測(cè)量位移。

而電容式壓力傳感器，則經(jīng)過(guò)壓力→膜片彈性變形(位移)→電容變化的轉(zhuǎn)換過(guò)程。此時(shí)膜片是一個(gè)由機(jī)械量→機(jī)械量的換能件，由它實(shí)現(xiàn)第一次變換；同時(shí)它又與另一極板構(gòu)成電容器，用來(lái)完成第二次轉(zhuǎn)換。再如電容型伺服式加速度計(jì)(也稱力反饋式加速度計(jì))，實(shí)際上是一個(gè)具有閉環(huán)回路的小型測(cè)量系統(tǒng)，如圖3-2所示。這種傳感器較一般開(kāi)環(huán)式傳感器具有更高的精確度和穩(wěn)定性。表３-1機(jī)械工程中常用傳感器

第三節(jié)電阻、電容與電感式傳感器一、電阻式傳感器定義電阻式傳感器——將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為電阻值變化的傳感器。

1、變阻器式電阻傳感器

2、電阻應(yīng)變式傳感器

1、變阻器式電阻傳感器

變阻器使用日益減少，電阻應(yīng)變式傳感器具有體積小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、測(cè)量精度高使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而得到廣泛運(yùn)用。變阻器式電阻傳感器的測(cè)量電路特點(diǎn)及應(yīng)用1、特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便。缺點(diǎn)：分辨力不高，有較大的噪聲。2、應(yīng)用用于線位移、角位移測(cè)量，在測(cè)量?jī)x器中用于伺服記錄儀器或電子電位差計(jì)等。1.金屬電阻應(yīng)變片(結(jié)構(gòu)型)絲式電阻應(yīng)變片多為康銅或鎳鉻合金制成，直徑約0.025mm，片基可有多種。依據(jù)基本公式

，電阻相對(duì)變化率為：

經(jīng)簡(jiǎn)化可得：

金屬電阻應(yīng)變片的工作原理，是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值隨著它所受機(jī)械變形(伸長(zhǎng)或縮短)的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。若金屬絲的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，截面積為S，電阻率為ρ，其未受力時(shí)的電阻為R。

其物理意義是:單位應(yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化。由式(3.2-7)可以明顯看出，金屬材料的靈敏系數(shù)受兩個(gè)因素影響:一個(gè)是受力后材料的幾何尺寸變化所引起的，即項(xiàng)；另一個(gè)是受力后材料的電阻率變化所引起的，即項(xiàng)。對(duì)于金屬材料項(xiàng)比項(xiàng)小得多。大量實(shí)驗(yàn)表明，在電阻絲拉伸比例極限范圍內(nèi)，電阻的相對(duì)變化與其所受的軸向應(yīng)變是成正比的，即K0為常數(shù)

Sg=1+2μ=常數(shù)

通常金屬電阻絲的Sg=1.6～3.6之間。應(yīng)變片的主要參數(shù)：

（1）幾何參數(shù)：基長(zhǎng)和基寬，制造廠常用b×L表示。

（2）電阻值：應(yīng)變計(jì)的原始電阻值。（60Ω、120Ω、350Ω、600Ω、1000Ω等）

（3）靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計(jì)變換性能的重要參數(shù)。

（4）其它表示應(yīng)變計(jì)性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等。2.半導(dǎo)體應(yīng)變片（物性型）

基本公式：E－半導(dǎo)體材料的彈性模量；Λ－半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)。半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度為

原理：壓阻效應(yīng)優(yōu)點(diǎn)：體積小、橫向效應(yīng)小、滯后小、靈敏度高缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性差、靈敏度分散度大（晶向、雜質(zhì)）、大應(yīng)變下非線性誤差大。３、應(yīng)用電阻應(yīng)變傳感器有很多優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于機(jī)械工程的測(cè)試中（40%到50%）優(yōu)點(diǎn)：★分辨率高★誤差小

★尺寸小、重量輕★測(cè)量范圍大★頻響特性好:限制應(yīng)變片上限測(cè)量頻率是：

電橋的激勵(lì)電源頻率≤(1/5～1/10)電源頻率應(yīng)變片的基長(zhǎng)基長(zhǎng)越短，上限測(cè)量頻率越高例基長(zhǎng)為10mm時(shí)，上限測(cè)量頻率可高達(dá)25kHz★應(yīng)用于惡劣環(huán)境

★價(jià)格低■直接用來(lái)測(cè)定結(jié)構(gòu)的應(yīng)變或應(yīng)力■將應(yīng)變片貼于彈性元件上，作為測(cè)量力、位移、壓力、加速度等參量的傳感器4.固態(tài)壓阻式傳感器

壓阻式傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)在半導(dǎo)體材料的基片上經(jīng)擴(kuò)散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測(cè)量傳感元件，擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時(shí)，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。

用作壓阻式傳感器的基片（或稱膜片）材料主要為硅片和鍺片，硅片為敏感材料而制成的硅壓阻傳感器越來(lái)越受到人們的重視，尤其是以測(cè)量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器應(yīng)用最為普遍。壓阻式傳感器有兩種類型：半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器、固態(tài)壓阻式傳感器壓阻式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是:

靈敏度非常高，有時(shí)傳感器的輸出不需放大可直接用于測(cè)量；

分辨率高，例如測(cè)量壓力時(shí)可測(cè)出10～20Pa的微壓；

測(cè)量元件的有效面積可做得很小，故頻率響應(yīng)高；

可測(cè)量低頻加速度和直線加速度。無(wú)須粘貼，便于傳感器的集成化最大的缺點(diǎn)是溫度誤差大，故需溫度補(bǔ)償或恒溫條件下使用。5.典型動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀三、電橋測(cè)量電路

電橋電路是將電阻、電容、電感的參量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷夯螂娏餍盘?hào)輸出的一種常用電路。由于電路簡(jiǎn)單，精度和靈敏度都較高而得到廣泛運(yùn)用。電橋一般按其電源種類而分成直流電橋和交流電橋兩種。1.直流電橋直流電橋?yàn)槌Ｒ?jiàn)電橋，假定電橋四個(gè)橋臂電阻分別為R1、R2、R3、R4，輸入直流電壓為u0，輸出電壓信號(hào)為uy，則輸出為

如Ｕy=0,稱電橋的平衡狀態(tài)直流電橋的平衡條件：相對(duì)橋臂的阻值乘積相等

如果各橋臂的電阻變化分別為：ΔR1、R2、ΔR3、ΔR4，同時(shí)R1=R2=R3=R4=R則當(dāng)為電阻同型號(hào)的應(yīng)變片時(shí)，上式可寫成：■結(jié)論：1、電橋輸出電壓與電源電壓和電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)、電阻的相對(duì)變化率之和、應(yīng)變之和成正比。

2、電橋有和差(加減)特性，應(yīng)正確選擇接橋方法，使輸出增大，干擾減小。

具體：對(duì)需要測(cè)量的有用信息：同極性——相對(duì)橋臂

反極性——相鄰橋臂對(duì)不需要測(cè)量的信息(噪聲)：同極性——相鄰橋臂

反極性——相對(duì)橋臂

例：一段材料受拉力P及彎矩W的共同作用，應(yīng)怎樣接橋？懸臂梁測(cè)力柱形梁測(cè)力在測(cè)試中，根據(jù)電阻參與變化的橋臂數(shù)可把電橋分為：全橋式聯(lián)接、半橋單臂式聯(lián)接、半橋雙臂式各種電橋的輸出和貼片見(jiàn)下表：

2.溫度補(bǔ)償問(wèn)題

受溫度影響，影響測(cè)量的精確度；

補(bǔ)償方法

（1）橋路補(bǔ)償

（2）溫度自補(bǔ)償片直流電橋特點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：電源易獲得、對(duì)導(dǎo)線要求低、易平衡

缺點(diǎn)：后接放大電路困難、直流放大器易受零漂影響2.交流電橋

交流電橋的平衡條件交流電橋的一般形式與直流電橋相似,但Z1、Z2、Z3、Z4為復(fù)阻抗，U為交流電壓源，開(kāi)路輸出電壓為U0。其電壓輸出為

平衡條件為

或

交流電橋平衡條件交流電橋的輸出：電容電橋電感電橋交流電阻橋及平衡交流電橋的特點(diǎn)1、供橋電源要求高2、電橋平衡困難3、后續(xù)處理容易測(cè)量誤差：例如★電橋中元件之間的互感影響★無(wú)感電阻的殘余電抗★鄰近交流電路對(duì)電橋的感應(yīng)作用★泄漏電阻以及元件之間★元件與地之間的分布電容等三、帶感應(yīng)偶合臂的電橋以上兩種電橋中的感應(yīng)耦合臂可代以差動(dòng)式三繞組電感傳感器，通過(guò)它的敏感元件——鐵心，將被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換為繞組間互感變化，再通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換為電壓或電流的輸出。帶感應(yīng)耦合臂的電橋與一般電橋比較，具有較高的精確度、靈敏度以及性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。二、電容式傳感器1、定義電容式傳感器——將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電容量變化的裝置，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。2、變換原理

從物理學(xué)已知，由兩個(gè)平行極板組成的電容器，其電容量

式中:

ε——極板間介質(zhì)的相對(duì)介電系數(shù)，在空氣中ε=1

ε0——真空中介電常數(shù)(F／m)，

δ——極板間距離(m)

A——極板面積(m2)

如果保持其中兩個(gè)參數(shù)不變，而僅改變另一個(gè)參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化變換成電容量的變化。

根據(jù)電容器變化的參數(shù)，可分為:

★極距變化型

★面積變化型

★介質(zhì)變化型★極距變化型可見(jiàn)：

靈敏度S與δ成反比，極距越小，靈敏度越高；

靈敏度隨極距而變化，引起了非線性誤差?！锩娣e變化型

面積變化型電容傳感器的優(yōu)點(diǎn)是輸出與輸入成線性關(guān)系，但與極距變化型相比，靈敏度較低，適用于較大直線位移及角位移測(cè)量。

★介質(zhì)變化型測(cè)量：電介質(zhì)的液位、某些材料的溫度、濕度和厚度等。圖3-14a是在兩固定極板間有一個(gè)介質(zhì)層(如紙張、電影膠片等)通過(guò)。當(dāng)介質(zhì)層的厚度、溫度或濕度發(fā)生變化時(shí)，其介電常數(shù)發(fā)生變化，引起電極之間的電容量變化。圖3-14b是一種電容式液位計(jì)，當(dāng)被測(cè)液面位置發(fā)生變化時(shí)，兩電極浸入高度也發(fā)生變化，引起電容量的變化。2、測(cè)量電路電容傳感器將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電容量的變化以后，由后續(xù)電路轉(zhuǎn)換為電壓、電流或頻率信號(hào)。常用的電路有：電橋型電路、直流極化電路、諧振電路、調(diào)頻電路和運(yùn)算放大電路（1）電橋型電路將電容傳感器作為橋路的一部分，由電容變化轉(zhuǎn)換為電橋的電壓輸出，通常采用電阻、電容或電感、電容組成的交流電橋。

圖3-15是一種電感、電容組成的橋路，電橋的輸出為一調(diào)幅波，經(jīng)放大、相敏解調(diào)、濾波后獲得輸出，再推動(dòng)顯示儀表。（2）直流極化電路又稱為靜壓電容傳感器電路，多用于電容傳聲器或壓力傳感器。輸出電壓與膜片位移速度成正比，因此這種傳感器可以測(cè)量氣流(或液流)的振動(dòng)速度，進(jìn)而得到壓力。（3）諧振電路為了獲得較好的線性，一般工作點(diǎn)應(yīng)選擇在諧振曲線一邊的線性區(qū)域內(nèi)。特點(diǎn)：比較靈敏，但缺點(diǎn)是工作點(diǎn)不易選好，變化范圍也較窄，傳感器連接電纜的分布電容影響也較大。（4）調(diào)頻電路特點(diǎn)：具有抗干擾性強(qiáng)、靈敏度高等可測(cè)0.01um的位移變化量電纜分布電容的影響較大，使用中有一些麻煩。（5）運(yùn)算放大電路可知，輸出電壓與電容傳感器間隙δ成線性關(guān)系這種電路用于位移測(cè)量傳感器三、電感傳感器定義電感傳感器——把被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電感量變化的傳感器。分類：

1、

自感型電感傳感器可變磁阻式、渦流式

2、互感型電感傳感器(差動(dòng)變壓器式電感傳感器)1、自感型電感傳感器1）可變磁阻型式中：l——鐵心導(dǎo)磁長(zhǎng)度；

u——鐵心磁導(dǎo)率；

A——鐵心磁導(dǎo)截面積；

δ——?dú)庀堕L(zhǎng)度；

u0——空氣磁導(dǎo)率；

A0——空氣氣隙導(dǎo)磁截面積（m2）可見(jiàn)有三種型式的可變磁阻式電感傳感器：變氣隙型、變面積型及變磁導(dǎo)率型a)變氣隙型可見(jiàn)L與δ之間的關(guān)系為雙曲線關(guān)系，是非線性關(guān)系，測(cè)量會(huì)產(chǎn)生線性誤差。靈敏度為：

為減少測(cè)量誤差，須采取措施：

（Ⅰ）限制測(cè)量范圍（δ0，δ0+Δδ）

一般Δδ/δ0≤0.1

應(yīng)用:測(cè)量小位移0.001～1mm.（Ⅱ）采用差動(dòng)式銜鐵移動(dòng)時(shí)一個(gè)δ0↑,另一個(gè)δ0↓使得一個(gè)L↑,另一個(gè)L↓,將兩個(gè)線圈接入電橋的相鄰橋臂,利用電橋的加減特性達(dá)到減小測(cè)量非線性誤差的目的.

特點(diǎn)：靈敏高、非線性誤差大b)面積變化型

L與A0為線性關(guān)系,測(cè)量線性誤差小,但與變氣隙型傳感器相比靈敏度較低.

特點(diǎn)：靈敏低、非線性誤差??；c)螺管線圈型（變磁導(dǎo)率）傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易，但靈敏度低，適用于較大位移(數(shù)毫米)測(cè)量雙螺管線圈差動(dòng)型，較之單螺管型有較高靈敏度及線性，被用于電感測(cè)微計(jì)上，常用測(cè)量范圍為0—300um，最小分辨力為0.5um這種傳感器的線圈接于電橋上(見(jiàn)圖3-23a)，構(gòu)成兩個(gè)橋臂，線圈電感L1、L2：隨鐵心位移而變化，其輸出特性如圖3-23b所示。（2）渦流式變換原理——金屬導(dǎo)體在交流磁場(chǎng)中的渦流電效應(yīng)（渦流效應(yīng)）即交流磁場(chǎng)中的導(dǎo)體由于集膚效應(yīng)，在金屬體內(nèi)產(chǎn)生閉和的感應(yīng)電流（渦電流）。Z=f(δ,ρ,μ,r,I,ω)應(yīng)用：變?chǔ)模簻y(cè)位移、厚度、振幅、轉(zhuǎn)速、計(jì)數(shù)等；變?chǔ)眩航饘俚摩?、硬度、熱處理的性能、合金成分等；變?chǔ)蹋簾o(wú)損探傷、殘余應(yīng)力、材質(zhì)檢測(cè)等。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾性強(qiáng)、不受油污塵埃等介質(zhì)的影響、非接觸測(cè)量。測(cè)量電路調(diào)頻電路特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)：渦流式傳感器可用于動(dòng)態(tài)非接觸測(cè)量，測(cè)量范圍視傳感器結(jié)構(gòu)尺寸、線圈匝數(shù)和勵(lì)磁頻率而定，一般從±(1—10)mm不等，最高分辨力可達(dá)0.1um。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、不受油污等介質(zhì)的影響等優(yōu)點(diǎn)。因此，近年來(lái)渦流式位移和振動(dòng)測(cè)量?jī)x、測(cè)厚儀和無(wú)損檢測(cè)探傷儀等在機(jī)械、冶金等部門中日益得到廣泛應(yīng)用。

實(shí)際上，這種傳感器在徑向振擺、回轉(zhuǎn)軸誤差運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)速和厚度測(cè)量，以及在零件計(jì)數(shù)、表面裂紋和缺陷測(cè)量中都有應(yīng)用。應(yīng)用實(shí)例2、互感型——差動(dòng)變壓器式電感傳感器原理：電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象

M——互感，大小與兩線圈相對(duì)位置及周圍介質(zhì)的導(dǎo)磁能力等有關(guān)，表明兩線圈之間的偶合程度。

圖3—31是一種用于小位移測(cè)量的差動(dòng)相敏檢波電路工作原理圖。在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，鐵心處于中間位置，調(diào)節(jié)電阻R，·使零點(diǎn)殘余電壓減??；當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)，鐵心移上或移下，其輸出電壓經(jīng)交流放大、相敏檢波、濾波后得到直流輸出，由表頭指示輸入位移量大小和方向。

上圖是一種用于小位移測(cè)量的差動(dòng)相敏檢波電路。在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，鐵心處于中間位置，調(diào)節(jié)電阻及，使零點(diǎn)殘余電壓減??；當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)，鐵心移上或移下，其輸出電壓經(jīng)交流放大、相敏檢波、濾波后得到直流輸出，由表頭指示輸入位移量大小和方向?！?/p>

差動(dòng)變壓器式電感傳感器具有精確度高(最高分辨力可達(dá)0.1um)、線性范圍大(可擴(kuò)展到土100mm)、穩(wěn)定性好和使用方便的特點(diǎn)，被廣泛用于直線位移測(cè)定。但其實(shí)際測(cè)量頻率上限受到傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制?！锝柚趶椥栽梢詫毫?、重量等物理量轉(zhuǎn)換為位移的變化，故也將這類傳感器用于壓力、重量等物理量的測(cè)量。第四節(jié)磁電、壓電與熱電式傳感器一、磁電式傳感器磁電式傳感器——把被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一種傳感器，又稱電磁感應(yīng)式或電動(dòng)力式傳感器。

從電工學(xué)已知，對(duì)于一個(gè)線圈，當(dāng)穿過(guò)該線圈的磁通發(fā)生變化時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，取決于匝數(shù)和穿過(guò)線圈的磁通變化率。

磁通變化率與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁路磁阻、線圈的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，故若改變其中一個(gè)因素，都會(huì)改變線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

按照結(jié)構(gòu)方式不同，磁電式傳感器可分：動(dòng)圈式、磁阻式1、動(dòng)圈式B——磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；l——單匝線圈有效長(zhǎng)度；N——線圈匝數(shù)；V——線圈與磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；θ——線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角。當(dāng)θ=900時(shí)e=NBlv角速度型傳感器e=kNBAω磁阻式傳感器使用簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在不同場(chǎng)合下可用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速、偏心量、振動(dòng)等。2、磁阻式二、壓電式傳感器定義——把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電荷量的傳感器。壓電效應(yīng)——某些物質(zhì)，如石英、鈦酸鋇等，當(dāng)受到外力作用時(shí)，不僅幾何尺寸發(fā)生變化，而且內(nèi)部極化，表面上有電荷出現(xiàn)，形成電場(chǎng)。當(dāng)外力去除后，又重新恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)。逆壓電效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)）——如果將這些物質(zhì)置于電場(chǎng)中，其幾何尺寸也發(fā)生變化。這種由于外電場(chǎng)作用導(dǎo)致物質(zhì)的機(jī)械變形的現(xiàn)象。壓電材料——具有壓電效應(yīng)的材料，壓電單晶體、壓電多晶體。壓電單晶體：如石英、酒石酸鉀鈉等；壓電多晶體：如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等;

壓電薄膜：聚偏二乙烯（PVdF）兩端為一對(duì)稱的棱錐，六棱柱是它的基本組織，縱軸Z-Z稱為光軸，通過(guò)六角棱線而垂直于光軸的軸線x-X稱作電軸，垂直于棱面的軸線y-y稱作機(jī)械軸，如圖3—35b?？v向壓電效應(yīng)、橫向壓電效應(yīng)、切向壓電效應(yīng)

3、壓電式傳感器及等效電路實(shí)驗(yàn)證明，在極板上積聚的電荷量q與作用力F成正比，即：

q=DF

式中:D——壓電常數(shù)，與材質(zhì)及切片方向有關(guān)。實(shí)際壓電傳感器往往用兩個(gè)或兩個(gè)以上并接或串接的晶片。（Ⅰ）并接時(shí)(圖3—37b)電容量大，輸出電荷量大，時(shí)間常數(shù)大，宜于測(cè)量緩變信號(hào)，宜用于以電荷量輸出的場(chǎng)合。（Ⅱ）串接時(shí)(圖3-37c)傳感器本身電容量小，輸出電壓大，適用于以電壓作為輸出信號(hào)。式(3-38)表明：壓電元件的電壓輸出還受回路的時(shí)間常數(shù)的影響。在測(cè)試動(dòng)態(tài)量時(shí)，為了建立一定的輸出電壓并實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量，壓電式傳感器的測(cè)量電路必須有高輸入阻抗并在輸入端并聯(lián)一定的電容Ci以加大時(shí)間常數(shù)R0C。但并聯(lián)電容過(guò)大也會(huì)使輸出電壓降低過(guò)多，降低了測(cè)量裝置的靈敏度。4、測(cè)量電路壓電式傳感器輸出信號(hào)：（1）輸出電信號(hào)是很微弱的電荷；（2）傳感器本身有很大內(nèi)阻；故輸出能量甚微，給后接電路帶來(lái)困難。前置放大器的作用：（1）放大（2）阻抗變換（高輸入阻抗→低輸出阻抗）然后用一般的放大、檢波電路將信號(hào)輸給指示儀表或記錄器。前置放大器電路有兩種形式：（1）用電阻反饋的電壓放大器，其輸出電壓與輸入電壓(即傳感器的輸出)成正比；

（2）另一種是帶電容反饋的電荷放大器，其輸出電壓與輸入電荷成正比。(1)電壓放大器(2)電荷放大器上式表明：在一定條件下，電荷放大器的輸出電壓與傳感器的電荷量成正比，并且與電纜分布電容無(wú)關(guān)。因此，采用電荷放大器時(shí)，即使連接電纜長(zhǎng)度達(dá)百米以上時(shí)，其靈敏度也無(wú)明顯變化，這是電荷放大器突出的優(yōu)點(diǎn)。但與電壓放大器相比，其電路復(fù)雜，價(jià)格昂貴。5、壓電式傳感器的應(yīng)用特性：頻率范圍寬：0Hz到數(shù)十兆赫低端：由于有電荷泄漏，難精確測(cè)量常值量（力）；低頻時(shí)，壓電式傳感器振動(dòng)角頻率小，靈敏度小，輸出信號(hào)微弱，信噪比小。高端：取決于結(jié)構(gòu)的聯(lián)接剛度；測(cè)量力、壓力、振動(dòng)加速度、也用于聲學(xué)（包括超聲）和聲發(fā)射等；壓電式傳感器常用來(lái)測(cè)量應(yīng)力、壓力、振動(dòng)的加速度，也用于聲、超聲和聲發(fā)射等測(cè)量。

壓電效應(yīng)是一種力一電荷變換，可直接用作力的測(cè)量。現(xiàn)在已形成系列的壓電式力傳感器，測(cè)量范圍從微小力值10-3N到104kN，動(dòng)態(tài)范圍一般為60dB；測(cè)量方向有單方向的，也有多方向的。

壓電式力傳感器有兩種形式：一種是利用膜片式彈性元件，通過(guò)膜片承壓面積將壓力轉(zhuǎn)換為力。膜片中間有凸臺(tái)，凸臺(tái)背面放置壓電片。力通過(guò)凸臺(tái)作用于壓電片上，使之產(chǎn)生相應(yīng)的電荷量。

另一種是利用活塞的承壓面承受壓力，并使活塞所受的力通過(guò)在活塞另一端的頂桿作用在壓電片上。測(cè)得此作用力便可推算出活塞所受的壓力。

現(xiàn)在廣泛采用壓電式傳感器來(lái)測(cè)量加速度。此種傳感器的壓電片處于其殼體和一質(zhì)量塊之間，用強(qiáng)彈簧(或預(yù)緊螺栓)將質(zhì)量塊、壓電片緊壓在殼體上。運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器殼體推動(dòng)壓電片和質(zhì)量塊一起運(yùn)動(dòng)。在加速時(shí)，壓電片承受由質(zhì)量塊加速而產(chǎn)生的慣性力。

壓電式傳感器按不同需要做成不同靈敏度、不同量程和不同大小，形成系列產(chǎn)品。大型高靈敏度加速度計(jì)靈敏閾可達(dá)10-6gn。(gn——標(biāo)準(zhǔn)重力加速度，作為一個(gè)加速度單位，其值為1gn=9.80665m/s2)，但其測(cè)量上限也很小，只能測(cè)量微弱振動(dòng)。而小型的加速度計(jì)僅重0.14g，靈敏度雖低，但可測(cè)量上千g的強(qiáng)振動(dòng)。

壓電式傳感器的工作頻率范圍廣，理論上其低端從直流開(kāi)始，高端截止頻率取決于結(jié)構(gòu)的連接剛度，一般為數(shù)十赫到兆赫的量級(jí)，這使它廣泛用于各領(lǐng)域的測(cè)量。壓電式傳感器內(nèi)阻很高，產(chǎn)生的電荷量很小，易受傳輸電纜分布電容的影響，必須采用前面已談到的阻抗變換器或電荷放大器。已有將阻抗變換器和傳感器集成在一起的集成傳感器，其輸出阻抗很低。由于電荷的泄漏，使壓電式傳感器實(shí)際上低端工作頻率無(wú)法達(dá)到直流，難以精確測(cè)量常值力。在低頻振動(dòng)時(shí)，壓電式加速度計(jì)振動(dòng)圓頻率小，受靈敏度限制，其輸出信號(hào)很弱，信噪比差。尤其在需要通過(guò)積分網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲取振動(dòng)的速度和加速度值的情況下，網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)算放大器的漂移及低頻噪聲的影響，使得難于在小于1Hz的低頻段中應(yīng)用壓電式加速度計(jì)。

壓電式傳感器一般用來(lái)測(cè)量沿其軸向的作用力，該力對(duì)壓電片產(chǎn)生縱向效應(yīng)并產(chǎn)生相應(yīng)的電荷，形成傳感器通常的輸出。然而，垂直于軸向的作用力，也會(huì)使壓電片產(chǎn)生橫向效應(yīng)和相應(yīng)的輸出，稱為橫向輸出。與此相應(yīng)的靈敏度，稱為橫向靈敏度。對(duì)于傳感器而言，橫向輸出是一種干擾和產(chǎn)生測(cè)量誤差的原因。使用時(shí)，應(yīng)該選用橫向靈敏度小的傳感器。一個(gè)壓電式傳感器各方向的橫向靈敏度是不同的。為了減少橫向輸出的影響，在安裝使用時(shí)，應(yīng)力求使最小橫向靈敏度方向與最大橫向干擾力方向重合。顯然，關(guān)于橫向干擾的討論，同樣適用于壓電式加速度計(jì)。

環(huán)境溫度、濕度的變化和壓電材料本身的時(shí)效，都會(huì)引起壓電常數(shù)的變化，導(dǎo)致傳感器靈敏度的變化。因此，經(jīng)常校準(zhǔn)壓電式傳感器是十分必要的。壓電式傳感器的工作原理是可逆的，施加電壓于壓電晶片，壓電片便產(chǎn)生伸縮。所以壓電片可以反過(guò)來(lái)做“驅(qū)動(dòng)器”。例如對(duì)壓電晶片施加交變電壓，則壓電片可作為振動(dòng)源，可用于高頻振動(dòng)臺(tái)、超聲發(fā)生器、揚(yáng)聲器以及精密的微動(dòng)裝置。三、熱電式傳感器熱電式傳感器——把被測(cè)量(主要是溫度)轉(zhuǎn)換為電量變化的一種裝置，其變換是基于金屬的熱電效應(yīng)。熱電效應(yīng)——把兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成圖3-39所示的閉合回路，如果將它們的兩個(gè)接點(diǎn)分別置于溫度為T及T0(假定T>T0)的熱源中，則在該回路內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。按照變換方式的不同，可分為：熱電偶熱電阻傳感器。（1）熱電偶工作原理熱電勢(shì)由接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)組成溫差電動(dòng)勢(shì)——在同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電動(dòng)勢(shì)。由于高溫端(T)的電子能量比低溫端的電子能量大，故由高溫端運(yùn)動(dòng)到低溫端的電子數(shù)較由低溫端運(yùn)動(dòng)到高溫端的電子數(shù)多，使得高溫端帶正電，而低溫端帶負(fù)電，從而在導(dǎo)體兩端形成一個(gè)電勢(shì)差，即溫差電動(dòng)勢(shì)(關(guān)于熱電偶的工作原理詳見(jiàn)：常健生．檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．1996)。所以，當(dāng)熱電偶材料一定時(shí)，熱電偶的總熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T，T0)成為溫度T和T0的函數(shù)差。即

如果使冷端溫度T0固定，則對(duì)一定材料的熱電偶，其總熱電動(dòng)勢(shì)就只與溫度T成單值函數(shù)關(guān)系式中C——由固定溫度T0決定的常數(shù)。這一關(guān)系式可通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法獲得，它在實(shí)際測(cè)溫中是很有用處。關(guān)于熱電偶回路有以下特點(diǎn)：1)若組成熱電偶的回路的兩種導(dǎo)體相同，則無(wú)論兩接點(diǎn)溫度如何，熱電偶回路中的總熱電動(dòng)勢(shì)為零；2)若熱電偶兩接點(diǎn)溫度相同，則盡管導(dǎo)體A、B的材料不同，熱電偶回路中的總熱電動(dòng)勢(shì)也為零；3)熱電偶AB的熱電動(dòng)勢(shì)與導(dǎo)體材料A、B的中間溫度無(wú)關(guān)，而只與接點(diǎn)溫度有關(guān)；4)熱電偶AB在接點(diǎn)溫度T2、T3時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)，等于熱電偶在接點(diǎn)溫度為T1、T2和T2、T3時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)總和；5)在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)線，只要第三種導(dǎo)線的兩端溫度相同，第三種導(dǎo)線的引入不會(huì)影響熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，這一性質(zhì)稱為中間導(dǎo)體定律；

從實(shí)用觀點(diǎn)來(lái)看，中間導(dǎo)體定律很重要。利用這個(gè)性質(zhì)，我們才可以在回路中引入各種儀表、連接導(dǎo)線等，而不必?fù)?dān)心會(huì)對(duì)熱電動(dòng)勢(shì)有影響，而且也允許采用任意的焊接方法來(lái)焊制熱電偶。同時(shí)應(yīng)用這一性質(zhì)還可以采用開(kāi)路熱電偶對(duì)液態(tài)金屬和金屬壁面進(jìn)行溫度測(cè)量(見(jiàn)圖3-40)，只要保證兩熱電極A、B接入處溫度一致，則不會(huì)影響整個(gè)回路的總熱電動(dòng)勢(shì)。6)當(dāng)溫度為T1、T2時(shí)，用導(dǎo)體A、B組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)等于AC熱電偶和CB熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)的和，即導(dǎo)體C稱為標(biāo)準(zhǔn)電極(一般由鉑制成)，故把這一性質(zhì)稱為標(biāo)準(zhǔn)電極定律。（2）熱電偶的分類分成：鉑銠——鉑熱電偶(WRLB)鎳鉻一鎳硅(鎳鉻—鎳鋁)熱電偶(WREU)鎳鉻一考銅熱電偶(WREA)鉑銠30一鉑銠6(WRLL)熱電偶超高溫?zé)犭娕?測(cè)溫可達(dá)2000℃，精度±1％)低溫?zé)犭娕?可在2—273K低溫范圍內(nèi)使用，靈敏度為10uV／℃)快速測(cè)量壁面溫度的薄膜熱電偶(測(cè)量厚度0.01～0.1mm)非金屬材料熱電偶。

1)鉑銠——鉑熱電偶(WRLB)

由0.5mm的純鉑絲和同直徑的鉑銠絲(鉑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90％，銠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％)制成，用符號(hào)LB表示。括號(hào)中符號(hào)WR指熱電偶。

在LB熱電偶中，鉑銠絲為正極，純鉑絲為負(fù)極。此種熱電偶在300℃以下范圍可長(zhǎng)時(shí)間使用，在良好的使用環(huán)境下可短期測(cè)量1600℃高溫。由于容易得到高純度的鉑和鉑銠，故LB熱電偶的復(fù)制精度和測(cè)量精度較高，可用于精密溫度測(cè)量和作基準(zhǔn)熱電偶。LB熱電偶在氧化性或中性介質(zhì)中具有較高的物理化學(xué)穩(wěn)定性。其主要缺點(diǎn)是熱電動(dòng)勢(shì)較弱；在高溫時(shí)易受還原性氣體所發(fā)出的蒸汽和金屬蒸汽的侵害而變質(zhì)；鉑銠絲中的銠分子在長(zhǎng)期使用后因受高溫作用而產(chǎn)生揮發(fā)現(xiàn)象，使鉑絲受到污染而變質(zhì)，從而引起熱電偶特性變化，失去測(cè)量準(zhǔn)確性；

LB熱電偶的材料系貴重金屬，成本較高。

2)鎳鉻一鎳硅(鎳鉻—鎳鋁)熱電偶(WREU)

由鎳鉻與鎳硅制成，用符號(hào)EU表示。熱電偶絲直徑約φ0.2—2.5mm。鎳鉻為正極，鎳硅為負(fù)極。

EU熱電偶化學(xué)穩(wěn)定性較高，可在氧化性或中性介質(zhì)中長(zhǎng)時(shí)間地測(cè)量900℃以下的溫度，短期測(cè)量可達(dá)1200℃；如果用于還原性介質(zhì)中，則會(huì)很快受到腐蝕，在此情況下只能用于測(cè)量500℃以下溫度。

EU熱電偶具有復(fù)制性好，產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)大，線性好，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。雖然測(cè)量精度偏低，但能滿足大多數(shù)工業(yè)測(cè)量的要求，是工業(yè)測(cè)量中最常用的熱電偶之一。3)鎳鉻一考銅熱電偶(WREA)由鎳鉻材料與鎳、銅合金材料組成，用符號(hào)EA表示。熱偶絲直徑一般為φ1.2—2.0mm。鎳鉻為正極，考銅為負(fù)極。適宜于還原性或中性介質(zhì)，長(zhǎng)期使用溫度在600℃以下，短期測(cè)量可達(dá)800℃。

EA熱電偶的特點(diǎn)是熱電靈敏度高、價(jià)格便宜，但測(cè)溫范圍低且窄，考銅合金易受氧化而變質(zhì)。4)鉑銠30一鉑銠6(WRLL)熱電偶這種熱電偶以鉑銠30絲(鉑質(zhì)量分?jǐn)?shù)70％，銠質(zhì)量分?jǐn)?shù)30％)為正極，鉑銠6絲(鉑質(zhì)量分?jǐn)?shù)94％，銠質(zhì)量分?jǐn)?shù)6％)為負(fù)極。

可長(zhǎng)期測(cè)量1600℃的高溫，短期測(cè)量可達(dá)1800℃。LL熱電偶性能穩(wěn)定、精度高，適于在氧化性或中性介質(zhì)中使用。但它產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)小，且價(jià)格昂貴。

LL熱電偶由于在低溫時(shí)熱電動(dòng)勢(shì)極小，因此冷端在40℃以下時(shí)，對(duì)熱電動(dòng)勢(shì)可不必修正。超高溫?zé)犭娕?測(cè)溫可達(dá)2000℃，精度±1％)、低溫?zé)犭娕?可在2—273K低溫范圍內(nèi)使用，靈敏度為10uV／℃)、快速測(cè)量壁面溫度的薄膜熱電偶(測(cè)量厚度0.01～0.1mm)

非金屬材料熱電偶。利用石墨和難熔化合物作為高溫?zé)犭娕疾牧峡梢越鉀Q金屬熱電偶材料無(wú)法解決的問(wèn)題。這些非金屬材料熔點(diǎn)高，而且在2000℃以上的高溫下也很穩(wěn)定。綜上所述，各種熱電偶都具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，因此在選用時(shí)應(yīng)根據(jù)測(cè)溫范圍、測(cè)溫狀態(tài)和介質(zhì)情況綜合考慮。

在測(cè)量時(shí)，為使熱電偶與被測(cè)溫度間呈單值函數(shù)關(guān)系，需要一些特定的處理手段或補(bǔ)償使熱電偶冷端的溫度保持恒定。2、熱電阻傳感器利用電阻隨溫度變化的特點(diǎn)制成的傳感器叫熱電阻傳感器，它主要用于對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參數(shù)測(cè)定。按熱電阻的性質(zhì)來(lái)分，可分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩大類，前者通常簡(jiǎn)稱為熱電阻，后者稱為熱敏電阻(見(jiàn)本章第七節(jié))。熱電阻由電阻體、絕緣套管和接線盒等主要部件組成

電阻體是熱電阻的最主要部分（敏感元件）。

(1)鉑電阻鉑電阻的特點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠。鉑在氧化性介質(zhì)中，特別是在高溫下的物理、化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定。但是，在還原性介質(zhì)中，特別是在高溫下很容易被從氧化物中還原出來(lái)的蒸汽所污染，會(huì)使鉑絲變脆，并改變其電阻與溫度間的關(guān)系。

通?？捎媒?jīng)驗(yàn)公式描述鉑電阻的溫度關(guān)系Rt

——溫度為t0C時(shí)的電阻值；R0——溫度為00C時(shí)的電阻值；A

——常數(shù)，B——常數(shù)，鉑的純度常以來(lái)表示，根據(jù)1968年國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定，其值不得小于1.3925。

鉑電阻體是用很細(xì)的鉑絲繞在云母、石英或陶瓷支架上做成的。常用的WZB型鉑電阻體是由直徑為0.03—0.07mm的鉑絲繞在云母片制成的平板型支架上(見(jiàn)圖3-42所示)，鉑絲繞組的出線端與銀絲引出線相焊，并穿上瓷套管加以絕緣和保護(hù)。(2)銅電阻鉑是貴重金屬，在一些測(cè)量精度要求不高且溫度范圍較低的場(chǎng)合，一般采用銅電阻，其測(cè)量范圍為-50～1500C。銅電阻具有線性度好、電阻溫度系數(shù)高以及價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。

銅熱電阻的缺點(diǎn)：電阻率小，所以制成一定阻值的電阻時(shí)，與鉑材料相比，銅電阻絲要細(xì)，導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度不高；或者增加電阻絲的長(zhǎng)度，使得電阻體積較大。另外，當(dāng)溫度超過(guò)1000C時(shí)，銅容易氧化，因此它只能在低溫和沒(méi)有浸蝕性介質(zhì)中工作。銅電阻體是一個(gè)銅絲繞組(包括錳銅補(bǔ)償部分)，它是由直徑約為0.1mm的絕緣銅絲雙繞在圓形塑料支架上。(3)其他熱電阻

近年來(lái)，伴隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，一些新型熱電阻得到應(yīng)用。

1）銦電阻一種高精度低溫?zé)犭娮?。銦的熔點(diǎn)約為429K，在4.2-15K溫度范圍內(nèi)靈敏度比鉑高10倍，故可用于鉑電阻不能使用的低溫范圍。用99.999％高純度銦絲制成的熱電阻，在4.2K到室溫的整個(gè)范圍內(nèi)，測(cè)量精度可達(dá)土0.001K。其缺點(diǎn)是材料很軟，復(fù)制性很差。

2)錳電阻在2-63K的低溫范圍內(nèi)，電阻隨溫度變化很大，靈敏度高，在2—16K的溫度范圍內(nèi)電阻率隨溫度平方變化，摻以α—錳，這個(gè)平分關(guān)系可以擴(kuò)展到21K；磁場(chǎng)對(duì)錳電阻影響不大，且有規(guī)律。錳電阻的缺點(diǎn)是脆性大，難以拉制成絲。

3)碳電阻在低溫下靈敏度高、熱容量小，適合作液氦溫閾的溫度計(jì)。碳電阻對(duì)磁場(chǎng)不敏感、價(jià)格便宜、操作方便。其缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性較差。第十節(jié)傳感器的選用原則如何根據(jù)測(cè)試目的和實(shí)際條件，合理地選用傳感器，是經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。因此，本節(jié)在常用傳感器的初步知識(shí)的基礎(chǔ)上，就合理選用傳感器的一些注意事項(xiàng)，作一概略介紹。

以不失真測(cè)試條件為原則，靜動(dòng)態(tài)特性綜合考慮，以動(dòng)態(tài)特性為主的方法進(jìn)行選用。

一、靜態(tài)特性1．靈敏度

傳感器靈敏度越高越好、信噪比越大越好、交叉靈敏度越小越好一般講，傳感器靈敏度越高越好，因?yàn)殪`敏度越高，意味著傳感器所能感知的變化量越小，被測(cè)量稍有一微小變化時(shí)，傳感器就有較大的輸出。當(dāng)然也應(yīng)考慮到，當(dāng)靈敏度越高時(shí)，與測(cè)量信號(hào)無(wú)關(guān)的外界干擾也越容易混入，并被放大裝置所放大。這時(shí)必須考慮既要檢測(cè)微小量值，又要干擾小。為保證此點(diǎn)，往往要求信噪比越大越好，既要求傳感器本身噪聲小，且不易從外界引入干擾。

當(dāng)被測(cè)量是個(gè)向量時(shí)，那么要求傳感器在該方向靈敏度越高越好，而橫向靈敏度越小越好。在測(cè)量多維向量時(shí)，還應(yīng)要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。此外，和靈敏度緊密相關(guān)的是測(cè)量范圍。除非有專門的非線性校正措施，最大輸入量不應(yīng)使傳感器進(jìn)入非線性區(qū)域，更不能進(jìn)入飽和區(qū)域。某些測(cè)試工作要在較強(qiáng)的噪聲干擾下進(jìn)行。這時(shí)對(duì)傳感器來(lái)講，其輸入量不僅包括被測(cè)量，也包括干擾量；兩者之和不能進(jìn)入非線性區(qū)。過(guò)高的靈敏度會(huì)縮小其適用的測(cè)量范圍。希望回程誤差小一些

二、響應(yīng)特性

(動(dòng)態(tài)特性)

在所測(cè)頻率范圍內(nèi)，傳感器的響應(yīng)特性必須滿足不失真測(cè)量條件。此外，實(shí)際傳感器的響應(yīng)總有一定遲延，但總希望遲延時(shí)間愈短愈好。一般講，利用光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)等物性型傳感器，響應(yīng)較快，可工作頻率范圍寬。而結(jié)構(gòu)型，如電感、電容、磁電式傳感器等，往往由于結(jié)構(gòu)中的機(jī)械系統(tǒng)慣性的限制，其固有頻率低，可工作頻率較低。

在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，傳感器的響應(yīng)特性對(duì)測(cè)試結(jié)果有直接影響，在選用時(shí)，應(yīng)充分考慮到被測(cè)物理量的變化特點(diǎn)(如穩(wěn)態(tài)、瞬變、隨機(jī)等)。任何傳感器都有一定的線性范圍，在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系。線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測(cè)量精確度的基本條件。例如：測(cè)力彈性元件，其材料的彈性限是決定測(cè)力量程的基本因素。當(dāng)超過(guò)彈性限時(shí)，將產(chǎn)生線性誤差。然而任何傳感器都不容易保證其絕對(duì)線性，在許可限度內(nèi)，可以在其近似線性區(qū)域應(yīng)用。3．線性范圍

例如：變間隙型的電容、電感傳感器，均采用在初始間隙附近的近似線性區(qū)內(nèi)工作。選用時(shí)必須考慮被測(cè)物理量的變化范圍，令其線性誤差在允許范圍以內(nèi)。

4．可靠性

可靠性——指儀器、裝置等產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)可完成規(guī)定功能的能力。只有產(chǎn)品的性能參數(shù)(特別是主要性能參數(shù))均處于規(guī)定的誤差范圍內(nèi)，方能視為可完成規(guī)定的功能。須選用設(shè)計(jì)、制造良好，使用條件適宜的傳感器；使用過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格保持規(guī)定的使用條件，盡量減輕使用條件的不良影響。

例如電阻應(yīng)變式傳感器，濕度會(huì)影響其絕緣性；溫度會(huì)影響其零漂；長(zhǎng)期使用會(huì)產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象。對(duì)于變間隙型的電容傳感器，環(huán)境濕度或浸入間隙的油劑，會(huì)改變介質(zhì)的介電常數(shù)。光電傳感器的感光表面有塵?；蛩麜r(shí)，會(huì)改變光通量、偏振性或光譜成份。

磁電式傳感器或霍爾效應(yīng)元件等，當(dāng)在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中工作時(shí)，亦會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差。

滑線電阻式傳感器表面有塵埃時(shí)，將引入噪聲等。

在機(jī)械工程中，有些機(jī)械系統(tǒng)或自動(dòng)化加工過(guò)程，往往要求傳感器能長(zhǎng)期地使用而不需經(jīng)常更換或校準(zhǔn)。而其工作環(huán)境又比較惡劣，塵埃、油劑、溫度、振動(dòng)等干擾嚴(yán)重。例如：熱軋機(jī)系統(tǒng)控制鋼板厚度的丫射線檢測(cè)裝置，用于自適應(yīng)磨削過(guò)程的測(cè)力系統(tǒng)或零件尺寸的自動(dòng)檢測(cè)裝置等，在這種情況下應(yīng)對(duì)傳感器可靠性有嚴(yán)格的要求。5．精確度

傳感器的精確度——表示傳感器的輸出與被測(cè)量真值一致的程度也并非要求傳感器的精確度愈高愈好，因?yàn)檫€應(yīng)考慮到經(jīng)濟(jì)性。傳感器精確度愈高，價(jià)格越昂貴。因此應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，尤其應(yīng)從測(cè)試目的出發(fā)來(lái)選擇。首先應(yīng)了解測(cè)試目的，判定是定性分析還是定量分析。如果是屬于相對(duì)比較的定性試驗(yàn)研究，只須獲得相對(duì)比較值即可，無(wú)需要求絕對(duì)量值，那么應(yīng)要求傳感器的精密度高。如果是定量分析，必須獲得精確量值，因而要求傳感器有足夠高精確度。例如為研究超精密切削機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的定位精確度、主