測試技術-第三章

第三章

常用傳感器本章內容1.

傳感器的分類和選用原則；2.

幾種常用傳感器（電阻傳感器、電容傳感器、電感傳感器、壓電傳感器等）的工作原理、用途和特點；

3.部分傳感器的后接電路；

本章要求掌握常用傳感器的工作原理、用途和特點，了解傳感器的后接電路和新型傳感器的基本知識。

本章重點

幾種常用傳感器的工作原理、用途、特點?！?.1傳感器概述§3.2電阻式傳感器§3.3電容式傳感器§3.4電感式傳感器§3.5壓電式傳感器§3.6磁電式傳感器§3.7新型傳感器第三章

常用傳感器傳感器是測試系統(tǒng)中的第一級，是感受和拾取被測信號的裝置

。在現代生活和生產及科學試驗中，有大量的、各種各樣的傳感器在各種系統(tǒng)中得到應用。下圖中的麥克風是將聲音這種物理量轉換成相應電信號的裝置，而彩色電視機中的光電二極管則是將遙控器發(fā)出的紅外線這種物理量檢測并變換成器件通斷電信號以控制相應的裝置，它們是日常生活中常見的傳感器的例子。§3.1概述3.1概述1.傳感器定義

傳感器是直接作用于被測量、并能按一定規(guī)律將其轉化為同種或別種量值輸出的器件。目前，傳感器轉換后的信號大多為電信號。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉換成電信號的裝置。非電量電量傳感器處于測試裝置的輸入端，其性能將直接影響著整個測試裝置的工作質量。2.傳感器的構成

傳感器一般由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件是傳感器的核心，它的作用是直接感受被測物理量，并對信號進行轉換輸出。輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號進行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。

dV3.傳感器的分類(1)按被測物理量分類:(2)按工作的物理基礎分類:(3)按信號變換特征:(4)按敏感元件與被測對象之間的能量關系:位移,力,溫度,流量等.機械式,電氣式,光學式,流體式等.物性型,結構型.能量轉換型和能量控制型.這種分類方法對使用者是方便的，但由于這種分類方法把用途相同而變換原理不同的傳感器分為一類，對研究和學習是不方便的。例如同是測量加速度用的傳感器，可利用各種變換原理和不同的傳感元件組成，有應變式、電容式、電感式和壓電式加速度傳感器等。因此，要研究一種用途的傳感器，必須研究多種傳感元件和傳感機理。A物性型與結構型傳感器物性型:依靠敏感元件材料本身物理性質的變化來實現信號變換.

例如:水銀溫度計,壓電測力計等.結構型:依靠傳感器結構參數的變化實現信號轉變.

例如:電容式和電感式傳感器等.B能量轉換型和能量控制型傳感器能量轉換型:直接由被測對象輸入能量使其工作.

例如:熱電偶溫度計,壓電式加速度計等.能量控制型:從外部供給能量并由被測量控制外部供給能量的變化.

例如:電阻應變片，電容式傳感器等.§3.2電阻式傳感器一、變阻器式傳感器

電阻式傳感器是一種把被測量轉換為電阻變化的傳感器。按其工作原理分為變阻器式和電阻應變式兩類。

1．變阻式傳感器的工作原理及分類

變阻式傳感器又稱為電位器式傳感器，由線圈、骨架及電刷三部分組成。根據R=ρx/A

，其靈敏度S＝ρ/A＝常值。常用的變阻器式傳感器有直線位移型、角位移型和非線性型等2.變阻器式傳感器特點應用優(yōu)點：缺點：由于電阻絲直徑限制，分辨率不高。且電刷與線圈之間存在干摩擦，不僅容易磨損，影響到使用壽命、降低可靠性和測量精度，而且要求輸入能量大。

①結構簡單，尺寸小，重量輕，價格低廉且性能穩(wěn)定，線性度好；②受環(huán)境因素（如溫度、濕度、電磁場干擾等）影響小；③可以實現輸入－輸出間任意函數關系；應用：綜上所述，此類傳感器適用于對精度要求不高、動作不太頻繁的較大線位移和角位移的測量。二、電阻應變式傳感器（－）概述

電阻應變式傳感器又稱電阻應變計，其敏感元件是電阻應變片，應變片是在用苯酚、環(huán)氧樹脂等絕緣材料浸泡過的玻璃基板上，粘貼直徑為0.025mm左右的金屬絲或金屬箔制成，如圖所示。敏感元件也叫敏感柵。根據其材料不同，應變片可分為：金屬電阻應變片和半導體電阻應變片兩大類。半導體應變片金屬電阻應變片

電阻應變片工作原理是基于金屬導體的應變效應，即金屬導體在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值隨著所受機械變形(伸長或縮短)的變化而發(fā)生變化的現象。

（二）、工作原理電阻應變效應：設金屬應變片金屬絲的長度為L，截面積為A、半徑為r、電阻率為ρ，則金屬絲的初始電阻R可表示為：當電阻絲受到拉力F作用時，將伸長Δl，橫截面積相應減小ΔA，電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素影響而改變了dρ，從而引起電阻值相對變化量為：式中：——電阻絲軸向相對變形，稱縱向應變；

——電阻絲徑向相對變形，稱橫向應變；

μ——電阻絲材料的泊松比；

dρ/ρ=λEε

——電阻率相對變化；

λ

——電阻材料的壓阻系數；

E——電阻材料的彈性模量。

（二）、工作原理得：ΔR/R=(1+2μ+λE)ε

=S0ε

式中：S0

——單位應變引起的電阻值變化，稱為金屬單絲的靈敏系數。

1+2μ——金屬絲受力后材料幾何形狀的變化引起的電阻相對變化；

λE——材料電阻率ρ發(fā)生變化引起的電阻相對變化。1、對金屬材料來說，電阻的變化與上述兩因素有關，但以前者為主。即：S0≈1+2μ。其靈敏度取值一般為1.7～5.6。

2、對于半導體材料，因半導體應變片是利用壓阻效應進行工作的，由于其壓阻系數λ及彈性模量E都比較大，所以其靈敏度主要取決于λE項。而其幾何變形引起的電阻的變化則很小，可忽略。即S0≈λE，其靈敏度取值一般為60～170。材料確定，則μ、λ、E均為常數，則應變片電阻的相對變化率ΔR/R與ε成線性關系。（三）金屬電阻應變片的結構及參數

常見的金屬電阻應變片的結構如下圖。按照敏感柵制造方式不同分為：

絲式：敏感柵由金屬電阻絲繞制而成。

箔式：敏感柵由金屬電阻箔采用光刻技術制造。

目前使用的多為金屬箔式應變片，其結構如圖所示金屬應變片的主要參數：

①

幾何參數：

②

電阻值R：

③

最大工作電流：④

靈敏度S：其它特性如溫度效應、應變極限、零漂等，可按照實際測試要求進行選擇。應變片敏感柵的尺寸b×l反映了應變片的有效工作面積，b稱為基寬，為敏感柵的橫向寬度。l

稱為基長，即敏感柵的縱向長度。b一般在10mm以下，l通常在2～30mm之間指應變片未經安裝也不受外力情況下于室溫時所測定的電阻值。它是使用應變片時應知道的一個特征參數。目前應變片的電阻值已趨于標準化，有60Ω，120Ω，200Ω，350Ω，1000?幾種規(guī)格，最常用的為120Ω。應變片規(guī)格一般以使用面積和電阻值表示。如3×20mm2，120歐姆

當應變片接入測量電路后，在電阻絲中要通過一定的電流，這個電流使得應變片溫度升高，影響測量精度，所以要規(guī)定通過的最大電流值。在靜態(tài)測試中，最大工作電流一般為25mA；動態(tài)測試一般為75～100mA將金屬絲做成應變片后的靈敏度值，要重新使用實驗方法確定。（四）半導體應變式傳感器

一、壓阻效應：

半導體材料受到應力作用時，其電阻率會發(fā)生變化，這種現象稱為壓阻效應。二、工作原理實際上，任何材料都不同程度地呈現壓阻效應，但半導體材料的這種效應特別強。電阻應變效應的分析公式也適用于半導體電阻材料，即：

如半導體硅，λ

=(40～80)×(10~11)m2/N，E=1.67×1011N/m2，則S0=50～100。顯然半導體電阻材料的靈敏系數比金屬絲的要高50～70倍。S0=（ΔR/R）/ε

=1+2μ+λE≈

λE優(yōu)點：①應變片結構輕小，對試件影響小。頻率響應好，適用于靜態(tài)測量和動態(tài)測量。②測量應變的靈敏度和分辨力高，可測量微應變，誤差小于1％。

③測量范圍廣，既可測量彈性變形，也可測量塑性變形。

④能適應各種環(huán)境，可在高（低）溫、超低壓、高壓、水下、強磁場以及輻射和化學腐蝕等惡劣環(huán)境下使用。缺點：①大應變狀態(tài)下具有較明顯的非線性；

②輸出信號較弱。（五）電阻應變式傳感器的優(yōu)缺點：金屬應變片工作實例：電阻應變式位移傳感器

（六）電阻應變式傳感器的應用電阻應變片在使用時通常將其接入測量電橋，以便將電阻的變化轉換成電壓量輸出。金屬應變片構成的這種電橋稱為惠斯登電橋?？梢圆捎秒姌虻囊粋€橋臂為一片金屬應變片、其他橋臂為固定電阻的方法[圖

(a)]，也可以采用在電橋上用2片或4片金屬應變片組成的橋路結構，以此提高傳感器的測量精度[圖

(b)]。圖

(a)圖

(b)（六）電阻應變式傳感器的應用應變式電阻傳感器的應用主要有兩個方面：1)直接測定結構的應力或應變?yōu)榱搜芯繖C械、建筑、橋梁等結構的某些部位或所有部位工作狀態(tài)下的受力變形情況，往往將不同形狀的應變片貼在結構的預定部位上，直接測得這些部位的拉、壓應力、彎矩等，為結構設計、應力校核或構件破壞及機器設備的故障診斷提供實驗數據或診斷信息。如圖

(a)，(b)所示給出了兩種實際應用的例子。立柱應力(b)橋梁應力2)將應變片貼于彈性元件上制成多種用途的應變傳感器用應變片貼于彈性元件上制成的傳感器可測量各種能使彈性元件產生應變的物理量，如壓力、流量、位移、加速度等。因為這時被測的物理量使彈性元件產生與之成正比的應變，這個應變再由應變片轉換成其自身電阻的變化。根據應變效應可知，應變片電阻的相對變化與應變片所感受的應變成比例，從而通過電阻與應變、應變與被測量的關系即可測得被測物理量的大小。例：電阻應變式位移傳感器

應變式傳感器的典型應用圖示為加速度傳感器。它由質量塊M、懸臂梁、基座組成．當外殼與被測振動體一起振動時，質量塊M的慣性力作用在懸臂梁上，梁的應變與振動體(即外殼)的加速度在一定頻率范圍內成正比，貼在梁上的應變片把應變轉換成為電阻的變化。應用實例：振動式地音入侵探測器

適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、打洞、爆破等破壞行為均可及時發(fā)現。應用實例：電子稱原理將物品重量通過懸臂梁轉化結構變形，再通過應變片轉化為電量輸出。應用實例：沖床生產記數

和生產過程監(jiān)測§3.3

電容式傳感器一、工作原理與特性1.變換原理:

將被測量的變化轉化為電容量變化兩平行極板組成的電容器,它的電容量為:+++

A

當被測量δ、A或ε發(fā)生變化時，都會引起電容的變化。如果保持其中的兩個參數不變，而僅改變另一個參數，就可把該參數的變化轉換為電容量的變化。2分類及其特性

（一)極距變化型:+++（三)介質變化型:（二)面積變化型:角位移型,平面線位移型,柱面線位移型.++++++（一）極距變化型：由此可得到傳感器的靈敏度為：從上式可看出，靈敏度S與極距平方成反比。一般通過減小初始極距來提高靈敏度。由于電容量C與極距δ呈非線性關系，這將引起非線性誤差。為了減小這一誤差，通常規(guī)定測量范圍。一般取極距變化范圍為，此時，傳感器的靈敏度近似為常數。實際應用中，為了提高傳感器的靈敏度、增大線性工作范圍和克服外界條件(如電源電壓、環(huán)境溫度等)的變化對測量精度的影響，常常采用差動型電容式傳感器。（一）極距變化型該傳感器使用時要注意：1、電容和極矩不是線性關系，只有測微位移時，才可認為是近似線性關系。2、要提高靈敏度，應該減小初始極矩。3、當極矩過小時，又容易擊穿，同時加工精度要求也高了。因此，使用時一般在極板間放置云母、塑料膜等介電常數高的物質來提高絕緣性4、在實際應用中，為提高靈敏度，減小非線性，可采用差動結構。（一）極矩變化型應用：電容傳聲器++++++<#>(二)面積變化型

1角位移型電容式傳感器：當動板有一轉角時，與定板之間相互覆蓋的面積發(fā)生變化，因而導致電容量變化。當覆蓋面積對應的中心角為a、極板半徑為r時，覆蓋面積為：電容量為：其靈敏度為：

2平面線位移型電容式傳感器其靈敏度為：

3圓柱線位移型電容式傳感器：由于平板型傳感器的可動極板稍有極距方向移動會影響測量精度。因此，一般情況下，變截面積型電容式傳感器常做成圓柱形,當覆蓋長度x變化時，電容量變化，其靈敏度為小結：面積變化型電容傳感器是一種線性傳感器，可以測量較大的直線位移和角度位移，但靈敏度較低。(二)面積變化型應用：電容式位移傳感器(三)介質變化型

是在電容傳感器兩極板間加上介質構成的。由于各種介質的介電常數不同，當極板間的介電常數變化時，電容量隨之變化。常用于檢測容器中液面的高度、溶液濃度和板材的厚度等。變介電常數型電容傳感器的結構原理：下述測量方法中，若電極間存在導電介質時，電極表面應涂蓋絕緣層（如涂0.1mm厚的聚四氟乙烯等），防止電極間短路。

變電介質型電容式傳感器柱式電容的增量正比于被測液位高度，可測量一種流體的液位高度(三)介質變化型應用：電容液位計產品.在洗衣機中的應用<#>二、測量電路（一）、電橋電路

（二）、直流極化電路（四）、調頻電路（五）、運算放大器電路（三）、諧振電路三、特點及應用優(yōu)點：

1、輸入量小而靈敏度高；

2、良好的動態(tài)性能；

3、本身發(fā)熱影響很小，能量損耗??；

4、結構簡單，適應性好；缺點：非線性誤差大（解決辦法：利用測量電路。常用的電橋電路如：電容傳感器的電橋電路、比例運算放大器電路；電纜電容、電子線路的分布電容影響大（解決辦法：利用驅動電纜）。應用：電容式傳感器廣泛應用在位移、壓力、流量、液位等的測試中。其精度和穩(wěn)定性日益提高，如一個250mm量程的電容式位移傳感器，精度可達5μm。其應用實例如下：（一）電容測厚儀

測量金屬帶材在軋制過程中的厚度。在被測金屬帶材的上下兩側各放置一塊面積相等，與帶材距離相等的極板，這樣極板與帶材就形成了兩個電容器。把兩塊極板用導線連接起來就成為一個極板，而金屬帶材就是電容的另一個極板，其總電容Cx＝C1+C2=2C。如果帶材厚度發(fā)生變化，則引起電容量的變化。通過檢測電路可以反映這個變化，并轉換和顯示出帶材的厚度。四、電容式傳感器的應用實例（二）電容式油量表（三）、電容式轉速傳感器

當齒輪轉動時，電容量發(fā)生周期性變化，通過測量電路轉換為脈沖信號，則頻率計顯示的頻率代表轉速大小。設齒數為z，頻率為f，則轉速為§3.4電感式傳感器

電感式傳感器的工作原理：電感傳感器的敏感元件是電感線圈，其轉換原理基于電磁感應原理。它把被測量的變化轉換成線圈自感系數L或互感系數M的變化(在電路中表現為感抗XL的變化)而實現把被測量轉換為電感量變化的一種裝置。按照轉換方式的不同，可分為

用途：常用來測量位移、振動、壓力、應變、流量、比重等物理量參數。一、自感型電感傳感器

自感型電感傳感器是一種改變自感系數的傳感器。原理圖如下圖。它由線圈、鐵芯及銜鐵組成。在鐵芯和銜鐵之間有空氣隙δ。

按照工作原理的不同，其分類為：（一）可變磁阻式

根據電磁感應定律，當線圈中通以電流i時，其自感與線圈匝數和磁路總磁阻的關系為其中：

式中:

l———導磁體(鐵芯)的長度(m)；

μ———鐵芯導磁率(H/m)；

s———鐵芯導磁橫截面積(m2);δ——空氣隙長度(m);μ0——空氣導磁率；

S0——空氣隙導磁橫截面積(m2)。因為μ＞＞μ0，則則

上式表明，自感L與氣隙δ成反比，而與氣隙導磁截面積S0成正比。對于1、變氣隙式自感傳感器其靈敏度為

靈敏度S與氣隙長度的平方成反比，δ愈小，靈敏度愈高。由于S不是常數，故會出現非線性誤差，為了減小這一誤差，通常規(guī)定δ在較小的范圍內工作。例如，若間隙變化范圍為（），取。因此:

該類傳感器適用于較小位移的測量，一般約為0.001～1mm.

2、變面積式自感傳感器

若將變氣隙式自感傳感器的氣隙厚度δ保持不變，使氣隙導磁截面積A隨被測非電量而變，即構成變面積式自感傳感器。

3、螺管式自感傳感器：當鐵芯在線圈中運動時，將改變磁阻，使線圈自感發(fā)生變化。這種傳感器結構簡單、制造容易，另外由于空氣隙大，磁路磁阻大，其靈敏度較前兩種低，但線性范圍大；適用于較大位移(數毫米)測量。

變氣隙式、螺管式電感傳感器均可做成差動形式

當銜鐵有位移時，一個線圈自感增加，另一個線圈自感減小。將兩線圈接于電橋的相鄰橋臂時，其輸出靈敏度可提高一倍，并改善了線性特性。

較之單螺管線圈型有較高靈敏度及線性，被用于電感測微計上，其測量范圍為0～300μm，最小分辨力為0.5μm。（二）渦電流式傳感器

1、工作原理：下圖所示為高頻反射式渦流傳感器工作原理。**利用材料導磁率μ作為變換量，可以做成測量應力、硬度等傳感器；**利用變換量μ，ρ，x的綜合影響，可以做成探傷裝置。

渦電流式傳感器的變換原理是利用金屬體在交變磁場中的渦電流效應。按照激勵電流頻率的不同分為高頻反射式和低頻透射式渦流傳感器。**利用位移x作為變換量，做成測量位移、振動、轉速等傳感器，也可做成接近開關、計數器等；**利用材料電阻率ρ作為變換量，可以做成溫度測量、材質判別等傳感器；低頻透射式渦流傳感器的工作原理

發(fā)射線圈ω1和接收線圈ω2分別放在被測材料G的上下方，低頻(音頻范圍)電壓加到線圈ω1的兩端后，在周圍空間產生一交變磁場，并在被測材料G中產生渦流，此渦流損耗了部分能量，使貫穿ω2的磁力線減少，從而使ω2產生的感應電勢e2減小。e2的大小與G的厚度及材料性質有關，實驗與理論證明，隨材料厚度h增加e2按負指數規(guī)律減小。因而若金屬板材料的性質一定，按e2的變化便可測得材料的厚度。2、測量電路：（1）調幅電路

振蕩器提供一個恒頻恒幅高頻電壓，在電阻R和LC組成的并聯諧振回路分壓。振蕩器放大器檢波器濾波器xLC耦合電阻

（2）調頻電路調頻測量電路是把傳感器線圈接入振蕩器，作為振蕩器的一個電感元件。與調幅電路不同的是，它是以頻率作為輸出量。高頻振蕩器鑒頻器x±△xL±△LCf±△f電壓輸出3、渦電流式傳感器的應用：

渦電流式傳感器可用來測量各種形狀金屬導體試件的位移量。如汽輪機主軸的軸向位移，液壓先導閥的位移和金屬試件的熱膨脹系數等。測量位移范圍可以從0～1mm到0～22mm，分辨力為0.1μm。渦電流式傳感器可用于動態(tài)非接觸性測量，如下：二、互感型傳感器（差動變壓器）一、工作原理：

傳感器主要由線圈、鐵芯和活動銜鐵三個部分組成。線圈包括一個初級線圈和兩個反接的次級線圈，當初級線圈輸入交流激勵電壓時，次級線圈將產生感壓電動勢e1和e2。由于兩個次級線圈極性反接，因此，傳感器的輸出電壓e=e1-e2。輸出e的大小隨活動銜鐵的位置而變。當活動銜鐵的位置居中時，即e1=e2，e=0；當活動銜鐵向上移時，即e1>e2，e>0;當活動銜鐵向下移時，即e1<e2，e<0。活動銜鐵的位置往復變化，其輸出電壓也隨之變化，輸出特性如上圖所示。二、電感式傳感器的應用

⑵其他應用例：電感測微儀、電感式壓力傳感器測流體壓力⑴位移測量

下圖所示為用于小位移的差動相敏檢波電路的工作原理，當沒有信號輸入時，鐵芯處于中間位置，調節(jié)電阻R，使零點殘余電壓減??；當有信號輸入時，鐵芯移上或移下，其輸出電壓經交流放大、相敏檢波、濾波后得到直流輸出。由表頭指示輸入位移量的大小和方向。

差動變壓器式傳感器具有精度高達0.lμm量級，線圈變化范圍大(可擴大到士l00mm，視結構而定)結構簡單，穩(wěn)定性好等優(yōu)點，被廣泛應用于直線位移及其他壓力、振動等參量的測量?！?.5壓電式傳感器某些物質、如石英、鈦酸鋇等，當受到外力作用時，不僅幾何尺寸發(fā)生變化，而且內部極化，表面上有電荷出現，形成電場。當外力去掉時，又重新回復到原不帶電狀態(tài)，這種現象稱為壓電效應。若將這些物質置于電場中，其幾何尺寸也發(fā)生變化，這種由于外電場作用導致物質機械變形的現象，稱為逆壓電效應或電致伸縮效應。

圖示為天然石英晶體，一般把它用三根互相垂直的軸表示，其中，縱軸Z稱為光軸;通過六棱線而垂直于光鈾的X鈾稱為電軸;與X一X軸和Z一Z軸垂直的Y一Y軸(垂直于六棱柱體的棱面)，稱為機械軸。

壓電式傳感器是一種可逆型傳感器器。是利用某些物質的壓電效應進行工作的器件。

一、壓電效應

最簡單的壓電式傳感器的工作原理如圖。在壓電晶片的兩個工作面上進行金屬蒸鍍，形成金屬膜，構成兩個電極。當壓電晶片受到壓力F的作用時，分別在兩個極板上積聚數量相等而極性相反的電荷，形成電場。因此，壓電傳感器可以看作是一個電荷發(fā)生器，也可以看成是一個電容器。

如果施加于壓電晶片的外力不變，積聚在極板上的電荷又無泄漏，那么在外力繼續(xù)作用時，電荷量將保持不變。這時在極板上積聚的電荷與力的關系為：

q=dc·F

式中：q

—電荷量;dc—壓電常數；F

—作用力。所以：應用壓電式傳感器測得力值F的問題實質上就是如何測得電荷q的問題。二、壓電材料常用的壓電材料有：

壓電單晶，如石英等；壓電常數不高，但具有較好的機械強度及時間和溫度的穩(wěn)定性，絕緣電阻大，一般用在要求較高的傳感器上，如標準加速度計；

壓電陶瓷，屬多晶體。如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、鈮鎂酸鉛等。其壓電常數比單晶體高的多，現在壓電元件多采用壓電陶瓷。使用最多的是PZT鋯鈦酸鉛系列壓電陶瓷；

有機壓電薄膜，壓電特性并不好，但其面積大，柔軟不易破，可用于微壓測量和機器人的觸覺，以聚偏二氟乙烯（PVdF）最為著名。三、壓電式傳感器及其等效電路壓電傳感器的壓電元件是在兩個工作面上蒸鍍有金屬膜的壓電晶片，金屬膜構成兩個電極進行工作。這種情況和電容器十分相似，所不同的是晶片表面上的電荷會隨著時間的推移逐漸漏掉，因為壓電晶片材料的絕緣電阻(也稱漏電阻)雖然很大，但畢竟不是無窮大，從信號變換角度來看，壓電元件相當于一個電荷發(fā)生器。從結構上看，它又是一個電容器。因此通常將壓電元件等效為一個電荷源Q與電容C的并聯電路或電壓源U和電容C的串聯電路。其中：壓電元件等效電路壓電元件等效為一個電荷源Q和一個電容器C0并聯的等效電路也可等效為一個電壓源U和一個電容器C0串聯的等效電路

其中Ra為壓電元件的漏電阻。工作時，壓電元件與二次儀表配套使用必定與測量電路相連接，這就要考慮連接電纜電容Ca、放大器的輸入電阻Ri和輸入電容Ci。

三、壓電式傳感器及其等效電路由于不可避免地存在電荷泄漏，壓電式傳感器適宜作動態(tài)測量。壓電元件常用的結構形式壓電元件并聯連接和串聯連接

并聯連接：兩壓電元件的負極集中在中間極板上，正極在上下兩邊并連接在一起，此時電容量大，輸出電荷量大，適用于測量緩變信號和以電荷為輸出的場合。串聯連接：上極板為正極，下極板為負極，在中間是一元件的負極與另一元件的正極相連接，此時傳感器本身電容小，輸出電壓大，適用于要求以電壓為輸出的場合。四、測量電路

由于壓電式傳感器的輸出電信號很微弱，而且傳感器本身有很大內阻,通常應把傳感器信號先輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，經過阻抗交換以后，方可用一般的放大檢波電路再將信號輸入到指示儀表或記錄裝置中。

前置放大器的作用

前置放大器電路有兩種形式一、是將傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出;二、是放大傳感器輸出的微弱電信號。一、用電阻反饋的電壓放大器;二、用電容器反饋的電荷放大器。電荷放大器小結：電荷放大器的輸出電壓與電纜分布電容無關。采用電荷放大器時，即使聯接電纜長度在百米以上，其靈敏度也無明顯變化，這是電荷放大器的突出優(yōu)點。這對小信號和遠距離測量非常有利，故而電荷放大器應用日益廣泛。電壓放大器五、壓電式傳感器應用

圖為壓電式加速度傳感器的結構原理圖，當傳感器向上運動時，質量塊產生的慣性力使壓電元件上的壓應力增加；反之，當傳感器向下運動時，壓電元件上的壓應力減小。磁電式傳感器：是把被測物理量轉換為感應電動勢的一種傳感器，又稱電磁感應式或電動力式傳感器。工作原理：

對一個匝數為N的線圈，當穿過它的磁通量發(fā)生變化時，線圈產生的感應電動勢

.磁通

的變化可通過多種方法來實現，如磁鐵與線圈之間作切割磁力線運動、磁路中磁阻變化、恒定磁場中線圈面積變化等，因此可制造出不同類型的傳感器，用于測量速度、扭矩等物理量。分類：

按結構方式不同，磁電式傳感器可分為動圈式和磁阻式;§3.6磁電式傳感器

動圈式傳感器線速度型

角速度型測速電機動圈式傳感器磁阻式磁阻式傳感器的線圈與磁鐵彼此不作相對運動，由運動著的物體（導磁材料）改變磁路磁阻，引起磁力線增強或減弱，使線圈產生感應電動勢。線圈3和磁鐵5靜止不動，測量齒輪1（導磁材料制成）每轉過一個齒，傳感器磁路磁阻變化一次，線圈3產生的感應電動勢的變化頻率等于測量齒輪1上齒輪的齒數和轉速的乘積。磁阻式傳感器對環(huán)境條件要求不高，能在-150～＋90℃的溫度下工作，不影響測量精度，也能在油、水霧、灰塵等條件下工作。但它的工作頻率下限較高，約為50Hz，上限可達100Hz?！?.7新型傳感器一、氣敏傳感器

氣敏傳感器是一種將檢測到的氣體成份和濃度轉換為電信號的傳感器.

應用：在現代社會的生產和生活中，對各種各樣的氣體的檢測和控制。比如化工生產中氣體成份的檢測與控制；煤礦瓦斯?jié)舛鹊臋z測與報警；環(huán)境污染情況的監(jiān)測；煤氣泄漏；火災報警；燃燒情況的檢測與控制等等。氣敏傳感器

測試敏感氣體的氣敏傳感器半導體氣敏傳感器固體電解質氣敏傳感器測試敏感氣體量的真空度氣敏傳感器高頻成分傳感器光學成分傳感器檢測氣體成分的氣體成分傳感器二、濕度傳感器

濕度傳感器：是利用濕敏元件進行濕度測量和控制的。濕敏元件：利用濕敏材料吸收空氣中的水分而導致本身電阻值發(fā)生變化的原理而制成的。分類：氯化鋰濕敏元件、半導體陶瓷濕敏元件、熱敏電阻濕敏元件、高分子膜濕敏元件等。例如：工業(yè)濕度計測中常用的高分子膜濕度傳感器：高分子膜濕度傳感器：是隨高分子膜吸收或放出水份從而引起電導率或電容變化以測量環(huán)境相對濕度的裝置。測定電容器的容量值變化測量環(huán)境中的相對濕度。其中，電極是極薄的金屬蒸鍍膜，透過電極，高分子膜吸收或放出水份。三、水份傳感器

水份傳感器：將水份量(即含水量)轉換成電信號進行測定和表示的傳感器。分類：水份傳感器(水份計)有直流電阻型、高頻電阻型、電容率型、氣體介質型、近紅外型、中子型和核磁共振型等，可根據被測物質的種類、使用目的