常见传感器的工作原理

常见传感器的工作原理（精选6篇）

篇1：常见传感器的工作原理

基本原理是光学三角法：

半导体激光器①被镜片②聚焦到被测物体⑥。反射光被镜片③收集，投射到CMOS阵列④上；信号处理器⑤通过三角函数计算阵列④上的光点位置得到距物体的距离。

根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类：

一、传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。

二、化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。

现在越来越受到工业控制青睐的激光传感器发展迅猛，激光传感器不仅应用广泛，更主要的是利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量。激光传感器常用于长度、距离、振动、速度、方位等物理量的测量，还可用于探伤和大气污染物的监测等。

ZLDS10X系列品牌激光位移传感器具有数字化集成一体化结构，0.01%高分辨率，0.1%高线性度，9.4KHz高响应、IP67防护等级和可同步等高性能。工作温度范围宽，特别适用于工业环境高精度应用。

目前已有不少成熟的产品问世，如光纤转矩传感器，以及温度、振动、压力、流量等传感器。

在开发利用新材料同时，由于微电子技术和微机械加工技术的发展，传感器正朝着微型化、多功能化、智能化方向发展。微型化传感器利用微机械加工技术将微米级的敏感元件、信号调理器、数据处理装置集成封装在一块芯片上。由于其体积小、价格便宜、便于集成等特点，可以提高系统测试精度，例如把微型压力传感器和微型温度传感器集成在一起，同时测出压力和温度，便可通过芯片内运算消去压力测量中的温度影响。目前已有不少微型传感器面世，如压力传感器、加速度计、用于防撞的硅加速度计等。据说在汽车轮胎内嵌入微型压力传感器可以保持适当充气，避免充气过量或不足，从而可节约燃油10%。多功能化的特性使得传感器能够同时检测2个或2个以上的特性参数。而智能传感器由于带有专用计算机，因而具有智能特点。

此外，传感器响应时间、输出与计算机的接口等问题也是重要的研究课题。随着电子技术的发展，车用传感器的技术必将趋于完善

篇2：常见传感器的工作原理

气体流量传感器的工作原理

气体流量传感器按国际标准化组织IS07145(在环形截面封闭管道中的流体流量测定—在截面一点的速度测量法)，采用埋入压电晶体的涡街测速探头，流量传感器插入大口径工业管道内，将卡门旋涡频率转换为与流量成正比的电流或电压脉冲信号或4～20mADC电流信号。

气体流量传感器LUCB型插入式涡街流量计按国际标准化组织IS07145(在环形截面封闭管道中的流体流量测定—在截面一点的速度测量法)，气体流量传感器采用埋入压电晶体的涡街测速探头，插入大口径工业管道内，将卡门旋涡频率转换为与流量成正比的电流或电压脉冲信号或4～20毫安电流信号。

篇3：常见汽车氧传感器的原理与检测

关键词：汽车,氧传感器,原理,检测

在电控发动机控制系统中, 氧传感器用来监测发动机排气中残余氧的含量或浓度, 并根据所测得的数据输出一个信号电压, 反馈给发动机控制单元, 从而来控制喷油量的多少, 一般直接安装在排气管上, 常见汽车氧传感器有传统的氧化锆氧传感器和新型的宽域氧传感器。

1 氧化锆氧传感器

1.1 氧化锆氧传感器的工作原理

氧传感器采用氧化锆 (一种在有氧气的情况下能产生小电压的陶瓷材料) 作敏感元件, 在高温时与废气中的氧发生反应, 输出微弱的电压信号。随着废气中氧量的不同, 产生和输出的电压值不同, 从而对废气中氧的含量进行监测。

当混合气的实际空燃比高于理论空燃比 (14.7, 即稀混合气) 时, 废气中剩余的氧分子浓度相对较高, 这时氧传感器内外氧分子浓度相差较小, 只能输出大约0.1V的电压, 而当混合气的实际空燃比小于理论空燃比 (即混合气) 时, 废气中剩余的氧分子非常少, 这时氧传感器内外表面氧分子浓度相差较大, 可以输出大约1.0V左右的电压。发动机控制单元就可以通过该信号了解当前混合气浓度相对于理论值的偏差, 来相应调整喷油器的通电时间, 从而调整喷油量, 提高了对混合气浓度控制的精度。

1.2 氧化锆氧传感器的检测

1.2.1 检查氧传感器加热器电阻

拔下氧传感器插头, 用万用表电阻档测量氧传感器加热器接脚间的电阻值, 具体标准应查阅具体车型的维修手册 (一般在4～40Ω之间) , 如果不符合标准值, 应更换氧传感器。

1.2.2 检查氧传感器输出电压

查阅所测车型的维修手册, 找到氧传感器信号线, 起动发动机并使水温达到至少80℃, 使发动机多次达到2500r/min后并保持2500r/min, 用万用表直流电压档测量氧传感器信号线的输出电压, 电压值应在此0.1～1.0V之间波动, 在10s之内电压应在0.1～1.0V之间变化至少8次。

1.2.3 检查氧传感器头部的颜色

氧传感器头部的正常颜色为淡灰色, 如其颜色发生变化, 就预示着氧传感器存在着故障或者故障隐患。氧传感器头部呈现黑色, 是被积碳污染;呈现红棕色, 是受铅污染;呈现白色, 是硅污染造成的, 这是由于发动机在维修时, 使用了不符合要求规定的硅密封胶, 这样必须更换氧传感器。

2 宽域氧传感器

2.1 宽域氧传感器的工作原理

宽域氧传感器是在普通氧化锆氧传感器的基础上增加了一个泵氧膜片, 结构见图1, 需要一个专门设计的传感器控制器 (图1中用A和B表示) 来控制其正常工作。汽车尾气通过扩散小孔进人扩散室, 尾气可能是富油的浓混合气, 也可能是富氧的稀混合气。氧化锆参考电池感知尾气的浓度后, 产生电压Us, 根据尾气浓度的不同, 富油的浓混合气将产生高于参考电压UsRef的Us, 传感器控制器将产生一个方向的泵电流Ip, 该泵电流Ip将氧气泵入扩散室内进行化学分解反应, 在废气中产生水和一氧化碳及一些氧化物, 附着在泵氧元的表面。在化学反应中将过多的碳氢化合物分解, 从而降低了废气的浓度, 使扩散室恢复到Us电压为0.45V的尾气含氧浓度的平衡状态。相反, 富氧的稀混合气将产生低于参考电压UsRef的Us, 传感器控制器将产生一个反方向的泵电流Ip, 该泵电流Ip将氧气泵出扩散室。当HC燃料或氧气被中和时, 参考电池产生的电压Us等于参考电压UsRef, 此时的泵电流IP就反映了尾气的浓度, 传感器控制器将泵电流IP转换成输出电压Uout通过改变泵电流的极性 (电流流动方向) 与大小就可以达到平衡扩散室里的尾气含氧量, 如何将这个变化的泵电流再去控制发动机ECU对喷油器喷油时间的调整, 是至关重要的。在控制环路中有一块DSP (数字信号处理器) 电路, 该电路有二路输出, 一路将变化的泵电流信号通过放大数模转换成线性电压, 此电压从0～5V连续变化, 去控制发动机ECU的空燃比调整。另一路输出脉宽调制信号去控制COM场效应开关晶体管导通与截止时间, 给加热器提供电流, 加热氧传感器。

根据氧传感器的制造材料不同, 宽域氧传感器可分为以ZrO2为基体的固化电解质型和利用氧化物半导体电阻变化型两大类。根据传感器的结构不同, 宽域氧传感又可分为电池型, 临界电流型及泵电池型。

2.2 宽域氧传感器的检测

在检测宽域氧传感器时, 不能用万用表电压档及示波器进行直接测量氧传感器的端口线束电压, 只能用相关的专用检测仪进行数据流分析。宽域氧传感器的工作特点 (见图2) , 输出曲线平滑, 能够连续检测空燃比从10～20, 相当于过量空气系数从0.686～1.405的宽范围, 当线性电压在2.5V时, 就达到了理论空燃比14.7的控制。

以宝来轿车为例, 通过读取数据流进行分析, 发动机控制单元将宽域氧传感器的电流信号转化为电压规定值为1.0V～2.0V, 电压值大于1.5V时混合气过稀 (氧多) ;电压值小于1.5V时混合气过浓 (氧少) ;电压值为0V、1.5V、4.9V的恒定值时都说明氧传感器线路有故障, 用示波器观察的电压峰值可能到4.9V, 这是正常的。

参考文献

[1]李忠友.氧传感器的结构原理与检测[J].实用汽车技术, 2008 (3) .

[2]刘建鲲.氧传感器的结构与工作原理[J].交通科技与经济, 2007 (4) .

[3]王宏伟.氧传感器的结构原理与故障分析[J].内燃机, 2005 (01) .

篇4：常见传感器的工作原理

关键词 电子汽车衡 称重传感器 工作原理 技术故障 解决方法

一、前言

电子汽车衡是一种利用力—电变换原理将非电量的重力转变为电量的称重设备。而能实现这一目的的关键装置就是称重传感器（ 即被称为一次仪表元件） ，它处于称重台面的着力支点上， 必须具有良好的刚度、强度、抗疲劳等机械性能，并承载着台面所受负载的合力。目前普遍采用电阻应变式称重传感器。

二、称重传感器的工作原理

弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。

1.电阻应变片。电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。它的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。

设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R：

当它的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。

对式（2-1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有：

用式（2-1）去除式（2-2）得到ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L - ΔS/S （2-3）

另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则 Δs = 2πr×Δr，所以

从材料力学我们知道：

其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。

把式（2-4）（2-5）代入（2-3），有

式（2-6））说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。

需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7-3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。

在材料力学中，ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便。常常把它的百万分之一作为单位，记作με。这样，式（2-6）常写作：

2.弹性体。弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变棗电信号的转换任务。

以托利多公司的SB系列称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。

设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式，而不再推导。

其中：Q-截面上的剪力；E-扬氏模量：μ-泊松系数；B、b、H、h-为梁的几何尺寸。

需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局部”情况，而应变片实际感受的是“平均”状态。

3.检测电路。检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。称重传感器均采用全桥式等臂电桥。

三、称重传感器常见技术故障及解决方法

l.由于称重不当使传感器受损。（1）被称车辆（ 或物体） 严重超载。（2）在称重过程中产生撞击，此时物体自身重量加上因重力下坠而产生的动能使物体在接触称重平台时产生的撞击力大大超过传感器的额定载荷， 导致传感器受损。

解决的方法：（1）必须严禁超负荷称量。（2）为称重平台安装减震或防撞击保护装置。（3）增加称重传感器的额定载荷， 电子汽车衡器使用中时有出现丢车、测量不准的现象，多数是由于称重传感器发生的故障引起的。确认是传感器故障后，可通过更换传感器使动态衡 恢复正常工作。

2.由于选用传感器密封方式不当，使传感器受损。电子汽车衡器经常在恶劣环境下使用，如果使用了密封性能较差的传感器，由于工业粉尘、各类腐蚀性介质等因素的影响， 极易使电阻应变片的阻值发生改变， 使得称量结果产生误差。 此时可用数字万用表对传感器的输入、输出阻抗进行测量。当测量值与产品提供的技术参数或合格证书所标示值的偏差较大时，即可认定该传感器已损坏，此时应更换密封性能优良的传感器（ 如选用硅胶密封方式甚至焊接密封方式的称重传感器） 。

3.由于受潮使称量时产生偏差。当传感器受潮后，显示仪表经常出现无法自动回零，数字来回变动等现象。用手动进行复零后，仍会出现数字跳动现象，在空称状态下跳动的数字在某区间范围内无规律波动。当用万用表对其输入、输出阻抗进行测量时，测量值却并不超差， 此时可按下述方法进行判断处理：

（1） 拆下所有称重传感器，将其逐一单独进入测量电路，空秤状态下，未受潮的传感器会立即自动回零且显示值稳定。而受潮后的传感器就可能出现数字跳动，无法回零等现象。手动回零后，上述现象又会重复出现。

（2）若上述方法仍无法判断时，可采用标准计量法进行分辨，方法是用标准砝码（ 或标准比对物） 对所有传感器逐一进行载荷标定。未受潮的传感器所显示的测量值即为逐渐加载的标准砝码值，而受潮后的传感器显示的测量值会与标准砝码（ 或比对物） 值产生较大的偏差（ 汽车衡或轨道衡出现显示偏差般≤5 t ） 。故在易受潮的场所除选用合适的密封方式外， 在安装之前先用黄油涂抹整个传感器，当所有传感器安装完毕，有必要对传感器与安装基座接触处、接线口、接线盒缝等易受潮处涂抹黄油进行彻底密封。

4.其他因素的影响。由于客观环境 的制约，许多电子衡器 （ 特别是大型电子轨道衡） 的电源线、信号线、屏蔽线、接地线等通过穿线管与传感器与显示器进行连接，有时穿线管道必须埋设在地下，而雨水的作用易使导线短路、断路及接地现象。各线路间的绝缘性能降低，也会对称重测量产生一定的误差。

摘 要 电子汽车衡是一种利用力—电变换原理将非电量的重力转变为电量的称重设备，而能实现这一目的的关键装置就是称重传感器（ 即被称为一次仪表元件） ，它处于称重台面的着力支点上， 必须具有良好的刚度、强度、抗疲劳等机械性能。

关键词 电子汽车衡 称重传感器 工作原理 技术故障 解决方法

一、前言

电子汽车衡是一种利用力—电变换原理将非电量的重力转变为电量的称重设备。而能实现这一目的的关键装置就是称重传感器（ 即被称为一次仪表元件） ，它处于称重台面的着力支点上， 必须具有良好的刚度、强度、抗疲劳等机械性能，并承载着台面所受负载的合力。目前普遍采用电阻应变式称重传感器。

二、称重传感器的工作原理

弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。

1.电阻应变片。电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。它的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。

设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R：

当它的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。

对式（2-1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有：

用式（2-1）去除式（2-2）得到ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L - ΔS/S （2-3）

另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则 Δs = 2πr×Δr，所以

从材料力学我们知道：

其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。

把式（2-4）（2-5）代入（2-3），有

式（2-6））说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。

需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7-3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。

在材料力学中，ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便。常常把它的百万分之一作为单位，记作με。这样，式（2-6）常写作：

2.弹性体。弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变棗电信号的转换任务。

以托利多公司的SB系列称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。

设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式，而不再推导。

其中：Q-截面上的剪力；E-扬氏模量：μ-泊松系数；B、b、H、h-为梁的几何尺寸。

需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局部”情况，而应变片实际感受的是“平均”状态。

3.检测电路。检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。称重传感器均采用全桥式等臂电桥。

三、称重传感器常见技术故障及解决方法

l.由于称重不当使传感器受损。（1）被称车辆（ 或物体） 严重超载。（2）在称重过程中产生撞击，此时物体自身重量加上因重力下坠而产生的动能使物体在接触称重平台时产生的撞击力大大超过传感器的额定载荷， 导致传感器受损。

解决的方法：（1）必须严禁超负荷称量。（2）为称重平台安装减震或防撞击保护装置。（3）增加称重传感器的额定载荷， 电子汽车衡器使用中时有出现丢车、测量不准的现象，多数是由于称重传感器发生的故障引起的。确认是传感器故障后，可通过更换传感器使动态衡 恢复正常工作。

2.由于选用传感器密封方式不当，使传感器受损。电子汽车衡器经常在恶劣环境下使用，如果使用了密封性能较差的传感器，由于工业粉尘、各类腐蚀性介质等因素的影响， 极易使电阻应变片的阻值发生改变， 使得称量结果产生误差。 此时可用数字万用表对传感器的输入、输出阻抗进行测量。当测量值与产品提供的技术参数或合格证书所标示值的偏差较大时，即可认定该传感器已损坏，此时应更换密封性能优良的传感器（ 如选用硅胶密封方式甚至焊接密封方式的称重传感器） 。

3.由于受潮使称量时产生偏差。当传感器受潮后，显示仪表经常出现无法自动回零，数字来回变动等现象。用手动进行复零后，仍会出现数字跳动现象，在空称状态下跳动的数字在某区间范围内无规律波动。当用万用表对其输入、输出阻抗进行测量时，测量值却并不超差， 此时可按下述方法进行判断处理：

（1） 拆下所有称重传感器，将其逐一单独进入测量电路，空秤状态下，未受潮的传感器会立即自动回零且显示值稳定。而受潮后的传感器就可能出现数字跳动，无法回零等现象。手动回零后，上述现象又会重复出现。

（2）若上述方法仍无法判断时，可采用标准计量法进行分辨，方法是用标准砝码（ 或标准比对物） 对所有传感器逐一进行载荷标定。未受潮的传感器所显示的测量值即为逐渐加载的标准砝码值，而受潮后的传感器显示的测量值会与标准砝码（ 或比对物） 值产生较大的偏差（ 汽车衡或轨道衡出现显示偏差般≤5 t ） 。故在易受潮的场所除选用合适的密封方式外， 在安装之前先用黄油涂抹整个传感器，当所有传感器安装完毕，有必要对传感器与安装基座接触处、接线口、接线盒缝等易受潮处涂抹黄油进行彻底密封。

4.其他因素的影响。由于客观环境 的制约，许多电子衡器 （ 特别是大型电子轨道衡） 的电源线、信号线、屏蔽线、接地线等通过穿线管与传感器与显示器进行连接，有时穿线管道必须埋设在地下，而雨水的作用易使导线短路、断路及接地现象。各线路间的绝缘性能降低，也会对称重测量产生一定的误差。

摘 要 电子汽车衡是一种利用力—电变换原理将非电量的重力转变为电量的称重设备，而能实现这一目的的关键装置就是称重传感器（ 即被称为一次仪表元件） ，它处于称重台面的着力支点上， 必须具有良好的刚度、强度、抗疲劳等机械性能。

关键词 电子汽车衡 称重传感器 工作原理 技术故障 解决方法

一、前言

电子汽车衡是一种利用力—电变换原理将非电量的重力转变为电量的称重设备。而能实现这一目的的关键装置就是称重传感器（ 即被称为一次仪表元件） ，它处于称重台面的着力支点上， 必须具有良好的刚度、强度、抗疲劳等机械性能，并承载着台面所受负载的合力。目前普遍采用电阻应变式称重传感器。

二、称重传感器的工作原理

弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。

1.电阻应变片。电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。它的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。

设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R：

当它的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。

对式（2-1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有：

用式（2-1）去除式（2-2）得到ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L - ΔS/S （2-3）

另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则 Δs = 2πr×Δr，所以

从材料力学我们知道：

其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。

把式（2-4）（2-5）代入（2-3），有

式（2-6））说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。

需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7-3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。

在材料力学中，ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便。常常把它的百万分之一作为单位，记作με。这样，式（2-6）常写作：

2.弹性体。弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变棗电信号的转换任务。

以托利多公司的SB系列称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。

设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式，而不再推导。

其中：Q-截面上的剪力；E-扬氏模量：μ-泊松系数；B、b、H、h-为梁的几何尺寸。

需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局部”情况，而应变片实际感受的是“平均”状态。

3.检测电路。检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。称重传感器均采用全桥式等臂电桥。

三、称重传感器常见技术故障及解决方法

l.由于称重不当使传感器受损。（1）被称车辆（ 或物体） 严重超载。（2）在称重过程中产生撞击，此时物体自身重量加上因重力下坠而产生的动能使物体在接触称重平台时产生的撞击力大大超过传感器的额定载荷， 导致传感器受损。

解决的方法：（1）必须严禁超负荷称量。（2）为称重平台安装减震或防撞击保护装置。（3）增加称重传感器的额定载荷， 电子汽车衡器使用中时有出现丢车、测量不准的现象，多数是由于称重传感器发生的故障引起的。确认是传感器故障后，可通过更换传感器使动态衡 恢复正常工作。

2.由于选用传感器密封方式不当，使传感器受损。电子汽车衡器经常在恶劣环境下使用，如果使用了密封性能较差的传感器，由于工业粉尘、各类腐蚀性介质等因素的影响， 极易使电阻应变片的阻值发生改变， 使得称量结果产生误差。 此时可用数字万用表对传感器的输入、输出阻抗进行测量。当测量值与产品提供的技术参数或合格证书所标示值的偏差较大时，即可认定该传感器已损坏，此时应更换密封性能优良的传感器（ 如选用硅胶密封方式甚至焊接密封方式的称重传感器） 。

3.由于受潮使称量时产生偏差。当传感器受潮后，显示仪表经常出现无法自动回零，数字来回变动等现象。用手动进行复零后，仍会出现数字跳动现象，在空称状态下跳动的数字在某区间范围内无规律波动。当用万用表对其输入、输出阻抗进行测量时，测量值却并不超差， 此时可按下述方法进行判断处理：

（1） 拆下所有称重传感器，将其逐一单独进入测量电路，空秤状态下，未受潮的传感器会立即自动回零且显示值稳定。而受潮后的传感器就可能出现数字跳动，无法回零等现象。手动回零后，上述现象又会重复出现。

（2）若上述方法仍无法判断时，可采用标准计量法进行分辨，方法是用标准砝码（ 或标准比对物） 对所有传感器逐一进行载荷标定。未受潮的传感器所显示的测量值即为逐渐加载的标准砝码值，而受潮后的传感器显示的测量值会与标准砝码（ 或比对物） 值产生较大的偏差（ 汽车衡或轨道衡出现显示偏差般≤5 t ） 。故在易受潮的场所除选用合适的密封方式外， 在安装之前先用黄油涂抹整个传感器，当所有传感器安装完毕，有必要对传感器与安装基座接触处、接线口、接线盒缝等易受潮处涂抹黄油进行彻底密封。

篇5：传感器工作原理

压电传感器：基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量，如压力、加速度等(见压电式压力传感器、加速度计)。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。配套仪表和低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的出现，使压电传感器的使用更为方便。它广泛应用于工程力学、生物医学、电声学等技术领域。

应变传感器：应变传感器是国内外应用较广泛的一种,它是以电阻应变计为转换元件,将非电量如:力、压力、位移、加速度、扭矩等参数转换为电量。

光电传感器：将光信号转换成电信号的传感器

热电传感器：将热信号转换成电信号的传感器

电容式传感器原理

电容式传感器原理

电容式压力传感器简介

科学技术的不断发展极大地丰富了压力测量产品的种类，现在，压力传感器的敏感原理不仅有电容式、压阻式、金属应变式、霍尔式、振筒式等等但仍以电容式、压阻式和金属应变式传感器最为多见。

金属应变式压力传感器是一种历史较长的压力传感器，但由于它存在迟滞、蠕变及温度性能差等缺点，其应用场合受到了很大的限制。

压阻式传感器是利用半导体压阻效应制造的一种新型的传感器，它具有制造方便，成本低廉等特点，但由于半导体材料对温度极为敏感，所以其性能受温度影响较大，产品的一致性较差。

电容式传感器是应用最广泛的一种压力传感器，其原理十分简单。一个无限大平行平板电容器的电容值可表示为：

C= ε s/d（ε 为平行平板间介质的介电常数，d 为极板的间距，s 为极板的覆盖面积）

改变其中某个参数，即可改变电容量。由于结构简单，几乎所有电容式压力传感器均采用改变间隙的方法来获得可变电容。电容式传感器的初始电容值较小，一般为几十皮法，它极易受到导线电容和电路的分布电容的影响，因而必须采用先进的电子线路才能检测出电容的微小变化。可以说，一个好的电容式传感器应该是可变电容设计和信号处理电路的完美结合机械磅秤是利用杠杆位移原理秤量被测物体的质量，它是一种模拟测量，所以显示值误差很大。电子衡器是利用传感器测量原理，它是把外部的压力通过传感器的弹性梁变形使之贴在上面的应变片发生阻值变化，在激励电压的作用下，输出与被测物成正比的模拟的电信号，给AD电路。

电子衡器的AD电路，它把传感器送来的模拟信号进行调制、放大、滤波、取样、积分，输出稳定高效的数字信号，送给中央微处理器（CPU），由CPU控制内部的工作程序通过显示电路，显示出被测物重量值。

秤量的标定，是由国家标准量值（法定砝码）的质量，输出的数字码（BCD码）与CPU内部程序存储器所编制的程序校准码一致时，便可完成秤量标定。模拟衡器是靠标准砝码直接标定，技术含量低，容易作假（取决于标准砝码的质量）。电子衡器的秤量标定需要标准砝码，但还需要标定密码。标定密码由衡器生产厂家掌握，它是严格保密的。

电子衡器的非法标定是利用标准砝码的质量值与校准程序的校准码值的允许范围来进行的，因为校准数码值是有一定范围空间的（例如最大秤量150kg的电子秤，它的50kg内码值是在12000～18000范围内都可以标定为50kg显示值。如果标定砝码实际质量是49kg标定出的显示值是50kg，那么该电子秤显示150kg时它的实际重量是147kg。这种秤在市场贸易中就会造成什么后果，不言而喻。这就是法制计量在国民经济中的重要性。

第一部分 电子秤的原理方框图:

程式 K/B(按键)↑ Fx → 传感器 → OP放大 → A/D转换 → CPU → 显示驱动 → 显示屏 ↓ 记忆体工作流程说明： 当物体放在秤盘上时，压力施给传感器，该传感器发生形变，从而使阻抗发生变化，同时使用激励电压发生变化，输出一个变化的模拟信号。该信号经放大电路放大输出到模数转换器。转换成便于处理的数字信号输出到CPU运算控制。CPU根据键盘命令以及程序将这种结果输出到显示器。直至显示这种结果。

第二部分 秤的分类： 1.按原理分：电子秤 机械秤 机电结合秤 2.按功能分：计数秤 计价秤 计重秤 3.按用途分：工业秤 商业秤 特种秤

第三部分 秤的种类： 1.桌面秤 指全称量在30Kg以下的电子秤 2.台秤 指全称量在30-300Kg以内的电子秤 3.地磅 指全称量在300Kg以上的电子秤 4.精密天平

第四部分 按精确度分类： I级： 特种天平精密度≥1/10万 II级： 高精度天平1/1万≤精密度＜1/10万 III级： 中精度天平1/1000≤精密度＜1/1万 IV级： 普通秤 1/100≤精密度＜1/1000

第五部分 专业术语： 1.最大称量： 一台电子秤不计皮重，所能称量的最大的载荷;2.最小称量： 一台电子秤在低于该值时会出现的一个相对误差;3.安全载荷： 120%正常称量范围;4.额定载荷： 正常称量范围;5.允许误差： 等级检定时允许的最大偏差;6.感量： 一台电子秤所能显示的最小刻度;通常用“d”来表示;7.解析量： 一台具有计数功能的电子秤，所能分辩的最小刻度;8.解析度： 一台具有计数功能的电子秤，内部具有分辩能力的一个参数;9.预热时间： 一台秤达到各项指标所用的时间;10.精度： 感量与全称量的比值;11.电子秤使用环境温度为：-10摄氏度 到 40摄氏度 12.台秤的台面规格： 25cm X 30cm 30cm X 40cm 40cm X 50cm 42cm X 52cm 45cm X 60cm

第六部分 电子秤的特点： 1.实现远距离操作;2.实现自动化控制;3.数字显示直观、减小人为误差;4.准确度高、分辩率强;5.称量范围广;6.特有功能：扣重、预扣重、归零、累计、警示等;7.维护简单;8.体积小;9.安装、校正简单;10.特种行业，可接打印机或电脑驱动;11.智能化电子秤，反应快，效率高;

第七部分 电子秤检查过程： 1.首先整体检查：有无磨损和损坏;2.能否开机：开机后是否从0到9依次显示、数字是否模糊、能否归零;3.有无背光;4.用砝码测试能否称重;5.充电器是否完好，能否使用;6.配件是否齐全;

第八部分 传感器类型： 1.电阻式：价格适中、精度高、使用广泛;2.电容式：体积小、精度低;3.磁浮式：特高精度、造价高;4.油压式：现市场上已淘汰;显示器种类： 1.LCD（液晶显示）：免插电、省电、附带背光;2.LED：免插电、耗电、很亮;3.灯管：插电、耗电、很高;K/B（按键）类型： 1.薄膜按键：触点式;2.机械按键：由许多单独按键组合在一起;传感器的特性： 1.额定载荷;2.输出灵敏度;3.非线性;4.滞后;5.重复性;6.蠕变;7.零点输出影响;8.额定输出温度影响;9.零点输入;10.输入阻抗;11.输出阻抗;12.绝缘阻抗;13.容许激励电压;(5-18V)

第九部分 传感器损坏后现象： 1.称量不准;2.显示不归零;3.显示的数字乱跳 判断传感器的+E、-E、+S、-S 1.先用电阻档测4条线两两这间的电阻值，共有6组。如为400-450欧 则为+E、-E;如果为350欧，则为+S、-S;为290欧，则为R桥臂;2.在+E、-E端接上+_5V电压，传感器正确施加一个压力，如输出+_S增大，则红表笔为+S，反之-S;

第十部分 高精度计数秤特点： 1.Kg/Ib单位转换功能;2.零点显示范围、调整功能(GLH系列没有)3.取样速度调节功能;4.有10组单重记忆功能;5.可同时进行重量、数量、累计功能(GLH只有数量累计)6.可设定重量、数量上限警示功能;7.自动零点追踪、温度线性校正;8.扣重及预扣重功能;9.待机功能;10.有零点显示范围和零点跟踪范围;11.有电池电压管制限制功能;

压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。

用作压阻式传感器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感 材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。

传感器的灵敏度

灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值。

它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。

灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如，某位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化为200mV，则其灵敏度应表示为200mV/mm。

当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。

提高灵敏度，可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。

传感器常用术语

1.传感器

能感受规定的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。通常有敏感元件和转换元件组成。

① 敏感元件是指传感器中能直接（或响应）被测量的部分。

② 转换元件指传感器中能较敏感元件感受（或响应）的北侧量转换成是与传输和（或）测量的电信号部分。

③ 当输出为规定的标准信号时，则称为变送器。

2.测量范围

在允许误差限内被测量值的范围。

3.量程

测量范围上限值和下限值的代数差。

4.精确度

被测量的测量结果与真值间的一致程度。

5.从复性

在所有下述条件下，对同一被测的量进行多次连续测量所得结果之间的符合程度：相同测量方法：

相同观测者：

相同测量仪器：

相同地点：

相同使用条件：

在短时期内的重复。

6.分辨力

传感器在规定测量范围圆可能检测出的被测量的最小变化量。

7.阈值

能使传感器输出端产生可测变化量的被测量的最小变化量。

8.零位

使输出的绝对值为最小的状态，例如平衡状态。

9.激励

为使传感器正常工作而施加的外部能量（电压或电流）。

10.最大激励

在市内条件下，能够施加到传感器上的激励电压或电流的最大值。

11.输入阻抗

在输出端短路时，传感器输入的端测得的阻抗。

12.输出

有传感器产生的与外加被测量成函数关系的电量。13.输出阻抗 在输入端短路时，传感器输出端测得的阻抗。14.零点输出 在市内条件下，所加被测量为零时传感器的输出。15.滞后 在规定的范围内，当被测量值增加和减少时，输出中出现的最大差值。16.迟后 输出信号变化相对于输入信号变化的时间延迟。17.漂移 在一定的时间间隔内，传感器输出终于被测量无关的不需要的变化量。18.零点漂移 在规定的时间间隔及室内条件下零点输出时的变化。19.灵敏度 传感器输出量的增量与相应的输入量增量之比。20.灵敏度漂移 由于灵敏度的变化而引起的校准曲线斜率的变化。21.热灵敏度漂移 由于灵敏度的变化而引起的灵敏度漂移。22.热零点漂移 由于周围温度变化而引起的零点漂移。23.线性度 校准曲线与某一规定直线一致的程度。24.非线性度 校准曲线与某一规定直线偏离的程度。25.长期稳定性 传感器在规定的时间内仍能保持不超过允许误差的能力。26.固有凭率 在无阻力时，传感器的自由（不加外力）振荡凭率。27.响应 输出时被测量变化的特性。28.补偿温度范围 使传感器保持量程和规定极限内的零平衡所补偿的温度范围。29.蠕变 当被测量机器多有环境条件保持恒定时，在规定时间内输出量的变化。30.绝缘电阻

篇6：传感器工作原理分类

物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。

化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。

向温度传感器提供±15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±5V的直流电源，该电源做运算放大器AD822的工作电源；由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及V/F转换器的工作电源。

当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成1.5v±1v的强信号，再通过V/F转换器LM131变换成频率信号，通过信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈，再经过外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平,既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。

由于该旋转变压器动--静环之间只有零点几毫米的间隙，加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。

大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。