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机械工程测试技术
绪论
测试信号的描述与分析
测试系统的基本特性
常用传感器
模拟信号处理
数字信号处理
计算机与虚拟仪器测试技术
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机械工程测试技术
主要内容
1.传感器的基本概念
2.电阻式传感器
3.电感式传感器
4.电容式传感器
5.压电式传感器
6.磁电式传感器
7.霍尔式传感器
8.传感器的选用原则
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第四章 常用传感器
4.1 传感器的基本概念
一. 传感器的作用和分类
1、定义：传感器是借助检测元件将一种形式的信号转换
成另一种形式的信号的装置。
物理量
电量
目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭
义上讲，传感器是把被测的物理量转换为电信号的装置。
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第四章 常用传感器
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4.1 传感器的基本概念
2. 传感器的构成
被测量 敏 感
元 件
转 换
元 件
辅 助
元 件
辅助电源
图 1-1 传感器组成框图
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第四章 常用传感器
4.1 传感器的基本概念
3、传感器的分类
1)按传感器的检测用途分类
可分为位移传感器、力传感器、温度传感器、湿
度传感器、流量传感器、化学成分传感器、生物
信息传感器等。这种分类方法，对使用者十分方
便，但由于把用途相同而变换原理不同的传感器
分为一类，如可用于加速度测量的传感器，可利
用不同变换原理的传感器元件组成，这样分类对
学习和研究很不方便。
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第四章 常用传感器
4.1 传感器的基本概念
2)按传感器的传感原理分类
有电阻式传感器，电容式传感器、电感式传感器、压
电式传感器、磁电式传感器、光电式传感器等。这种分类
方法，对每一类传感器可具有相同的传感原理，基于一种
传感原理可研究出多种传感器，如利用电阻传感原理可以
研制出电阻式位移传感、压力传感器、加速度传感器、湿
度传感器等，而且其后接的调理电路也基本相同，便于学
习和研究。
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4.1 传感器的基本概念
3)按传感器能量转换关系分类
第四章 常用传感器
能量转换型和能量控制型
能量转换型:能量转换型传感器直接将被测对象输入的能量
转换为电能而不需要外加能源。机械工程测试中常用的能量
转换型传感器有：电动式传感器、压电式传感器、热电式传
感器、光电式传感器、磁电式传感器等。
能量控制型:能量控制型传感器是借助辅助能源将被测的物
理参数转换成电信号输出的，这里被测物理参数起着控制外
加能源的作用。机械工程测试中常用的能量控制型传感器有：
电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器等。
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第四章 常用传感器
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第四章 常用传感器
4.1 传感器的基本概念
4)按敏感元件与被测对象之间的机理分类
结构型: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。如电阻式、电感式、电容式等；
物性型:物性型传感器是利用敏感元件材料本身物理性质的变
化来实现信号变换。如水银温度计，压电式加速度机等
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4.1 传感器的基本概念



第四章 常用传感器
按其工作的物理性质可分为
机械式、电气式、光学式、流体式等（见表4-1）按其信号
输出的特征可分为
模拟式和数字式等等，
此处不一一赘述。无论何种传感器，作为信号测试系统的首
要环节，通常都必须具有快速、准确、可靠而又经济地实现
信息转换的基本功能。
表4-1汇总了机械工程中常用传感器的基本类型
本章主要介绍以电信号输出的各种传感器
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第四章 常用传感器
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4.1 传感器的基本概念
二、传感器的基本结构类型
组成传感器基本结构的类型有三种：直接变换型、差动型和平衡型。
直接变换型结构
（几个串联环节组
成的开环系统）
差动型（并
联系统）
ΔS ΔS ΔS
y
± 1± 2 ± 3 ±
y
S1
S2
S3
y ΔS1 -ΔS2

0
y
2Sx
平衡型（反馈
系统）
y
S0S1S2S3
x
1  S1S2S3S4
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第四章 常用传感器
4.1 传感器的基本概念
三、 传感器的发展趋势
（一）传感器的集成化和多功能化趋势
传感器正随着半导体微电子技术的发展而以单个元件向
多个元件和多种电路集成在一个芯片上的方向发展，例如集
成压力传感器，集成磁敏传感器等。由于集成度的提高，出
现了具有多种参数检测功能的传感器，如多功能气体检测传
感器，温湿敏传感器等等，这就是多功能化的发展趋向。如
手指感觉温度、湿度、粗糙度等
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第四章 常用传感器
（二）传感器的智能化趋势
智能传感器是一种带有微处理器的传感器，它将信号检测、
信号处理和信号驱动等功能电路全部集成到一块基片上，并
且使它具有诊断、自动调整量程、处理数据和信息远距离通
信等功能，这样的智能化传感器将成为传感器发展的方向。
（三）传感器的图像化趋势
近代科学技术的发展，要求传感器不仅仅局限于对一个点
的物理量可进行测量，而是能够进行一维、二维以至三维
空间的测量，感受的是“象”的信息。例如红外遥感技术，
它能敏感热象图。要求传感器由单件向组合阵列发展。
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4.1 传感器的基本概念
传感器的发展趋势
新型片式汽车尾气传感器
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第四章 常用传感器
4.2 电阻式传感器
• 电阻式传感器是将被测物理理（如位移、应变、力、加
速度等）转换成电阻值变化的一种传感器。通过调理电
路把其输出的电阻变化量变换为电压或电流，便可进行
测量、记录、达到信息检测之目的。
• 按工作的原理可分为:电阻应变式、热敏电阻式、气敏
电阻式、光敏电阻式等。
• 本节主要介绍应变片式的电阻传感器
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4.2 电阻式传感器
应变片式电阻传感器
应变片式电阻传感器可以用于测量应变、力、位移、加速
度、扭矩等参数。具有体积小、动态响应快、测量精度高、
使用简便等优点。故在航空、船舶、机械、建筑等行业得
到广泛应用。
应变片式电阻传感器是以应变效应为机理的电阻传感器。
所谓应变效应是指金属导体在发生机械变形时，其电阻值
发生变化的物理现象。
应变片基本结构如图示
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4.2 电阻式传感器

当导体发生机械变形时，导体长度 、截面积A和电阻
率 都要发生变化，于是电阻值的改变量 l 可由电阻
定律 R  l / A 的全微分得到 dR
R
R
R

l
l
dR 
dl 
dA 
d  dl  2 dA  d
l
A

A
A
A
dR
dl
dA
d



R
l
A

A   r2
dR
dl
dr
d

2

R
l
r

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4.2 电阻式传感器
dl / l  
d
    E

dr / r   r
 r  


E
R
   2   E  1  2   E  
R
R
 K 0
R
 R 
d

R 
S 
 K0

K0  1  2   E


E
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4.2 电阻式传感器
1 金属电阻应变片
电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即
金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所
受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化象。
dR
 (1  2  )
R
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4.2 电阻式传感器
金属应变计
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4.2 电阻式传感器
2 半导体应变片
dR d

R

  E
优点：灵敏度大;体积小;
缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。
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4.2 电阻式传感器
电阻应变式传感器的应用
图4-6 测力传感器
1-质量块；2-弹性梁；3-硅油阻尼液；
4-应变片（两片）；5-温度补偿电阻；
6-接线板；7-接线柱；8-外壳
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图4-7 加速度传感器
1-密封圈；2-通气孔；
3-弹性膜片；4-电阻应
变片5-输出接线
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图4-8 应变片式压力传感器
1-密封圈；2-通气孔；
3-弹性膜片；4-电阻应
变片5-输出接线
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4.2 电阻式传感器
案例：冲床生产记数
和生产过程监测
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第四章 常用传感器
电阻应变片使用中常需了解以下主要特性参数：
①电阻值——是指应变片没有粘贴，也不受力时，室温下测
定的电阻值。其规格有60Ω、120Ω、200Ω、300Ω、
600Ω、1000Ω等多种。
②灵敏度——在一批产品中抽样一定百分比的产品，将各的
平均值作为该批产品的“标称灵敏度”。
③应变极根——应变片所能测量的最大应变范围。一般规定，
在室温下指示应变值与真实应变值的比例偏差超过10%时，
所对应的真实应变为应变极限。
④绝缘电阻——应变片引线与试件之间的电阻称绝缘电阻，
一般要求在(50～100)MΩ以上。
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第四章 常用传感器
⑤最大工作电流——应变片正常工作范围内允许通过的最
大电流值，通常在静态测量时允许电流取25mA左右。
⑥动态响应——分析表明，应变片对正弦应变的响应误差
随栅长和应变频率的增加而增大；其栅长与应变波波长之
比愈小，测量误差也愈小。
⑦零漂和蠕变——在一定温度下，已装好的应变片不加载
时，其阻值随时间增加而逐渐变化的现象称为零漂。施加
恒定应变时，其阻值随时间增加而变化的现象称为蠕变。
⑧疲劳寿命——反映应变片在动态载荷作用下耐受能力的
特性参数，通常用幅值恒定的交变应力作用下连续工作而
不发生疲劳破坏的循环次数作为疲劳寿命值。
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第四章 常用传感器
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[例1] 有一拉力传感器，用钢柱作为敏感元件，其上贴一
电阻应变片。已知钢柱的截面积A=1cm2，弹性模量Pa，
应变片的灵敏度=2。若测量电路对应变片电阻相对变化
量的分辨力为10-7，试计算该传感器能测出的最小拉力。
解 应变片的灵敏度为
从而
S
dR / R

dR / R
由此得应变片对钢柱应变的分辨力
S
 
(dR / R)min 107
 min 

 5 108
S
2
拉力 、应力 和应变
间关系为
F
F
 E
所以，该传感器对力的分辨力，即能测到的最小拉力为
A


Fmin   min EA  5108  20 1010 1104 N  1 N
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4.3 电感式传感器
电感式传感器是利用电磁感应原理，把被测的非电
量，如位移、压力等，转换为电感量变化的一种装置。
自感式
按照变换方式
互感式
分
类
气隙型
按照结构不同
螺管型
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4.3 电感式传感器
一.自感式传感器
变气隙型
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4.3 电感式传感器
式中l为磁路长度，μ为磁路的磁导率，
A为铁芯面积，磁通量Φ与线圈参数有如
下关系：
W2
Wi
L
m 
W m  Li
Rm
Rm
Rm  Rm0  Rm1  Rm 2
l1
l2
2



0 A0 1 A1 2 A2
W 2 0 A0
L
2
lδ
衔铁
Δδ
2
Rm 
0 A0
L  f ( )
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4.3 电感式传感器
  0  
L  L  L0
W 0 A0 W 0 A0

L 

 L0
2( 0   )
2 0
0
  
1 
L  L0
0  0

   0  
2
2

  
   

 0 
2


   
1 
L  L0

 
0  0  0 

L L0 W 2 0 A0
S


  0
2 02
 / 0 1
 /  0  0.1
2
  
1 


0 

1



lδ
衔铁
Δδ
测量范围允许在0.001mm~1mm之间。
L  f ( A0 )
dL W 2 0
S

dA0
2
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4.3 电感式传感器
二.差动式电感传感器
1   2
L1  L2  L0 L  L1  L2  0

L1  L0  L1
L2  L0  L2
L  L1  L2  L1  L2
2
4

     

1       
L  2L0
0   0   0 

L  2 L0

0



图4-12 变气隙差动式电感传感器
L0
L
S
2

0
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4.3 电感式传感器
上式中不存在偶次项，显然差动式自感传感器的非线性误差
在±Δδ工作范围内要比单个自感传感器的小得多。灵敏度
提高一倍 ！！！
变气隙型
变面积型
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4.3 电感式传感器
三、差动变压器式电感传感器
差动变压器的两个次级线圈通常是反相串联连接的，如果两
线圈的互感系数为 M 1 和 M 2
当铁心处于中间平衡位置时 M1  M 2  M 0 输出电压
当铁心偏离中心时，M1  M 0  M , M 2  M 0  M
U2 
U2  0
2M
R  ( L1 )
2
1
2
U1
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4.3 电感式传感器
由上所述，差动变压器式传感器输出电压的大小与互
感的变化量 成正比，在铁心上下偏移量相等时，输出电压
大小相等，相位相反。
为了获得较好的线性范围，一般要求铁心的位移范围
为线圈骨架长度的1/10~1/4为宜。
差动变压器式传感器输出的电压信息中既包含了输入
位移的大小，也包含了输入位移的方向，为了提取这两种
信息，需在其测量电路中采用相敏检波器，这部分内容将
在第五章中介绍。
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第四章 常用传感器
4.3 电感式传感器
四、涡电流式传感器
涡电流式传感器是利用金属导体在交变磁场中的涡电流
效应设计出的一种互感式传感器。
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第四章 常用传感器
4.3 电感式传感器
四、涡电流式传感器
线圈的等效阻抗Z可表示为
Z  f  , , , h, I ,  
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4.3 电感式传感器
四、涡电流式传感器
由上式可知，只要改变函数中任一参数，都可使线
圈阻抗发生变化，达到不同的变换目的。
线圈的等效电阻 R ，等效电感 L 及等效品质因数 Q 分别为
当线圈接近金属导体时，电路参
 2M 2
R  R1  R2 2
R2  ( L2 ) 2
数 R 、L 、Q 等均为互感系数 的函
 2M 2
数。所以凡是能引起涡电流变化的
L  L1  L2 2
2
R2  ( L2 )
非电量，如金属的电阻率、磁导率、
2
2


 M
  L1  L2 2
几何形状以及线圈与导体的距离等
2
R

(

L
)
2
2

Q 
2
2
参量均可通过测量线圈的等效电阻、
 M
R1  R2 2
等效电感、等效阻抗及等效品质因
R2  ( L2 ) 2
数来得到。
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第四章 常用传感器
4.3 电感式传感器
四、涡电流式传感器应用
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第四章 常用传感器
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4.4 电容式传感器
变换原理:电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化
的一种装置。实际上，它就是一个可变参量的电容器。
+

A
+
+

两平行极板组成的电容器,
它的电容量为:
 A  r 0 A
C

(F)


δ、A或ε发生变
化时，都会引起
电容的变化。
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4.4 电容式传感器
一、变极距型电容传感器
C
 0A

+
+
+
+
+
+
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4.4 电容式传感器
一、变极距型电容传感器（非差动结构）
A C  A
C0 
 0  
0
极距减小  
 /  0
A
A
 C0
C  C  C0 

1  ( /  0 )
 0    0
2
3
 / 0 1



 




C  C0 


 
  
  0   0    0 

S
当极距增加  
C
C
A
 0  2

0
0
    2   3
C  C0 

 
 
  0   0    0 
一般取极距变化范围为
 /  0  0.1



亦可对式（4-28）求导得
。
dC
A
S
 2
d

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4.4 电容式传感器
一、变极距型电容传感器（差动结构）
实际应用中，常把电容传感器作成差动结构，如图4-18所示。
则上半部间隙变为 1   0  
相应地电容变化为 C1  C0  C1
总的电容变化量
下半部间隙变为  2   0  
C2  C0  C2
C  C1  C2  C1  C2
2
4
  
  
 
1  
C  2C0
 
 
 0    0    0 
C1  C2



C

2
C0
0
C0
C
S
2

0
差动结构的电容传感器灵敏度提高一倍，而非线性度显著降低。
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4.4 电容式传感器
二、变面积型电容传感器
1.角位移型
1 2
由于覆盖面积 A  r 
2
所以电容量
灵敏度
 r 2
C
2
dC  r 2
S 

d 2
常数
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4.4 电容式传感器
二、变面积型电容传感器
2.平板位移型
C
 0A

由于电容量
 bx
C

dC  b

 常数
灵敏度 S 
dx 
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4.4 电容式传感器
二、变面积型电容传感器
3.圆柱体线位移型
C
 0A

电容量
2 x
C
In  D / d 
当覆盖长度 x 变化时，电容量 C
发生变化，
dC
2
S

 常数
dx In  D / d 
其灵敏度
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4.4 电容式传感器
二、变面积型电容传感器
液体压力
作用在陶
瓷膜片的
表面，使
膜片产生
位移。
产品
压力变送
器
陶瓷电容压力传感器
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4.4 电容式传感器
三、变介电常数型电容传感器
若在电容传感器的两极板之间充以不同的介质，使
介电常数发生变化，电容量也会随之改变。应用这一原理
制成的电容传感器就是变介质型的。
C
 0A

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4.4 电容式传感器
三、变介电常数型电容传感器
产品.
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4.4 电容式传感器
三、变介电常数型电容传感器
电容式接近开关
被测物体
感应电极
测量头构成电容器的一个极板，
另一个极板是物体本身，当物体
移向接近开关时，物体和接近开
关的介电常数发生变化，使得和
测量头相连的电路状态也随之发
振荡电路
生变化.接近开关的检测物体，
并不限于金属导体，也可以是绝
缘的液体或粉状物体。
被测电容
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第四章 常用传感器
4.4 电容式传感器
三、变介电常数型电容传感器（电容式液位计）
电容器总电容 C 等于气体
介质中的电容 C 与液体介质中
的电容 C 之和。
1
2
2 2 (h  x) 21 x
C  C1  C2 

R2
R
1n
1n 2
R1
R1
2 2 h 2 (1   2 )

x
R
R
In 2
1n 2
R1
R1
其灵敏度 S  dC  2 (1   2 )
R
dx
1n 2
R1

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第四章 常用传感器
4.4 电容式传感器(应用）
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第四章 常用传感器
4.5 压电式传感器
一、压电效应
压电式传感器的工作原理是以某些物质的压电效应为基础
的。这些物质在机械力作用下发生变形时，内部产生极化
现象，在其表面上生成极性相反的电荷，形成电场。当外
力撤消时，电荷立即消失，重新恢复到原来的状态，这种
现象称为压电效应。二、压电材料：具有压电效应的物质
很多，常见的大致可分三类：石英晶体 (SiO2 ) 、酒石酸钾
钠( KNaC4 H4O6  4H2O )等压电单晶体；钛酸钡 ( BaTiO3 ) 、锆
钛酸铅(PZT)等多晶压电陶瓷和高分子压电薄膜，如聚偏
二氟乙烯（PVDF）等。下面以石英晶体为例来说明其压电
特性。
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第四章 常用传感器
一、压电效应
( a ) 石英晶体 (b) 光轴、电轴和机械轴
晶片电荷极性与受力方向关系
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三、压电式传感器及其特性
q  DF
q D
U0   F
Ca Ca
+
+
并联
串联
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三、压电式传感器及其特性
压电式传感器突出的特点是固有频率高，可测频带宽，
此外，还具有体积小、重量轻、精确度与灵敏度高等优点。
在测量加速度和动态力等方面得到了广泛地应用。在用作加
速度和力传感器时，可测频率范围从0.1Hz～20kHz，可测
振动加速度值达（10-2～105）ms-2。
压电式传感器多与电荷放大器配套使用，形成专用测量
系统。
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三、压电式传感器及其特性
压电式力传感器和压电式加速度传感器的应用实例原理图
k
c
2
d 2 y1
d2 y
dy


,


n
m 2 c
 ky  m
y  y0  y1
2
m
2 km
dt
dt
dt
d 2 y1
d2 y
dy
1/ n2
y
2
 2n
 n y   2   a
A( ) a 

2
a
dt
dt
dt
2 2
2

   

 
1  
    2

q  DF  DGy
F  Gy




n
n






DGa
1/ n2
2
2
2

   

 
1  
    2





n
n






 / n
1
q 
DG

2
n
a
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第四章 常用传感器
三、压电式传感器及其特性
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加速度计
4.5 压电式传感器
产品
压力变送器
力传感器
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压电式传感器应用实例
图4-28 阻抗头
1-压电晶片；2-质量块；3-安装平面；4-钛质壳体；5-加速度输出口；
6-压电晶片；7-激振平台；8-橡皮；9-力输出口
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4.6 磁电式传感器
1.变换原理:电磁感应原理
磁电式传感器是把被测的物理量转换为感应电动势的一
种传感器。
根据电磁感应定律，对于一个匝数为 W 的线圈，当穿过该线
圈的磁通  发生变化时，其感应电动势
d
e  W
dt
磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，改变
其中一个因素，都会改变感应电动势。
d
 ( B, Rm , v )
dt
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4.6 磁电式传感器
2 分类
线速度型
动圈式
角速度型
磁
电
式
磁阻式
N
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一、动圈式磁电传感器（速度拾振器）
线速度型传感器感应电动势
  90
dx
e  WBl sin   WBlv sin 
dt
e  WBlv
角速度型传感器感应电动势
e  kWBA
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4.6 磁电式传感器
角速度型
测速电机
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4.6 磁电式传感器
一、动圈式磁电传感器（速度拾振器）
将传感器中线圈产生的感应电势通过电缆与电压放
大器联接时，其等效电路如图4-30所示。e0 是发电线圈
的感应电势； R0 是线圈电阻； RL 是负载电阻（放大器
输入电阻）； Cc 是电缆导线的分布电容；R 是电缆导
c
1
eL  e0
线的电阻。
R
1
0
RL
 j R0Cc
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4.6 磁电式传感器
通常传感器输出的电压是很微弱的(毫伏级)，因此，
感应电动势须经放大检波后方可推动指示仪表。如果经
过微积分电路，可以得到加速度和位移
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4.6 磁电式传感器
二、磁阻式磁电传感器
磁电式车速传感器
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4.6 磁电式传感器
二、磁阻式磁电传感器
上述动圈式传感器的工作原理也可看作是线圈在磁场中
运动时切割磁力线而产生感应电动势。磁阻式传感器则是线
圈与磁铁不动，由运动的物体（导磁材料）改变磁路的磁阻，
引起磁力线增强或减弱，使线圈产生感应电动势。
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4.6 磁电式传感器
二、磁阻式磁电传感器
在没有被测物体时，永久磁铁的磁路经由铁芯和工作
气隙闭合，当将其放置在被测物体旋转齿轮附近时，工作
气隙随齿顶和齿谷的交替出现而使磁通 随磁阻的改变作周
期性变化，从而在线圈上感应出频率和幅值均与齿轮转速
成比例的交流电动势，表达式为
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4.6 磁电式传感器
60
n
f
Z
n 为转速（ r/min ）；
Z 为齿轮齿数； f 为感应电动
势频率（ Hz ）。
用频率计记下频率数，即可求得被测转轴的转速。测速
发电机就是最普通的应用实例。
磁阻式传感器使用方便、结构简单，常被用来测量转速、
偏心量、振动等参数。
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4.7 霍尔传感器
霍尔式传感器是一种基于霍尔效应的磁电转换器，其转换
元件是霍尔元件，一般由锗（Ge）、锑化铟（InSb）、砷化
铟（InAs）等半导体材料制成。
霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果
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4.7 霍尔传感器
当电场作用在运动电子上的力 FE 与洛伦兹力FL 相等时，
电子的积累便达到动态平衡。这时在元件c 、d 两端之间建
立的电场称为霍尔电场，相应的电势称为霍尔电势 ，其
大小
VH
VH 
IB
sin   k H IB sin 
ned
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4.7 霍尔传感器
图4-34表示用霍尔元件测量
位移的实例。将霍尔元件置于
两个相邻而方向相反的磁场内，
由于每点磁感应强度
值不同，
B
x
当元件沿 方向移动时，可由
霍尔电势的变化反映出位移量
大小。
I
B
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4.7 霍尔传感器
霍尔元件具有结构简单可靠，体积小，噪声低，寿命长，
动态范围大（输出电压变化范围可达1000：1），频率范围
宽（从直流到微波频段）等特点。它不仅可用于测量位移和
可转化为位移的力、加速度等参量，还可以通过改变电流
和磁感应强度
的方法，作为运算和调制器件。
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4.12 传感器的选用原则
如何根据测试的目的和实际工作条件，合理地选用传感器，
是经常会遇到的问题。传感器的选用合理与否不仅影响测试精
度，而且还将影响测试成本.
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4.12 传感器的选用原则
一、灵敏度
一般来讲，传感器灵敏度越高越好，因为灵敏度越高，意
味着传感器所能感知的变化量越小，被测量稍有微小变化时，
传感器就有较大的输出。
当然也应考虑到，当灵敏度越高时，与测量信号无关的
外界干扰也越容易混入，并被放大装置所放大。这时必须考
虑既要检测微小量值，又要干扰小。为保证此点，往往要求
信噪比愈大愈好，既要求传感器本身噪声小，且不易从外界
引入干扰。
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4.12 传感器的选用原则
除非有专门的非线性校正措施，最大输入量不应使传感
器进入非线性区域，更不能进入饱和区域。某些测试工作要
在较强的噪声干扰下进行，这时对传感器来讲，其输入量不
仅包括被测量，也包括干扰量；两者之和不能进入非线性区。
过高的灵敏度会缩小其适用的范围。
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4.12 传感器的选用原则
二、响应特性
在所测频率范围内，传感器的响应特性必须满足不失
真测量条件。此外，实际传感器的响应总有一定延迟，但
总希望延迟时间愈短愈好。
一般来讲，利用光电效应、压电效应等物性型传感器，
响应较快，可工作频率范围宽。而结构型，如电感、电容、
磁电式传感器等，往往由于结构中的机械系统惯性的限制，
其固有频率低，可工作频率较低。
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4.12 传感器的选用原则
三、线性范围
任何传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输入
与输出成比例关系。线性范围愈宽，则表明传感器的工作
量程愈大。
然而任何传感器都不容易保证其绝对线性，在许可限
度内，可以在其近似线性区域内应用。例如，变间隙型电
容、电感传感器，均采用在初始间隙附近的近似线性区内
工作。选用时必须考虑被测物理量的变化范围，令其非线
性误差在允许范围以内。
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4.12 传感器的选用原则
四、可靠性
可靠性是传感器和一切测量装置的生命。可靠性是指仪
器、装置等产品在规定的条件下，在规定的时间内可完成规
定功能的能力。只有产品的性能参数（特别是主要性能参数）
均处在规定的误差范围内，方能视为可完成规定的功能。
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4.12 传感器的选用原则
五、精确度
传感器的精确度表示传感器的输出与被测量真值一
致的程度。传感器处于测试系统的输入端，因此，传感器
能否真实地反映被测量值，对整个测试系统具有直接影响。
然而，也并非要求传感器的精确度愈高愈好，因为
还应考虑到经济性。传感器精确度愈高，价格越昂贵。因
此应从实际出发尤其应从测试目的出发来选择。
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4.12 传感器的选用原则
六、测量方式
传感器在实际条件下的工作方式，例如，接触与非接触测量、
在线与非在线测量等，也是选用传感器时应考虑的重要因素，
工作方式不同对传感器的要求亦不同。
在机械系统中，运动部件的测量（例如回转轴的运动误差、
振动、扭矩），往往需要非接触测量。因为对部件的接触式测
量不仅造成对被测系统的影响，且有许多实际困难，诸如测量
头的磨损、接触状态的变动、信号的采集都不易妥善解决，也
易造成测量误差。采用电容式、涡电流式等非接触式传感器，
会有很大方便。若选用电阻应变片时，则需配以遥测应变仪，
或其他装置。
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4.12 传感器的选用原则
在线测试是与实际情况更接近一致的测试方式。特别是
自动化过程的控制与检测系统，必须在现场实时条件下进行
检测。
七、其他
除了以上选用传感器时应充分考虑的一些因素外，还应
尽可能兼顾结构简单、体积小、重量轻、价格便宜、易于维
修、易于更换等条件。
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