（一）转速传感器

转速传感器是将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器。转速传感器属于间接式测量装置，可用机械、电气、磁、光和混合式等方法制造。常用的转速传感器有光电式、变磁阻式和霍尔式等。

光电式转速传感器对转速的测量，主要是通过将光线的发射与被测物体的转动相关联，再以光敏元件对光线进行感应来完成的，主要可分为透射式、漫反射式和遮光式等光电转速传感器。

透射式光电转速传感器设有指示盘和标尺盘，两者之间存在间隔相同的缝隙。透射式光电转速传感器在测量物体转速时，标尺盘会随着被测物体转动，光线则随标尺盘转动不断经过各条缝隙，并透过缝隙投射到光敏元件上。透射式光电转速传感器的光敏元件在接收光线并感知其明暗变化后，即输出电流脉冲信号。透射式光电转速传感器的脉冲信号，通过在一段时间内的计数和计算，就可以获得被测量对象的转速状态。其主要特点为：采用光学原理，非接触测量不会对测量轴带来额外的负载，所以误差小，精度高，结构紧凑简单，抗干扰性好。

变磁阻式转速传感器利用磁通变化而产生感应电动势，其电动势大小取决于磁通变化的速率。这类传感器按磁路形式不同又分为开磁路式和闭磁路式两种。开磁路式转速传感器的磁场之磁路呈开启状态，其最大的优点是便于采用分离式安装方式，实现非接触测量，但电动势灵敏度比较低。闭磁路式转速传感器的磁场之磁路呈闭合状态，其最大的优点是抗外接电磁干扰能力强，电动势灵敏度高。一般闭磁路式转速传感器都采用整体式安装形式，用于接触测量。

霍尔式转速传感器的主要工作原理是霍尔效应，也就是当转动的金属部件通过霍尔式转速传感器的磁场时会引起电动势的变化，通过对电动势的测量就可以得到被测量对象的转速值。霍尔式转速传感器的主要组成部分是传感头和齿圈，而传感头又是由霍尔元件、永磁体和电子电路组成的。霍尔式转速传感器在测量机械设备的转速时，被测量机械的金属齿轮、齿条等运动部件会经过传感器的前端，引起磁场的相应变化，当运动部件穿过霍尔元件产生磁力线较为分散的区域时，磁场相对较弱，而穿过产生磁力线较为密集的区域时，磁场就相对较强。霍尔式转速传感器就是通过磁力线密度的变化，在磁力线穿过传感器上的感应元件时，产生霍尔电动势。霍尔式转速传感器的霍尔元件在产生霍尔电动势后，会将其转换为交变电信号，最后传感器的内置电路会将信号调整和放大，输出矩形脉冲信号。霍尔式转速传感器的特点：①霍尔式转速传感器的测量必须存在磁场，若测量非铁磁材质的设备时，需要在转动的物体上安装磁铁物质来改变传感器周围的磁场。②霍尔式转速传感器的集成电路具有体积较小、灵敏度高、输出幅度较大、温漂小、对电源的稳定性要求较低等优点。

光电式转速传感器采用光学检测原理，一般检测精度相对较高，但在户外及恶劣环境下需要使用较高的防护要求，并且不适宜在凝露的环境中使用、不耐撞击，价格较低；适用于试验平台工作环境较好的条件下。

相比之下，磁电式转速传感器的性价比要高一些，磁电式转速传感器不易受尘埃和结露的影响、耐高低温、抗振动、寿命长等；但磁电式转速传感器测量低转速时精度会降低，不适于试验平台做低转速测试试验。

霍尔式转速传感器适合用于低速或超低速非接触检测中，其弥补了磁电式转速传感器的不足，多应用在控制系统的转速检测中，稳定性好，测量频率范围远远高于磁电式转速传感器，可以在温度较高的环境、油性环境及潮湿环境下应用，适用于试验平台工作环境较恶劣的环境下。

（二）扭矩传感器

扭矩传感器主要用来测量各种扭矩、转速及机械效率，它将扭力的变化转化成电信号，主要可分为非接触式扭矩传感器、应变片扭矩传感器和相位差式扭矩传感器。

非接触式扭矩传感器也是动态扭矩传感器，又叫转矩传感器、转矩转速传感器、旋转扭矩传感器等，如图4-16所示。它的输入轴和输出轴由扭杆连接，输入轴上有花键，输出轴上则是键槽，当扭杆受到转动力矩作用发生扭转的时候，花键与键槽的相对位置则被改变，它们的相对位移改变量就是扭转杆的扭转量。这样的过程使得花键上的磁感强度变化，通过线圈转化为电压信号。非接触式扭矩传感器的特点是寿命长、可靠性高、不易受到磨损、有更小的延时、受轴的影响更小，应用较为广泛。

图4-16　非接触式扭矩传感器

应变片扭矩传感器（图4-17）使用的是应变电测技术，其原理是利用弹性轴，粘贴应变计，组成了测量电桥，当弹性轴受扭矩作用发生微小形变时，电桥的电阻值就会发生变化，进而电信号发生变化，实现扭矩的测量。应变片扭矩传感器的特点是分辨能力高、误差较小、测量范围大、价格低廉，便于选择和大量使用。

图4-17　应变片扭矩传感器

相位差式扭矩传感器（图4-18）就是扭转角相位差式传感器，它的原理就是根据磁电相位差式转矩测量技术，在弹性轴的两端安装两组齿数、形状及安装角完全相同的齿轮，齿轮外侧安装接近传感器。当弹性轴旋转时，两组传感器的波形产生相位差，据此计算出扭矩。相位差式扭矩传感器的特点主要是实现了转矩信号的非接触传递，检测的信号是数字信号，转速较高。但是这种扭矩传感器体积较大，低转速时的性能不理想，因此应用已不是很广泛。

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图4-18　相位差式扭矩传感器

由于非接触式扭矩传感器、应变片扭矩传感器具有体积小、测量精度高（非接触式最高可达0.02；接触式最高可达0.05）、测量范围大等优点，在电动机、发动机、内燃机等旋转动力设备输出扭矩的检测中得到广泛应用；而相位差式扭矩传感器由于其体积大、不宜低速测量等已不再广泛应用。使用人员可根据试验平台的测试需求来选择非接触式扭矩传感器或应变片扭矩传感器各个等级的量程以及测量精度。

（三）振动传感器

振动传感器是一种能感受机械运动振动的参量（振动速度、频率、加速度等）并转换成输出信号的传感器。主要有电涡流式振动传感器、电感式振动传感器、电容式振动传感器、压电式振动传感器和电阻应变式振动传感器等。

电涡流式振动传感器是以涡流效应为工作原理的振动式传感器，它属于非接触式传感器。电涡流式振动传感器是通过传感器的端部和被测对象之间距离上的变化，来测量物体振动参数的。电涡流式振动传感器主要用于振动位移的测量。

电感式振动传感器是依据电磁感应原理设计的一种振动传感器。电感式振动传感器设置有磁铁和导磁体，对物体进行振动测量时，能将机械振动参数转化为电参量信号。电感式振动传感器能应用于振动速度、加速度等参数的测量。

电容式振动传感器是通过间隙或公共面积的改变来获得可变电容，再对电容量进行测定而后得到机械振动参数的。电容式振动传感器可以分为可变间隙式和可变公共面积式两种，前者可以用来测量直线振动位移，后者可用于扭转振动的角位移测定。

压电式振动传感器是利用晶体的压电效应来完成振动测量的，当被测物体的振动对压电式振动传感器形成压力后，晶体元件就会产生相应的电荷，电荷数即可换算为振动参数。压电式振动传感器应用于加速度的测量。

电阻应变式振动传感器是以电阻变化量来表达被测物体机械振动量的一种振动传感器。电阻应变式振动传感器的实现方式很多，可以应用各种传感元件，其中较为常见的是电阻应变式的传感器。

一般认为，在低频范围内，振动强度与位移成正比；在中频范围内，振动强度与速度成正比；在高频范围内，振动强度与加速度成正比；振动位移具体地反映了间隙的大小，振动速度反映了能量的大小，振动加速度反映了冲击力的大小。

试验平台可根据测试需求来对振动传感器进行选型，如需测量系统的振动位移，可选用电涡流式传感器；测试系统的振动速度，可选用电感式振动传感器；测试系统的振动加速度，可选用压电式振动传感器。

（四）温度传感器

温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。工业上常用热电阻或热电偶来进行温度测量。

热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻率随温度的变化而变化的原理制成的，通过温度的变化与元件电阻的变化的关系，获得温度值。热电阻温度传感器如图4-19所示。热电阻有金属（铂、铜和镍）热电阻及半导体热电阻（称为热敏电阻）。

图4-19　热电阻温度传感器

目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，但超过150易被氧化。Pt100、Pt1000及Cu50和Cu100应用最为广泛。热电阻一般适用于-200～500℃的温度测量，采用压簧式感温元件，抗震性好，测量精度高，机械强度大，耐高温耐压性能好，性能可靠、稳定。

热电偶由两种不同成分的导体两端接合成回路，当两接合点温度不同时，就会在回路内产生热电流。如果热电偶的工作端与参比端存有温差，显示仪表将会指示出热电偶产生的热电动势所对应的温度值。热电偶的特点为：测温范围宽，性能比拟稳定；热响应时间快，对温度变化反响灵活；从-40～1 600℃均可连续测温；性能牢靠，机械强度好。

热电偶虽然测量温度范围宽，但价格相对来说较高；而热电阻适用于中低温范围内的测量，且性价比高而被广泛应用，由于电机工作时的温度一般在200℃以下，所以常用热电阻来对其温度进行测量。