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电阻式传感器习题.

第二章电阻式传感器

2.1 金属应变计与半导体应变计在工作机理上有何不同？试比较应变计各种灵敏系数概念的不同物理意义。

2.2 从丝绕式应变计的横向效应考虑，应该如何正确选择和使用应变计？在测量应力梯度较大或应力集中的静态应力和动态应力时，还需考虑什么因素？

2.3 试述电阻应变计产生热输出（温度误差）的原因及其补偿方法。

2.4 试述应变电桥产生非线性的原因及削减非线性误差的措施。

2.5 如何用电阻应变计构成应变式传感器？对其各组成部分有何要求?

2.6 一试件受力后的应变为2×10-3;丝绕应变计的灵敏系数为2，初始阻值120Ω，温度系数为－50×10-6/℃，线膨胀系数为14×10-6/ ℃；试件的线膨胀系数为12×10-6/ ℃。求温度升高20℃时，应变计输出的相对误差。

2.7 为什么常用等强度悬臂梁作为应变式传感器的力敏元件?现用一等强度梁：有效长L=150mm，固支处宽b=18mm，厚h=5mm，弹性模量E=2×105 N/mm2，贴上4片等阻值、K=2的电阻应变计，并接入四等臂差动电桥构成称重传感器。试问（1）悬臂量上如何布片？又如何接桥？为什么？（2）当输入电压为3V，输出电压为2mV时的称重量是多少？

电阻式传感器

一、进气岐管压力传感器（压阻效应）进气歧管压力传感器又称进气增压压力传感器，它是用来检测进气歧管内的压力变化，并将其转换成电信号，然后将信号电压送至电子控制器（ECU），ECU 依据此信号电压的大小，控制基本喷油量的大小。进气压力传感器种类较多，有压敏电阻式、真空膜盒式、电容式等。由于压敏电阻式具有响应时间快、检测精度高、尺寸小且安装灵活等优点，因而被广泛用于D型喷射系统中。 1．半导体压敏电阻式进气压力传感器结构与原理 (1)半导体压敏电阻式进气压力传感器的结构它是利用半导体的压阻效应制成的，主要由硅膜片、真空室、硅杯、底座、真空管和引线电极组成，其结构如下图所示。 (2)半导体压敏电阻式进气压力传感器的工作原理如图所示，硅膜片一面通过真空室，一面承受来自进气歧管中气体的压力，在此气体压力的作用下，硅膜片会产生变形，且压力越大形变越大，膜片上应变电阻的阻值在此压应力的作用下就会发生变化，使传感器上以惠斯顿电桥方式连接的硅膜片应变电阻的平衡被打破，当电桥的输入端输入一定的电压或电流时，在电桥的输出端便可得到相应变化的信号电压或信号电流，因为此信号比较微弱，故采用了混合集成电路进行放大后输入给ECU。因为压阻效应式歧管压力传感器的功能部件是硅膜片和应变电阻，其工作参数取决于作用于膜片上的压力的大小，因此传感器的取样压力应从压力波动较小的部位选取。

二．发动机机油压力传感器（电位器式）发动机机油压力传感器用于检测发动机机油压力的大小，它一般通过螺钉拧入在缸体的油道里，其内部有一个可变电阻，一端输出信号，一端与搭铁的滑动臂相连。当油压增大时，油压通过润滑油道接口推动膜片弯曲，膜片推动滑动臂移动到低电阻位置，使电路中的输出电流增大；反之，油压降低时，膜片推动滑动臂移动到高电阻位置，使电路中输出电流减小，最终在机油压力表上将机油压力的大小以指针指示出来，如图4．35所示。三、节气门位置传感器(电位器式）节气门位置传感器又称为节气门开度传感器或节气门开关。其主要功用是检测出发动机是处于怠速工况还是负荷工况，是加速工况还是减速工况。它实质上是一只可变电阻器和几个开关，安装于节气门体上。

(完整版)第4章应变式传感器习题及解答

第4章应变式传感器一、单项选择题 1、为减小或消除非线性误差的方法可采用（）。 A. 提高供电电压 B. 提高桥臂比 C. 提高桥臂电阻值 D. 提高电压灵敏度 2、全桥差动电路的电压灵敏度是单臂工作时的（）。 A. 不变 B. 2倍 C. 4倍 D. 6倍 3、电阻应变片配用的测量电路中，为了克服分布电容的影响，多采用( )。 A．直流平衡电桥 B．直流不平衡电桥 C．交流平衡电桥 D．交流不平衡电桥 4、通常用应变式传感器测量( )。 A. 温度 B．密度 C．加速度 D．电阻 5、影响金属导电材料应变灵敏系数K的主要因素是（）。 A．导电材料电阻率的变化 B．导电材料几何尺寸的变化 C．导电材料物理性质的变化 D．导电材料化学性质的变化 6、产生应变片温度误差的主要原因有（）。 A．电阻丝有温度系数 B．试件与电阻丝的线膨胀系数相同 C．电阻丝承受应力方向不同 D．电阻丝与试件材料不同 7、电阻应变片的线路温度补偿方法有（）。 A．差动电桥补偿法 B．补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法 C．补偿线圈补偿法 D．恒流源温度补偿电路法 8、当应变片的主轴线方向与试件轴线方向一致，且试件轴线上受一维应力作用时，应变片灵敏系数K的定义是（）。 A．应变片电阻变化率与试件主应力之比 B．应变片电阻与试件主应力方向的应变之比 C．应变片电阻变化率与试件主应力方向的应变之比 D．应变片电阻变化率与试件作用力之比 9、制作应变片敏感栅的材料中，用的最多的金属材料是（）。 A．铜 B．铂 C．康铜 D．镍铬合金 10、利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（）。 A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片 B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联 C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片

传感器原理及应用

温度传感器的应用及原理温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。温度是实际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依靠温度来实现，温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述，并介绍与电路系统之间的接口。热敏电阻器用来测量温度的传感器种类很多，热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC)，也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中，热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高，但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的，但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25)，该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比，通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例，25℃时阻值为10KΩ的电阻，在0℃时电阻为28.1KΩ，60℃时电阻为4.086KΩ；与此类似，25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。图1是热敏电阻的温度曲线，可以看到电阻/温度曲线是非线性的。

虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量，但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值，可以用这个曲线来估计，也可以直接计算出电阻值，计算公式如下：这里T指开氏绝对温度，A、B、C、D是常数，根据热敏电阻的特性而各有不同，这些参数由热敏电阻的制造商提供。热敏电阻一般有一个误差范围，用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同，误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换，用于不能进行现场调节的场合，例如一台仪器，用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准，这种热敏电阻比普通的精度要高很多，也要贵得多。图2是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压，一般它与ADC的参考电压一致，因此如果ADC的参考电压是5V，Vref 也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压，其阻值变化使得节点处的电压也产生变化，该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。

电阻应变式传感器的测量电路

图1 电子秤平剖图 1 台面壳体２均压框架３电阻应变片４弹性体５补偿电阻６可调支撑脚７底座如图１所示，底座通过贴有电阻应变片的双孔型等强度弹性体梁与均压框架相接，均压框架用螺钉与壳体相联。弹性体是应变式力传感器将力转换为应变量的关键部件。研究结果表明，双孔梁弹性体按刚架计算比按平行梁计算精确，而且桥路输出和载荷之间的线形好、灵敏度高。非线性和灵敏度与竖梁的长度和刚度无关。由于采用陶材料设计制作弹性梁，其灵敏度结构系数不仅取决于弹性体结构形式和应变区的选择，而且和陶瓷材料的微结构、质量及机械强度等因素密切相关。为此，进行了双孔梁的应力分析、抗冲击载荷分析、额定载荷计量等，并用计算机进行了有限元分析。经模拟验证分析，选用图1a所示的双孔梁结构形式。该梁的应力分布均匀对称，其应力最大点在弹性梁的最薄偏离两端处。根据图1a所示的结构形式： ε＝M／W．E （1）式中：ε为应变量；M为弯矩；W为抗弯模数；E为弹性模量。对于这类应变式弹性体上的全等臂电桥，其输出电压V 0和桥压V i 有如下关系： V 0＝G F ．ε．V i （2）式中：G F 为应变电阻的应变系数。将式（1）代入式（2），可得： V 0＝G F ．M．V i ／W．E （3）对于矩形截面， W＝1／6b．h2 式中：b为弹性体承载面宽度；h为弹性体承载梁厚度。由A—A剖面分析，负荷F必须由一对剪力F／2与之平衡。若取一应变电阻进行分析，F／2对应变电阻中心点的弯距为M ： M ＝F（L／2－X）／2 （4）以式（4）代入式（3），可得： V 0＝3F（L／2－X）G F ．V i ／b．h2．E （5）由式（5）可见，双孔梁的桥路输出和载荷F之间具有良好的线形，而且灵敏度高。

热敏电阻_热敏电阻工作原理

热敏电阻根据温度系数分为两类：正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻。由于特性上的区别，应用场合互不相同。正温度系数热敏电阻简称PTC（是Positive Temperature Coefficient 的缩写），超过一定的温度(居里温度---居里温度是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度。低于居里温度时该物质成为铁磁体，此时和材料有关的磁场很难改变。当温度高于居里温度时,该物质成为顺磁体，磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。这时的磁敏感度约为10的负6次方。)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。其原理是在陶瓷材料中引入微量稀土元素，如La、Nb...等，可使其电阻率下降到10Ω.cm以下，成为良好的半导体陶瓷材料。这种材料具有很大的正电阻温度系数，在居里温度以上几十度的温度范围内，其电阻率可增大 4~10个数量级，即产生所谓PTC效应。目前大量被使用的PTC热敏电阻种类：恒温加热用PTC热敏电阻；低电压加热用PTC热敏电阻；空气加热用热敏电阻；过电流保护用PTC热敏电阻；过热保护用PTC热敏电阻；温度传感用PTC热敏电阻；延时启动用PTC 热敏电阻。负温度系数热敏电阻简称NTC（是Negative Temperature Coefficient 的缩写），泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件。它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。NTC热敏电阻器在室温下的变化范围在10O~1000000欧姆，温度系数-2%~-6.5%。NTC热敏电阻器可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。 PTC、NTC两种热敏电阻都可以用作温度传感，在目前的实际应用中，多采用NTC热敏电阻作为温度测量、控制的温度传感器。 NTC负温度系数热敏电阻专业术语零功率电阻值（Ω）指在规定温度T时，采用引起电阻值变化相对于总的测量误差来说可以忽略不计的测量功率测得的电阻值。

热电阻常用的接线方式及原理

热电阻温度测量原理及常用接线方式热电阻（如PtIOO ）是利用其电阻值随温度的变化而变化这一原理制成的将温度量转换成电阻量的温度传感器。温度变送器通过给热电阻施加一已知激励电流测量其两端电压的方法得到电阻值（电压/电流），再将电阻值转换成温度值，从而实现温度测量。热电阻和温度变送器之间有三种接线方式：二线制、三线制、四线制。由于热电阻本身的阻值较小，随温度变化而引起的电阻变化值更小，例如，铂电阻在零度时的阻值R0=100 Q,铜电阻在零度时 R0=100 Qo 因此，在传感器与测量仪器之间的引线过长会引起较大的测量误差。在实际应用时，通常采用所谓的两线、三线或四线制的方式，如图所示。图热电阻的接入方式在图（a ）所示的电路中，电桥输出电压 Vo 为 R r ) 当 R?Rt 、Rr 时， V o ［（R t -R r ） 2 式中：Rt 为铂电阻， Rr 为可调电阻，R 为固定电阻，I 为恒流源输出电流值。 1. 二线制（c ）三线制（d ）四线制

二线制的电路如图（b）所示。这是热电阻最简单的接入电路，也是最容易产生较大误差的电路。图中的两个R是固定电阻。R r是为保持电桥平衡的电位器。二线制的接入电路由于没有考虑引线电阻和接触电阻，有可能产生较大的误差。如果采用这种电路进行精密温度测量，整个电路必须在使用温度范围内校准。 2.三线制三线制的电路如图（C）所示。这是热电阻最实用的接入电路，可得到较高的测量精度。图中的两个R是固定电阻。R是为保持电桥平衡的电位器。三线制的接入电路由于考虑了引线电阻和接触电阻带来的影响。R11、R12和R l3分别是传感器和驱动电源的引线电阻，一般说来，R11和R12基本上相等，而R13不引入误差。所以这种接线方式可取得较高的精度。 3.四线制四线制的电路如图（d）所示。这是热电阻最高精度的接入电路。图中R ii、R i2、R13和R14都是引线电阻和接触电阻。R ii和R12在恒流源回路，不会引入误差。R13和R14则在高输入阻抗的仪器放大器的回路中，也不会带来误差。上述三种热电阻传感器的引入电路的输出，都需要后接高输入阻抗、高共模抑制比的仪器放

第2章电阻式传感器习题

一、填空题： 1、电位移传感器是将1、电位器式传感器是一种将转换成的传感器。 2、金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值发生变化，这一效应称为 2、常用弹性敏感元件一般用制成。 3、电阻应变式传感器可直接测量的物理量是，电阻应变片的制作材料分为和两种。它们收到外力电阻发生变化，第一种是由形成的，第二种是由造成的。的灵敏度较大。 4、电阻应变片配有桥式测量转换电路的作用是。 5、应变测量电桥的三种接法是、、。输出电压分别为、、。电桥转换电路，因接法不同，灵敏度也不同，的灵敏度最大，实验证明输出电压与应变或受力成（线性/非线性）关系。 6、要使直流电桥平衡，必须使相对桥臂的电阻值的相等。 7、电阻应变效应做成的传感器可以测量、、。 8、测温热电阻分为和。 9、MQN气敏电阻可测量。TiO2气敏电阻可测量。 10、带有调零、调满度的热电阻测量转换电路调试过程的步骤是 _____。若发现毫伏表的满度值偏大，应将RP2往_____调。 11、测温热电阻分按结构分为___ 、___ _、__ 热敏电阻按温度系数又可分___ 、_ _。 12、湿敏电阻传感器按结构形式分为___ 、___ 、 _。 13、在下图控制电路中R t应选用________（PTC/NTC）。二、选择题 1、将应变片贴在上，可以分别做成测量位移、力、加速度传感器。 A试件 B质量块 C应变电阻弹性元件 D机器组件 2、产生应变片误差的主要原因。 A电阻有温度系数 B试件与电阻丝的线膨胀系数相同 C电阻丝承受应变力方向不同 3、应变片的标称电阻3、电阻应变片的标称电阻有几种，应用3、、

A60 A 60 B100 C120 D200 D200 4、通常用应变式传感器测量。 A温度 B密度 C 加速度 D 电阻 5、电桥测量转换电路的作用是将传感器的参量变化为的输出。AA 电阻 B电容 C电压电压 D 电荷 6、电子秤中所使用的应变片应选择应变片；为提高集成度，测量气体压力应选择；一次性、几百个应力试验测点应选择应变片。 A. 金属丝式 B. 金属箔式 C. 电阻应变仪 D. 固态压阻式传感器 7、应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，选择的测量转换电路。 AA 单臂半桥 B 双臂半桥 C全桥四臂全桥 8、测量温度不可用传感器。 A. 热电阻 B. 热电偶 C. 电阻应变片 D.热敏电阻 A 提高测量灵敏度 B 减小非线性误差 C 提高电磁兼容性 D 减小引线电阻影响 9、MQN型气敏电阻使用时一般随氧气浓度增加，电阻。灵敏度。 A.减小 B. 增大 C. 不变 10、TiO2型气敏电阻使用时一般随气体浓度增加，电阻。 A.减小 B. 增大 C. 不变 11、湿敏电阻使用时一般随周围环境湿度增加，电阻。 A.减小 B. 增大 C. 不变 12、MQN型气敏电阻可测量的浓度，TiO2型气敏电阻的浓度。 A. CO2 B. N2 C. 气体打火机间的有害气体 D 锅炉烟道中剩余的氧气。 13、湿敏电阻利用交流电作为激励源是为了。 A 提高灵敏度 B 防止产生极化、电解作用 C 减小交流电桥平衡难度 14、使用测谎器时，被测人员由于说谎、紧张而手心出汗，可用传感器来测量 A应变片 B热敏电阻 C 气敏电阻 D湿敏电阻 15、某NTC的特性如图曲线1所示。将它与电视机的显像管的灯丝串

传感器和检测技术试题与答案解析

1．属于传感器动态特性指标的是（D ） A 重复性 B 线性度 C 灵敏度 D 固有频率 2 误差分类，下列不属于的是（B ） A 系统误差 B 绝对误差 C 随机误差 D粗大误差 3、非线性度是表示校准（B ）的程度。 A、接近真值 B、偏离拟合直线 C、正反行程不重合 D、重复性 4、传感器的组成成分中，直接感受被侧物理量的是（B ） A、转换元件 B、敏感元件 C、转换电路 D、放大电路 5、传感器的灵敏度高，表示该传感器（C） A 工作频率宽 B 线性范围宽 C 单位输入量引起的输出量大 D 允许输入量大 6 下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（B） A 应变式传感器 B 化学型传感器 C 压电式传感器 D热电式传感器 7 传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D） A 测量 B感知 C 信号调节 D 转换 8 回程误差表明的是在（C）期间输出输入特性曲线不重合的程度 A 多次测量 B 同次测量 C 正反行程 D 不同测量 9、仪表的精度等级是用仪表的（C）来表示的。 A 相对误差 B 绝对误差 C 引用误差 D粗大误差二、判断 1.在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在改变条件时，按一定规律变化的误差称为系统误差。（√） 2 系统误差可消除，那么随机误差也可消除。（×） 3 对于具体的测量，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，所以精确度高的准确度不一定高（×） 4 平均值就是真值。（×） 5 在n次等精度测量中，算术平均值的标准差为单次测量的1/n。（×） 6.线性度就是非线性误差.（×） 7.传感器由被测量，敏感元件，转换元件，信号调理转换电路，输出电源组成.（√） 8.传感器的被测量一定就是非电量（×） 9.测量不确定度是随机误差与系统误差的综合。（√） 10传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作，是为了确定传感器静态特性指标和动态特性参数（√）二、简答题：（50分） 1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？答：传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入—输出特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性。 2、绘图并说明在使用传感器进行测量时，相对真值、测量值、测量误差、传感器输入、输出特性的概念以及它们之间的关系。答：框图如下：

电阻应变式称重传感器原理

电阻应变式称重传感器原理电阻应变式称重传感器原理电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：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。由此可见，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。下面就这三方面简要论述。一、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。他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： R = ρL/S（Ω）（2—1）当他的两端受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： ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （2—2）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 ΔS/S = 2Δr/r （2—4）从材料力学我们知道 Δr/r = -μΔL/L （2—5）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 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L =（1 + 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L = K *ΔL/L （2--6）其中 K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L）（２--７）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

传感器原理与应用习题_第7章热电式传感器

《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书第7章热电式传感器 7-1 热电式传感器有哪几类？它们各有什么特点？答：热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。它可分为两大类：热电阻传感器和热电偶传感器。热电阻传感器的特点：（1)高温度系数、高电阻率。(2)化学、物理性能稳定。(3)良好的输出特性。(4).良好的工艺性，以便于批量生产、降低成本。热电偶传感器的特点：（1）结构简单（2）制造方便（3）测温范围宽（4）热惯性小（5）准确度高（6）输出信号便于远传 7-2 常用的热电阻有哪几种？适用范围如何？答：铂、铜为应用最广的热电阻材料。铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出－输入特性接近线性，测量精度高。铜在-50～150℃范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出－输入特性接近线性，价格低廉。当温度高于100℃时易被氧化，因此适用于温度较低和没有侵蚀性的介质中工作。 7-3 热敏电阻与热电阻相比较有什么优缺点？用热敏电阻进行线性温度测量时必须注意什么问题？ 7-4 利用热电偶测温必须具备哪两个条件？答：（1）用两种不同材料作热电极（2）热电偶两端的温度不能相同 7-5 什么是中间导体定律和连接导体定律？它们在利用热电偶测温时有什么实际意义？答：中间导体定律：导体A、B组成的热电偶，当引入第三导体时，只要保持第三导体两端温度相同，则第三导体对回路总热电势无影响。利用这个定律可以将第三导体换成毫伏表，只要保证两个接点温度一致，就可以完成热电势的测量而不影响热电偶的输出。连接导体定律：回路的总电势等于热电偶电势E AB(T,T0)与连接导线电势E A’B’(Tn,T0)的代数和。连接导体定律是工业上运用补偿导线进行温度测量的理论基础。 7-6 什么是中间温度定律和参考电极定律？它们各有什么实际意义？答：E AB(T,Tn,T0)=E AB(T,Tn)+E AB(Tn,T0) 这是中间温度定律表达式，即回路的总热电势等于E AB(T,Tn)与E AB(Tn,T0)的代数和。Tn为中间温度。中间温度定律为制定分度表奠定了理论基础。 7-7 镍络-镍硅热电偶测得介质温度800℃，若参考端温度为25℃，问介质的实际温度为多少？答：t=介质温度+k*参考温度（800+1*25=825） 7-8 热电式传感器除了用来测量温度外，是否还能用来测量其他量？举例说明之。 7-9 实验室备有铂铑-铂热电偶、铂电阻器和半导体热敏电阻器，今欲测量某设备外壳的温度。已知其温度约为300~400℃，要求精度达±2℃，问应选用哪一种？为什么？

第二章电阻式传感器分析

第二章电阻式传感器电阻式传感器的基本原理是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路和装置显示或记录被测量值的变化。按其工作原理可分为变阻器式（电位器式）、电阻应变式和固态压阻式传感器三种。 1、教学内容 (1).应变效应 (2).电阻应变片的结构和种类 (3).电阻应变片的主要特性（静态、动态） (4).应变式传感器测量电路的特性分析及其补偿 (5).压阻式传感器工作原理及特点 (6).电阻式传感器应用举例 2、教学要求 (1).理解应变效应、应变式传感器工作原理及特性 (2).掌握测量电路特性分析及补偿方法 (3).掌握电阻式传感器的典型应用 (3).了解电阻式传感器的结构、及压阻式传感器基本知识 3、教学重点及难点：应变效应、电阻应变片工作原理、测量电路特性分析、典型应用 2.1 变阻器式传感器 1、变阻器式传感器工作原理变阻器式传感器也称电位器式传感器，其工作原理是将物体的位移转换为电阻的变化。根据式：x x l R k R R x ??＝＝（2-1）式中k R ――电位器的电阻灵敏度。则电刷位移x 的电压输出U 0为：x x l U k U U ??＝＝0 （2-2）式中k U ――电位器的电压灵敏度。当电阻丝直径与材质一定时，则电阻R 随导线长度l 而变化。常用电位器式传感器有直线位移型、角位移型和非线性型等，如图2-1所示。图2-1 变阻式传感器（c ）非线性型（b ）角位移型（a ）直线位移型

2、变阻式传感器的优缺点变阻式传感器的优点是：(1)结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉且性能稳定；(2)受环境因素(如温度、湿度、电磁场干扰等)影响小；(3)可以实现输出—输入间任意函数关系；(4)输出信号大，一般不需放大。它的缺点是：因为存在电刷与线圈或电阻膜之间摩擦，因此需要较大的输入能量；由于磨损不仅影响使用寿命和降低可靠性，而且会降低测量精度，所以分辨力较低；动态响应较差，适合于测量变化较缓慢的量。 3、变阻式传感器的应用变阻式传感器常用来测量位移、压力、加速度等参量。图2-2是用变阻式传感器制作的位移传感器的结构图。被测位移使测量轴沿导轨轴向移动时，带动电刷在滑线电阻上产生相同的位移，从而改变电位器的输出电阻。精密电阻与电位器电阻式电桥的两个桥臂，构成电桥测量电路。 2.2 电阻应变式传感器电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。当被测物理量作用在弹性元件上时，弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化，通过转换电路将其转变成电量输出，电量变化的大小反映了被测物理量的大小。电阻应变式传感器是目前测量力、力矩、压力、加速度、重量等参数应用最广泛的传感器。 2.2.1 金属电阻的应变效应金属电阻应变片的工作原理，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，其电阻值随着它所受机械变形（伸长或缩短）的变化而发生变化的现象。如图2-3，若金属丝的长度为L，截面积为S，电阻率为ρ，其未受力时的电阻为R，则：（2-3） 1 4 3 2 5 6 8 7 图2-2 滑线电阻式位移传感器 1-测量轴2-滑线电阻3-触头4-弹簧5-滑块6-导轨7-外壳8-无感电阻

传感器原理及应用习题9要点

第四章阻抗型传感器４.1 电阻式传感器４.1.1 电位器式传感器一、组成原理二、输入—输出特性 1．线性特性——线性电位器 x L R R x ?= x L U R R U U x x ?=?= 式中L ——触点行程 x ——触点位移? ??角位移线位移 2．非线性特性——非线性电位器 )(x f R x = 非线性函数 )(x f R U U x ?= 三、结构形式 2．非接触式――光电电位器图4－1－2（c ）五、用途：①测量位移； ②测量可转化为位移的其他非电量 4.1.2 电阻式应变传感器和固态压阻式传感器一、电阻式应变传感器（一）电阻应变效应——应变使电阻变化 1．应变：图4-1-3 纵向线应变l dl /=ε 横向线应为με-=r dr / l dr r dr //-=μ泊松比面应变 με22 /-==r dr A dA 体应变 εμ)21(/-=+=A dA L dl V dV

2．导体电阻及其变化 A L R ?=ρ ρρ εμd A dA L dL R dR + +=-=)21( 金属材料 εμρ ρ)21(-==c v dv c d 半导体材料 επρ ρ E d = π——压阻系数 E ——弹性模量 3．应变效应表达式： ε00 K R R =? ε 0/R R K ?= （应变材料的灵敏系数）：金属材料 μμμ21)21()21(0+≈-++=c K 约1.0~2 半导体材料 E E K ππμ≈++=)21(0 约50~100 （二）电阻应变片 1、组成结构——图4-1-4 3、安装——粘贴在试件表面（应使应变片轴向与所测应变方向一致） 4、应变片灵敏系数――应变片电阻相对变化与粘贴处试件表面应变之比 ε R R K /?= y y x x k k R R εε+=?x x H k εα)1(+=x k ε= x ε——试件表面纵向线应变 y ε——试件表面横向线应变 )0(<-==αμεεαx y x k ——纵向灵敏系数，y k ——横向灵敏系数 x y k k H /=——横向效应系数

什么是传感器

什么叫传感器？从广义上讲，传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置；简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。所以它由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多，就其感知外界信息的原理来讲，可分为①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。②化学类，基于化学反应的原理。③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将传感器分46类）。下面对常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍如下。一温度传感器及热敏元件温度传感器主要由热敏元件组成。热敏元件品种教多，市场上销售的有双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热电偶及半导体热敏电阻等。以半导体热敏电阻为探测元件的温度传感器应用广泛，这是因为在元件允许工作条件范围内，半导体热敏电阻器具有体积小、灵敏度高、精度高的特点，而且制造工艺简单、价格低廉。 1.半导体热敏电阻的工作原理按温度特性热敏电阻可分为两类，随温度上升电阻增加的为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。 ⑴ 正温度系数热敏电阻的工作原理

此种热敏电阻以钛酸钡（BaTio3）为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结尔成。纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素如镧（La）和铌（Nb）等以后，变成了半导体材料，被称半导体化钛酸钡。它是一种多晶体材料，晶粒之间存在着晶粒界面，对于导电电子而言，晶粒间界面相当于一个位垒。当温度低时，由于半导体化钛酸钡内电场的作用，导电电子可以很容易越过位垒，所以电阻值较小；当温度升高到居里点温度（即临界温度，此元件的‘温度控制点’ 一般钛酸钡的居里点为120℃）时，内电场受到破坏，不能帮助导电电子越过位垒，所以表现为电阻值的急剧增加。因为这种元件具有未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢，具有恒温、调温和自动控温的功能，只发热，不发红，无明火，不易燃烧，电压交、直流3～440V均可，使用寿命长，非常适用于电动机等电器装置的过热探测。 ⑵ 负温度系数热敏电阻的工作原理负温度系数热敏电阻是以氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺制造而成。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，完全类似于锗、硅晶体材料，体内的载流子（电子和空穴）数目少，电阻较高；温度升高，体内载流子数目增加，自然电阻值降低。负温度系数热敏电阻类型很多，使用区分低温（-60～300℃）、中温（300～600℃）、高温（>600℃）三种，有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点，广泛应用于需要定点测温的温度自动控制电路，如冰箱、空调、温室等的温控系统。

电阻式传感器习题

A60 A 60 B100 C120 D200 D200 4、通常用应变式传感器测量。 A温度 B密度 C 加速度 D 电阻 5、电桥测量转换电路的作用是将传感器的参量变化为的输出。AA 电阻B电容C电压电压 D 电荷 6、电子秤中所使用的应变片应选择应变片；为提高集成度，测量气体压力应选择；一次性、几百个应力试验测点应选择应变片。 A. 金属丝式 B. 金属箔式 C. 电阻应变仪 D. 固态压阻式传感器 7、应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，选择的测量转换电路。 AA 单臂半桥 B 双臂半桥 C全桥四臂全桥 8、测量温度不可用传感器。 A. 热电阻 B. 热电偶 C. 电阻应变片 D.热敏电阻 A 提高测量灵敏度 B 减小非线性误差 C 提高电磁兼容性 D 减小引线电阻影响 9、MQN型气敏电阻使用时一般随氧气浓度增加，电阻。灵敏度。 A.减小 B. 增大 C. 不变 10、TiO2型气敏电阻使用时一般随气体浓度增加，电阻。 A.减小 B. 增大 C. 不变 11、湿敏电阻使用时一般随周围环境湿度增加，电阻。 A.减小 B. 增大 C. 不变 12、MQN型气敏电阻可测量的浓度，TiO2型气敏电阻的浓度。 A. CO2 B. N2 C. 气体打火机间的有害气体 D 锅炉烟道中剩余的氧气。 13、湿敏电阻利用交流电作为激励源是为了。 A 提高灵敏度 B 防止产生极化、电解作用 C 减小交流电桥平衡难度 14、使用测谎器时，被测人员由于说谎、紧张而手心出汗，可用传感器来测量

A应变片 B热敏电阻 C 气敏电阻 D湿敏电阻 15、某NTC的特性如图曲线1所示。将它与电视机的显像管的灯丝串连，求：（1）指出各曲线代表的电阻。（2）在室温（25℃）时的阻值为_____Ω，在150℃时的阻值为_____Ω。（3）电视机上电的瞬间，流过显像管灯丝的电流接近于_____。当该PTC的温度上升到150℃（PTC与一个专用加热电阻封装在一个壳体内），显像管的灯丝电流显著_____（增大/减小）。采用该电路，可以达到使显像管_____ （快/慢）启动的目的。三、问答题 1、解释应变效应、压阻效应。 2、电阻应变传感器在单臂电桥测量转换电路在测量时由于温度变化产生误差的过程。电阻应变式传感器进行温度补偿的方法是什么四、分析与计算题 1、有一等截面圆环受力如图所示，为测压力在环内表面贴有四个同类型的应变片，请在图上随意画出环上四应变片的位置编号，并说明各自产生的应变类型？及对应变片阻值的影响？ 2、采用阻值R=120 灵敏度系数K=的电阻金属应变片与阻值R=120 的固定电阻组成电桥，供桥电压为10V。当应变片应变 =1000um/m时，若要使输出电压大于10mV则可采用何种工作方式。（设输出阻抗为无穷大） 3、有一吊车的拉力传感器如图，电阻应变片R1、R2、R3、R4的位置如图所示。已知R1、R2、R3、R4的标称电阻均为120Ω，桥路电压3V，物重m引起R1、 R2的变化增量为Ω。画出应变电桥电路，计算测得的输出电压，并说出R3、R4的作用。 4、有一个金属热电阻，分度号为Pt100，采用三线制电桥，R2=R3=R4=100Ω，Ui=5V求：（1）该电阻的材料（2）测温范围（3） 0℃的电阻值（4）查分度表－40℃—+40℃的电阻值（5）计算t=40℃时电桥的开路输出电压。r1、 r4 r i r7 都不计，不考虑RP1RP2的影响第二章电阻传感器习题答案一、填空题：

应变片式电阻传感器的测量电路

应变片式传感器的测量电路电阻应变计可把机械量变化转换成电阻变化，但电阻变化是很小的，用一般的电子仪表很难直接检测。例如，常规的金属应变计的灵敏系数k 值在1.8~4.8之间，机械应变在10~6000με之间，相对变化电阻 /R R k ε?=就比较小。例1设某被测件在额定载荷下产生的应变为1000με，粘贴的应变计阻值120R =Ω，灵敏系数2k =，则其电阻的相对变化为 6/21000100.002R R k ε-?==??= 电阻变化率仅为0.2%。这样小的电阻变化，必须用专门的电路才能测量。测量电路把微弱的电阻变化转换为电压的变化，电桥电路就是这种转换的一种最常用的方法。 2.3.1 应变电桥电桥电路即是惠斯通电桥，其结构如图所示。四个阻抗臂1234 ,,,Z Z Z Z 以顺时针排列，AC 是电源端，工作电压为U ；BD 为输出端，输出电压为0U 。在这个阻抗电桥的桥臂上接入应变计，就叫应变电桥。应变电桥按不同的方式可分为不同的类型，主要有以下分类方式。 1 按工作臂分单臂电桥：电桥的一个臂接入应变计。双臂电桥：电桥的两个臂接入应变计。全臂电桥：电桥的四个臂都接入应变计。 2 按电源分按电源不同，可分为直流电桥和交流电桥。直流电桥的电源是直流电压，其桥臂只能接入阻性元件，主要用于应变电桥的输出，不需中间放大就可直接显示的情况。例如半导体应变计的输出灵敏度高，可采用直流应变电桥作为测量电路，直接输出并显示结果。交流电桥的电源是交流电压，其桥臂可以是阻性（R ）、感性（L ）或容性（C ）元件。主要用于输出需放大的场合。例如金属应变计的输出灵敏度较低，应采用这种交流应变电桥作为测量电路，以进一步放大输出。 3 按工作方式分图2.3.1 电桥电路的结构

热敏电阻温度传感器

热敏电阻温度传感器电气与电子测量技术 ?

热敏电阻（Thermistor） ?材料：半导体 ?陶瓷材料 ?金属氧化物 ?高分子材料 ?测量范围 ?-100 —+300℃ ?热敏电阻分类 ?NTC: 负温度系数热敏电阻 ?PTC: 正温度系数热敏电阻 ?CTR: 临界温度系数热敏电阻

?温度-电阻特性热敏电阻工作原理和基本特性 R(T)=Ae B T或R T=R0e B(1 T ?1 T0 ) ?NTC的R-T关系式 A、B——与热敏电阻尺寸、形式及其半导体物理性能有关的常数； T——绝对温度 U/V I/mA U U a I a Im a b c d ?NTC的伏安特性（热敏电阻两端电压与稳定电流的关系）

?灵敏度热敏电阻的特点 2 t B T α=- 优点灵敏度比热电阻高1-2个数量级常温下阻值大，可忽略引线电阻响应时间快（时间常数1-10ms）成本低，易于维护 ?灵敏度缺点分散性大，互换性不好非线性严重长期稳定性差体积可以做得很小

家用电器电熨斗、电冰箱、电饭煲、洗衣机、电暖壶、烘干机、电烤箱、空调机、电热毯、热水器、热得快、电磁炉、汽车电子电子喷油嘴、空调机、发电机防热装置、电热座椅测量仪器流量计、风速表、真空计、浓度计、湿度计、空气传感器、环境监测仪、办公设备复印机、传真机、打印机、扫描仪农业园艺温室控制、人工气候箱、烘干系统、医疗器具体温计、人工透析、散热系统热敏电阻的应用温度测量（NTC或PTC)

Page .6热敏电阻的应用其他相关应用材料用途举例 NTC温度补偿带温度补偿的石英晶体振荡器 NTC浪涌抑制抑制开关电源、电动机、白炽灯接通瞬间的浪涌电流 PTC恒温加热元件自控温电热器、恒温电烙铁 PTC过载保护自恢复保险丝 NTC浪涌抑制自恢复保险丝

电阻应变式传感器的基本原理、结构和应用

一、原理由欧姆定律知，对于长为、截面积为、电阻率为的导体，其电阻若、和均发生变化，则其电阻也变化，对上式全微分，有设半径为的圆导体， = ，代入上式，电阻的相对变化为因为则式中——导体的纵向应变。其数值一般很小，常以微应变度量， 1 =10－6； ——材料泊桑比，一般金属=0.3-0.5； ——压阻系数，与材质有关； E——材料的弹性模量。上式中，表示几何尺寸变化而引起电阻的相对变化量；表示由于材料电阻率的变化而引起电阻的相对变化量。

不同属性的导体，这两项所占的比例相差很大。若定义导体产生单位纵向应变时，电阻值相对变化量为导体的灵敏度系数，则显然，S S愈大，单位纵向应变引起的电阻值相对变化愈大，说明应变片愈灵敏。可用不同的导体材料制成应变片，目前主要有金属电阻应变片和半导体应变片两类。二、金属电阻应变片１.结构形式

原理：对于金属电阻应变片，材料电阻率随应变产生的变化很小，可忽略，得：电阻丝应变片又称金属丝电阻应变片,其优点是制作方便,应变横向效应大. 选用应变片时，要考虑应变片的性能参数，主要有：应变片的电阻值、灵敏度、允许电流和应变极限等。市售金属电阻应变片的电阻值已趋于标准化，主要规格有60Ω、120Ω、350Ω 600Ω和1000Ω等，其中120Ω用得最多。应变片产品包装上标明的"标称灵敏系数"，出厂时测定的该批产品的平均灵敏度系数值。 2.其他结构形式

三、半导体应变片结构形式对于半导体应变片，几何尺寸变化引起的电阻变化远小于由材料电阻率变化引起的电阻变化，前者可忽略不计，可得从而可得半导体应变片灵敏度系数为半导体应变片的最突出优点是灵敏度大，Ｓ可达60～150，能直接与记录仪器连接而不需放大器，使测量系统简化。此外，其横向效应小，机械滞后小和体积小。缺点是电阻值和灵敏度的温度稳定性差。当应变较大时，非线性严重。由于受晶向、杂质等因素影响，灵敏度分散度大。学习时注意观察应变片粘贴的位置及方向。

各种温度传感器分类及其原理.

各种温度传感器分类及其原理温度传感器是检测温度的器件,其种类最多,应用最广,发展最快。众所周知,日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化, 在此我们暂时介绍最常用的热电阻和热电偶两类产品。 1. 热电偶的工作原理当有两种不同的导体和半导体 A 和 B 组成一个回路,其两端相互连接时,只要两结点处的温度不同,一端温度为 T ,称为工作端或热端,另一端温度为 TO ,称为自由端 (也称参考端或冷端,则回路中就有电流产生,如图 2-1(a所示,即回路中存在的电动势称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。与塞贝克有关的效应有两个:其一, 当有电流流过两个不同导体的连接处时, 此处便吸收或放出热量 (取决于电流的方向 , 称为珀尔帖效应;其二,当有电流流过存在温度梯度的导体时,导体吸收或放出热量 (取决于电流相对于温度梯度的方向 ,称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势 EAB(T, T0 是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势, 此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势, 此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关, 而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势, 热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时,在断开处 a , b 之间便有一电动势差△ V ,其极性和大小与回路中的热电势一致,如图 2-1(b所示。并规定在冷端,当电流由 A 流向 B 时, 称 A 为正极, B 为负极。实验表明,当△ V 很小时,△ V 与△ T 成正比关系。定义△ V 对△ T 的微分热电势为热电势率, 又称塞贝克系数。塞贝克系数的符号和大小取决于组成热电偶的两种导体的热电特性和结点的温度差。 2. 热电偶的种类