传感器与检测技术习题3.

传感器与检测技术复习题

0.1传感器在检测系统中有什么作用和地位？

答：传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。 0.2解释下列名词术语：

1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器 答：①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。

②传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。

③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。 ④变送器：能输出标准信号的传感器。

1.1某位移传感器，在输入量变化5 mm 时，输出电压变化为300 mV,求其灵敏度。 解：

)

(5300mm mV

X U k =??=

1.2某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、

S2=2.0V/mV 、S3=5.0mm/V ，求系统的总的灵敏度。 解：

1.3测得某检测装置的一组输入输出数据如下：

a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度； b)用C 语言编制程序在微机上实现。 解：

，，

，

，

拟合直线灵敏度 0.68,线性度 ±7% 。

1.8什么是传感器的静特性？有哪些主要指标？ 答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。 1.9如何获得传感器的静特性？

答：传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。 1.10传感器的静特性的用途是什么？

答：人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。 1.11试求下列一组数据的各种线性度：

1)理论（绝对）线性度，给定方程为y=2.0x; 2)端点线性度； 3)最小二乘线性度。 解： ①理论线性度：

4.005

.126

205.12%100max ±=?-±=??±

=FS L y L γ

②端点线性度：

由两端点做拟和直线

.

097.1+=x y

中间四点与拟合直线误差：0.17 0.16 0.11 0.08

所以，

41.105.1217

.0%100max ±=±

=??±=FS

L y L γ

③最小二乘线性度：

.110541.208212191623.422154.1826)(2

2==?-??-?=∑-∑∑∑-∑=i i i

i i i x x n y x y x n k

.

0105

59

.9212191654.1822123.4291)()(2

2

2

==?-??-?=

∑-∑∑∑-∑∑=

i i i i i i i x x n y x x y x b

所以，

)

(b kx y i i i +-=?07.01=?05.02=?05

.03=?11.04=?11.05-=?08.06-=?%09.005.1211.0%100max ±=±

=??±=FS

L y L γ

1.12 在对量程为

10MPa 的压力传感器进行标定时，传感器输出电压值与压力值之间的关系如下表所示，简述最小二乘法准则的几何意义，并讨论下列电压-压力曲线中哪条最符合最小二乘法准则？

测量次数I 1 2 3 4 5 压力xi （MPa ） 2

4

6

8

10 电压yi （V ） 10.043

20.093

30.153

40.128

50.072

（1）y=5.00x-1.05 （2）y=7.00x+0.09 （3）y=50.00x-10.50 （4）y=-5.00x-1.05

（5）y=5.00x+0.07 答：最小二乘法准则的几何意义在于拟和直线精密度高即误差小。将几组x 分别带入以上五式，与y 值相差最小的就是所求，（5）为所求。

2.1在用直流电桥测量电阻的时候，若标准电阻Rn=10.0004Ω的电桥已经平衡（则被测电阻Rx=10.0004Ω ），但是由于检流计指针偏转在±0.3mm 以内时，人眼就很难观测出来，因此Rn 的值也可能不是10.0004 Ω,而是Rn=10.0004Ω±ΔRn 。若已知电桥的相对灵敏度Sr=1mm/0.01% ，求对应检流计指针偏转±0.3mm 时，ΔRn ？

解：

mm y 3.0=?,Ω

=0004.10n R ∴%01.0/1%

100%100mm R R y x

y S n

n

r =???

=???=

2.2如图F1-1所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R2=R3=R 是固定电阻，R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压， ΔR 表示应变片发生应变后，电阻值的变化量。当应变片不受力，无应变时ΔR=0，桥路处于平衡状态，当应变片受力发

生应变时，桥路失去了平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd 表示应变片应变后的电阻值的变化量。试证明:

Ucd=（E/2）(ΔR/R)

证：

R R ?

+=1

R

R R ?-=4

U U db cb -=R

R R R E R R R R +?--

+?+=

略去 ? 的第二项，即可得

R R E U cd ??=

2

2.3说明电阻应变片的组成和种类。电阻应变片有哪些主要特性参数？

2.5一个量程为10kN 的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径20mm,内径18mm,在其表面粘贴八各应变片，四个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120Ω,灵敏度

为2.0,波松比为0.3,材料弹性模量E=2.1×1011Pa 。要求： 1) 绘出弹性元件贴片位置及全桥电路； 2) 计算传感器在满量程时，各应变片电阻变化；

3) 当桥路的供电电压为10V 时，计算传感器的输出电压。

解：

E a

①图2-32(c)

②圆桶截面积()

622107.59-?=-=r R A π应变片1,2,3,4感受的是纵向应变,有

x

εεεεε====4321应变片5,6,7,8感受的是纵向应变,有

y

εεεεε====8765

)K U R R R R R U U εεεε-+-=??? ???-?+?-?=

?4

462516251

)()()AE

F K U K U K U x y x μεμεε+=+=+=

12122 A 为圆桶的截面积,μ为泊桑比,E 为弹性模量,F 为外加负载力,K 为灵敏系数.

满量程时：

Ω

=??????===?=?=?=?-191.0120101.2107.5910100.211

63

4321R AE

F

K

R K R R R R x ε057

.0191.03.018765=?-=?-=?=?=?=?R R R R R μ ()

AE F

K U U μ+=?12()F F 6

4610037.1101.2107.593.010.2210--?=???+??=

2.9应变片产生温度误差的原因及减小或补偿温度误差的方法是什么？

答：①在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数及栅丝与试件膨胀系数（

）

之差异性而产生虚假应变输出，有时会产生与真实应变同数量级的误差。

②方法：自补偿法 线路补偿法

2.10今有一悬臂梁，在其中上部上、下两面各贴两片应变片，组成全桥，如图F1-5所示。

该梁在其悬臂梁一端受一向下力F=0.5N,试求此时这四个应变片的电阻值。已知：应变片灵敏系数K=2.1;应变片空载电阻R0=120Ω。

cm

W cm

l F WEt

x l x 625)(62

==-=εl

x Pa E m m t 2

1Ω

107035=?==

解：

()10.0)003.0(107006.05

.0)225

.025.0(662

52=????-

?=-=

WEt F x l x εΩ

=??==?2.2510.01201.20x kR R εΩ

=+=?+==2.1452.25120031R R R R Ω=-=?-==8.942.25120042R R R R

2.11图F1-6所示一受拉的10#优质碳素钢杆。试用允许通过的最大电流为30mA 的康铜丝应

变片组成一单臂受感电桥。试求出此电桥空载时的最大可能的输出电压（应变片的电阻为

120Ω）。

解：

)63.05

.1262

=

-=

WEt F x l ε

.

035063.05.12201.2=

??==?εkR R V mA U 6.3120302=Ω?=，V U 2.7=V R R U U 5.1712013.035042.74=??=??

=

3.1电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理是什么？ 答：①种类：自感式、涡流式、差动式、变压式、压磁式、感应同步器 ②原理：自感、互感、涡流、压磁

3.3试分析差动变压器相敏检测电路的工作原理。

答：相敏检测电路原理是通过鉴别相位来辨别位移的方向，即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后，便能输出既反映位移大小，又反映位移极性的测量信号。经过相敏检波电路，正位移输出正电压，负位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小，电压的正负表明位移的方向。

3.4分析电感传感器出现非线性的原因，并说明如何改善？ 答：①原因是改变了空气隙长度

②改善方法是让初始空气隙距离尽量小，同时灵敏度的非线性也将增加，这样的话最好使用差动式传感器，

??

?????+???? ???+?--=...1220000l l l l l L S

其灵敏度增加非线性减少。

3.5图F1-7所示一简单电感式传感器。尺寸已示于图中。磁路取为中心磁路，不记漏磁，

设铁心及衔铁的相对磁导率为104，空气的相对磁导率为1，真空的磁导率为4π×10-7H ﹒m-1,试计算气隙长度为零及为2mm 时的电感量。图中所注尺寸单位均为mm.

解：

R

IW

=

Φ，m R W I W I L 2=Φ=ψ=又∑

=+=+=n

i i i i m R R S l

S l R 1

002μμ =??+??+??==∑

=256

.1003

.0010.010045.0003.0015.010016.0003.0

002.010045.04441n i i

i i S l μ

Ω

=????==-07.71530104002.02270000πμS l R ()H R W L 422102.3256

.1200

?===

()H

R R W L 3

20

2108.407

.7256.1200?=+=

+=

①空气气隙为零时：②空气气隙为2mm时：

3.6今有一种电涡流式位移传感器。其输出为频率。特性方程形式为∞++=f e f b

ax ,今知其中333.2=∞f MHz 及一组标定数据如下：,

试求该传感器的工作特性方程及符合度（利用曲线化直线的拟合方法，并用最小二乘法作直线拟合）。 解：设

b ax y += 又有 333.2,=+=∞∞+f f e f b ax

重写表格如下: 最小二乘法做直线拟和：

51.089

.54259.939)

6.25(3.23)133.83(9)(2

2-=-?-?--?=

--=

∑∑∑∑∑i i i i i i x x n y x y x n a

53.189

.54259.939)

133.83(3.23)6.25(59.93)()

(2

22-=-?-?--?=

--=

∑∑∑∑∑∑i i i i i i i x x n y x x y x b

02

.006.003.000.001.0015.002.0005.0023.0)(53.151.0987654321-=?=?=?=?-=?-=?-=?=?=?+-=?--=+=b ax y x b ax y i i i

%02.095

.206

.0%100max ±=±=??±

=FS L y L γ 333.253.151.0+=--x e f

3.7简述电涡流效应及构成电涡流传感器的可能的应用场合。

答：应用场合有低频透射涡流测厚仪，探伤，描述转轴运动轨迹轨迹仪。

3.8简述压磁效应，并与应变效应进行比较。

答：①压磁效应：某些铁磁物质在外界机械力的作用下，其内部产生机械应力，从而引起磁导率的改变的现象。只有在一定条件下压磁效应才有单位特性，但不是线性关系。

②应变效应：导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。在电阻丝拉伸比例极限内，电阻的相对变化与应变成正比。

4.2根据电容传感器的工作原理说明它的分类，电容传感器能够测量哪些物理参量？

答：原理：由物理学知，两个平行金属极板组成的电容器。如果不考虑其边缘效应，其电容为C=εS/D 式中ε为两个极板间介质的介电常数，S 为两个极板对有效面积，D 为两个极板间的距离。由此式知，改变电容C 的方法有三： 其一为改变介质的介电常数；其二为改变形成电容的有效面积；其三为改变各极板间的距离，而得到的电参数的输出为电容值的增量 这就组成了电容式传感器。

类型：变极距型电容传感器、变面积型电容传感器、变介电常数型电容传感器。

电容传感器可用来测量直线位移、角位移、振动振幅。尤其适合测温、高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量。还可用来测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、厚度等

4.4总结电容式传感器的优缺点，主要应用场合以及使用中应注意的问题。 答：①优点：a 温度稳定性好

b 结构简单、适应性强

c 动响应好

②缺点：a 可以实现非接触测量，具有平均效应 b 输出阻抗高、负载能力差 c 寄生电容影响大

③输出特性非线性：

电容传感器作为频响宽、应用广、非接触测量的一种传感器，在位移、压力、厚度、物位、湿度、振动、转速、流量及成分分析的测量等方面得到了广泛的应用。 使用时要注意保护绝缘材料的的绝缘性能；消除和减小边缘效应；消除和减小寄生电容的影响；防止和减小外界的干扰。

4.7简述电容式传感器用差动脉冲调宽电路的工作原理及特点。 答：工作原理：假设传感器处于初始状态，即

2

1C C x x

且A 点为高电平，即Ua=U; 而B 点为低电平，即Ub=0 差分脉冲调宽型电路的特点就在于它的线性变换特性。

5.1磁电式传感器与电感式传感器有哪些不同？磁电式传感器主要用于测量哪些物理参数？

答：磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转换为电信号的一种传感器。 电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来测量的一种装置。

磁电式传感器具有频响宽、动态范围大的特点。而电感式传感器存在交流零位信号，不宜于高频动态信号检测；其响应速度较慢，也不宜做快速动态测量。

磁电式传感器测量的物理参数有：磁场、电流、位移、压力、振动、转速。

5.2霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电势的概念是什么？温度补偿的方法有哪几种？

答：霍尔组件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。 霍尔组件的不等位电势是霍尔组件在额定控制电流作用下，在无外加磁场时，两输出电极之间的空载电势，可用输出的电压表示。 温度补偿方法： a 分流电阻法：

适用于恒流源供给控制电流的情况。 b 电桥补偿法

6.1什么是压电效应？压电效应有哪些种类？压电传感器的结构和应用特点是什么？能否用压电传感器测量静态压力？ 答：某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，电荷的极性随着改变。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。反之，如对晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随

之消失，称为逆压电效应。

压电材料有：石英晶体、一系列单晶硅、多晶陶瓷、有机高分子聚合材料

结构和应用特点：

在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往采用多片压电芯片构成一个压电组件。其中最常用的是两片结构；根据两片压电芯片的连接关系，可分为串联和并联连接，常用的是并联连接，可以增大输出电荷，提高灵敏度。

使用时，两片压电芯片上必须有一定的预紧力，以保证压电组件在工作中始终受到压力作用，同时可消除两片压电芯片因接触不良而引起的非线性误差，保证输出信号与输入作用力间的线性关系，因此需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实际上这是不可能的，所以压电传感器不宜作静态测量，只能在其上加交变力，电荷才能不断得到补充，并给测量电路一定的电流。故压电传感器只能作动态测量。

6.2为什么压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量？

答：如作用在压电组件上的力是静态力，则电荷会泄露，无法进行测量。所以压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量。

6.3试比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应。

答：石英晶体整个晶体是中性的，受外力作用而变形时，没有体积变形压电效应，但它具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。压电陶瓷是一种多晶铁电体。原始的压电陶瓷材料并不具有压电性，必须在一定温度下做极化处理，才能使其呈现出压电性。所谓极化，就是以强电场使“电畴”规则排列，而电畴在极化电场除去后基本保持不变，留下了很强的剩余极化。

当极化后的铁电体受到外力作用时，其剩余极化强度将随之发生变化，从而使一定表面分别产生正负电荷。

在极化方向上压电效应最明显。铁电体的参数也会随时间发生变化—老化，铁电体老化将使压电效应减弱。

6.4设计压电式传感器检测电路的基本考虑点是什么？为什么？

答：基本考虑点是如何更好的改变传感器的频率特性，以使传感器能用于更广泛的领域。

6.5 在测量电路中，引入前置放大器有什么作用？

引入前置放大器作用：一是放大压电元件的微弱电信号；二是把高阻抗输入变换为低阻抗输出。

7.1什么是光电效应？

答：当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或产生电动势等）。这种现象称为光电效应。

7.2光纤损耗是如何产生的？它对光纤传感器有哪些影响？

答：①吸收性损耗：吸收损耗与组成光纤的材料的中子受激和分子共振有关，当光的频率与分子的振动频率接近或相等时，会发生共振，并大量吸收光能量，引起能量损耗。

②散射性损耗：是由于材料密度的微观变化、成分起伏，以及在制造过程中产生的结构上的不均匀性或缺陷引起。一部分光就会散射到各个方向去，不能传输到终点，从而造成散

射性损耗。

③辐射性损耗：当光纤受到具有一定曲率半径的弯曲时，就会产生辐射磁粒。

a弯曲半径比光纤直径大很多的弯曲

b微弯曲：当把光纤组合成光缆时，可能使光纤的轴线产生随机性的微曲。

7.3光导纤维为什么能够导光？光导纤维有哪些优点？光纤式传感器中光纤的主要优点有哪些？

答：光导纤维工作的基础是光的全内反射，当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临界角时，就会在光纤的接口上产生全内反射，并在光纤内部以后的角度反复逐次反射，直至传递到另一端面。

优点：

a具有优良的传旋光性能，传导损耗小

b频带宽，可进行超高速测量，灵敏度和线性度好

c能在恶劣的环境下工作，能进行远距离信号的传送

功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的波导，而且具有测量的功能。它可以利用外界物理因素改变光纤中光的强度、相位、偏振态或波长，从而对外界因素进行测量和数据传输。

7.4论述CCD的工作原理。

答：CCD是一种半导体器件，在N型或P型硅衬底上生长一层很薄的SiO2，再在SiO2薄层上依次序沉积金属电极，这种规则排列的MOS电容数组再加上两端的输入及输出二极管就构成了CCD芯片

CCD可以把光信号转换成电脉冲信号。每一个脉冲只反映一个光敏元的受光情况，脉冲幅度的高低反映该光敏元受光的强弱，输出脉冲的顺序可以反映光敏元的位置，这就起到图像传感器的作用。

8.1热电阻传感器主要分为几种类型？它们应用在什么不同场合？

答：热电阻传感器分为以下几种类型：

①铂电阻传感器：特点是精度高、稳定性好、性能可靠。主要作为标准电阻温度计使用，也常被用在工业测量中。此外，还被广泛地应用于温度的基准、标准的传递，是目前测温复现性最好的一种。

②铜电阻传感器：价钱较铂金属便宜。在测温范围比较小的情况下，有很好的稳定性。温度系数比较大，电阻值与温度之间接近线性关系。材料容易提纯，价格便宜。不足之处是测量精度较铂电阻稍低、电阻率小。

③铁电阻和镍电阻：铁和镍两种金属的电阻温度系数较高、电阻率较大，故可作成体积小、灵敏度高的电阻温度计，其缺点是容易氧化，化学稳定性差，不易提纯，复制性差，而且电阻值与温度的线性关系差。目前应用不多

8.2什么叫热电动势、接触电动势和温差电动势？说明热电偶测温原理及其工作定律的应用。分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法。

答：①热电动势：两种不同材料的导体（或半导体）A、B串接成一个闭合回路，并使两个结点处于不同的温度下，那么回路中就会存在热电势。有电流产生相应的热电势称为温差电势或塞贝克电势，通称热电势。

②接触电动势：接触电势是由两种不同导体的自由电子，其密度不同而在接触处形成的

热电势。它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度，而与导体的形状和尺寸无关。 ③温差电动势：是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生的一种电势。

④热电偶测温原理：热电偶的测温原理基于物理的"热电效应"。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。

两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。 ⑤热电偶三定律： a 中间导体定律：

热电偶测温时，若在回路中插入中间导体，只要中间导体两端的温度相同，则对热电偶回路总的热电势不产生影响。在用热电偶测温时，连接导线及显示一起等均可看成中间导体。 b 中间温度定律：

任何两种均匀材料组成的热电偶，热端为T ，冷端为T 时的热电势等于该热电偶热端为T 冷端为Tn 时的热电势与同一热电偶热端为Tn ，冷端为T0 时热电势的代数和。

应用：对热电偶冷端不为0度时，可用中间温度定律加以修正。热电偶的长度不够时，可根据中间温度定律选用适当的补偿线路。 c 参考电极定律：

如果A 、B 两种导体（热电极）分别与第三种导体C （参考电极）组成的热电偶在结点温度为（T ，T0 ）时分别为 )

0,T T E

AC

和0

,T T E BC ( ，那么受相同温度下，

又A 、B 两热电极配对后的热电势为

)()()000,,,T T E T T E T T E BC AC AB -= 实用价值：可大大简化热电偶的选配工作。在实际工作中，只要获得有关热电极与标准铂电极配对的热电势，那么由这两种热电极配对组成热电偶的热电势便可由上式求得，而不需逐个进行测定。

⑥误差因素：参考端温度受周围环境的影响 减小误差的措施有： a 0oC 恒温法 b 计算修正法（冷端温度修正法） c 仪表机械零点调整法 d 热电偶补偿法 e 电桥补偿法 f 冷端延长线法

8.4试比较电阻温度计与热电偶温度计的异同点 答：电阻温度计利用电阻随温度变化的特性来测量温度。热电偶温度计是根据热电效应原理设计而成的。前者将温度转换为电阻值的大小，后者将温度转换为电势大小。 相同点：都是测温传感器，精度及性能都与传感器材料特性有关。

8.5什么是测温用的平衡电桥、不平衡电桥和自动平衡电桥，各有什么特点？

答：在不平衡电桥中，"检流计"改称为"电流计"，其作用而不是检查有无电流而是测量电流的大小。可见，不平衡电桥和平衡电桥的测量原理有原则上的 区别。利用电桥除可精确测量电阻外，还可测量一些非电学量。例如，为了测量温度变化，只需用一种"热敏组件"把它

转化为电阻的变化，然后用电桥测量。不平衡电桥往往用于测量非电学量，此外还可用于自动控制和远距离联动机构中。

8.6试解释负电阻温度系数热敏电阻的伏安特性，并说明其用途。

答：伏安特性表征热敏电阻在恒温介质下流过的电流I与其上电压降U之间的关系。当电流很小时不足以引起自身发热，阻值保持恒定，电压降与电流间符合欧姆定律。当电流I>Is 时，随着电流增加，功耗增大，产生自热，阻值随电流增加而减小，电压降增加速度逐渐减慢，因而出现非线性的正阻区ab。电流增大到Is时，电压降达到最大值Um。此后，电流继续增大时，自热更为强烈，由于热敏电阻的电阻温度系数大，阻值随电流增加而减小的速度大于电压降增加的速度，于是就出现负阻区bc段。

研究伏安特性，有助于正确选择热敏电阻的工作状态。对于测温、控温和温度补偿，应工作于伏安特性的线性区，这样就可以忽略自热的影响，使电阻值仅取决于被测温度。对于利用热敏电阻的耗散

原理工作的场合，例如测量风速、流量、真空等，则应工作于伏安特性的负阻区。

8.7 使用K型热电偶，基准接点为0℃、测量接点为30℃和900℃时，温差电动势分别为1.203mV和37.326mV。当基准接点为30℃，测温接点为900℃时的温差电动势为多少？

答：现t2=900℃，t1=30℃，基准接点温度为30℃，

测温接点温度为900℃时的温差电动势设为 E，

则37.326=1.203+ E，所以E=36.123mV。

8.8 0℃时铂金热电阻的阻值为100Ω。按下图所示进行温度测量。

R1=100Ω,R2=200Ω,R3=300Ω时桥路达到平衡。此时温度为多少？假设铂金电阻的温度系数为0.003851℃-1，电阻与温度成线性关系，另外导线的电阻可忽略不计。

答：电桥平衡的条件为Rt* R2= R1* R3，所以

另一方面，t(℃)时的电阻阻值表示式为 Rt= 100（1+0.003851*t ）Rt=150 所以t =129.8℃

8.9 将一灵敏度为0.08mV/℃的热电偶与电压表相连接，电压表接线端是50℃，若电位计上读数是60mV ，热电偶的热端温度是什么？ 解：

c

mv

mv ?+

08.06050= 800 ℃

8.10 0℃时的电阻为100Ω的铂热电阻。300℃时的阻值按下面两种方法计算，其结果之差换算成温度差是多少？

电阻用温度的一次方程表示，RT=R0（1+At+Bt2）式中B=0，A=0.003851℃-1；B=-0.0000059。（此时100℃时的电阻值为138.51Ω）电阻值与温度为二次函数关系。用一次方程近似时，温度误差为多少？ 答：

（1）RT=100（1+0.003851*t ），以t=300℃代入，得RT=215.53Ω。 （2）RT=R0（1+At+Bt2）式中以t=300℃代入，得RT=212.05Ω。 （3）同（2），算得t=310℃时电阻值为215.61Ω， 即温度上升10℃电阻增加3.56Ω。

因此，由（215.53-212.05）/0.356=9.8算得误差为9.8℃。

8.11 某热敏电阻0℃时电阻为30k Ω,若用来测量100℃物体的温度，其电阻为多少？设热敏电阻的系数B 为3450K 。 答：

式中以R0=3*104，B=3450，T=373.15和T0=273.15代入得RT=1.017k Ω。

传感器和检测技术课后答案

第一章课后习题答案 1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？ 解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。 （2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统 ①MEMS技术要求研制微型传感器。如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。 ②研制仿生传感器 ③研制海洋探测用传感器 ④研制成分分析用传感器 ⑤研制微弱信号检测传感器 （3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。系统功能最大程度地用软件实现。 （4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。 （5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。 3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？ 解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。 1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度； 2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx 的比值； 3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；

《传感器与测试技术》

1?传感器的特性一般指输入、输出特性，有动、静之分。静态特性指标的 有____ 、____ 、—、—、等。P18— P20 2. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量结果的显示方式，可以分为—和_。P7 3. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照是否在工位上测量可以 分为_和________ 。P7 4. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量的具体手段，可以 分为_、_和________ 。P7 5. 某0.1级电流表满度值X m = 100mA，测量60mA的绝对误差为—。 &服从正态分布的随机误差具有如下性质 ______ 、—、____ 。P13 7. ____________________________ 硅光电池的光电特性中，当___________ 时，光电流在很大范围内与照度呈__________ 。 P230 8、把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据 的基本原理制成的，其次级绕组都用______ 形式连接，所以又叫差动变压器式传感 器。P67 9、霍尔传感器的霍尔电势U H为_若改变—或 _就能得到变化的霍尔电势。 P183 10、电容式传感器中，变极距式一般用来测量—的位移。 11、压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不适宜测量________ 的被测量，特别是不能测量_________ 。 12、差动电感式传感器与单线圈电感式传感器相比,线性 _____ 灵感度提高倍、测量精度高。 13、热电偶冷端温度有如下补偿方法：、、、仪表机械零点调整法。 P210 14. 空气介质变间隙式电容传感器中，提高其灵敏度和减少非线性误差是矛盾 的，为此实际中大都采用_______式电容传感器。

传感器及测试技术复习题及答案

1、求周期信号x(t)=0.5cos10t+0.2cos(100t-45)通过传递函数为H(s)=1/(0.005s+1)的装置后得 到的稳态响应。 2、进行某动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为90.9nC/MPa，将它与增益 为0.005V/nC的电荷放大器相连，而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/V。试计算这个测量系统的总灵敏度。当压力变化为3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？ 解：若不考虑负载效应，则各装置串联后总的灵敏度等于各装置灵敏度相乘，即 3、用一个时间常数为0.35s的一阶装置去测量周期分别为1s、2s、和5s的正弦信号，问幅 值误差是多少？

4、想用一个一阶系统做100Hz正弦信号的测量，如要求限制振幅误差在5%以，那么时间 常数应取为多少？若用该系统测量50Hz正弦信号，问此时的振幅误差和相位差是多少？

5、设某力传感器可作为二阶振荡系统处理。已知传感器的固有频率为800Hz，阻尼比 ξ=0.14，问使用该传感器做频率为400Hz的正弦测试时,其幅值比A(ω)和相角差φ(ω)各为多少? 6、一台精度等级为0.5级、量程围600～1200 C的温度传感器,它最大允许绝对误差是多少? 检验时某点的温度绝对误差是4 C,问此表是否合格? 7、若一阶传感器的时间常数为0.01s,传感器响应幅值误差在10%围,此时最高值为0.5,试求 此时输入信号和工作频率围?

8、某力传感器为一典型的二阶振荡系统,已知该传感器的自振频率=1000Hz,阻尼比ξ=0.7,试 求用它测量频率为600Hz的正弦交变力时,其输出与输入幅值比A(ω)和相位差φ(ω)各为多少? 9、一个理想测试系统，其幅频特性和相频特性应具有什么特点，并用频响特性曲线表示。解：理想测试系统中其幅频特性应为常数，相频特性应为直线(线性)。

《传感器与检测技术》实验实施方案1

自考“机电一体化”专业衔接考试《传感器与检测技术》课程 实验环节实施方案 一、实验要求 根据《传感器与检测技术》课程教学要求，实验环节应要求完成3个实验项目。考虑到自考课程教学实际情况，结合我院实验室的条件，经任课教师、实验指导教师、教研室主任和我院学术委员会认真讨论，确定开设3个实验项目。实验项目、内容及要求详见我院编制的《传感器》课程实验大纲。 二、实验环境 目前，我院根据编制的《传感器》课程实验大纲，实验环境基本能满足开设的实验项目。实验环境主要设备为： 1、486微机配置 2、ZY13Sens12BB型传感器技术实验仪 三、实验报告要求与成绩评定 学生每完成一个实验项目，要求独立认真的填写实验报告。实验指导教师将根据学生完成实验的态度和表现，结合填写的实验报告评定实验成绩。成绩的评定按百分制评分。 四、实验考试 学生在完成所有实验项目后，再进行一次综合性考试。教师可以根据学生完成的实验项目，综合出3套考试题，由学生任选一套独立完成。教师给出学生实验考试成绩作为最终实验成绩上报。 五、附件

附件1 《传感器与检测技术》课程实验大纲 附件2 实验报告册样式 以上对《传感器与检测技术》课程实验的实施方案，妥否，请贵校批示。 重庆信息工程专修学院 2009年4月14日

附件1 《传感器与检测技术》课程实验教学大纲 实验课程负责人：段莉开课学期：本学期 实验类别：专业课程实验类型：应用性实验 实验要求：必修适用专业：机电一体化 课程总学时：15 学时课程总学分： 1分 《传感器与检测技术》课程实验项目及学时分配

实验一 金属箔式应变片性能—单臂电桥 一、 实验目的 1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。 2、测试应变梁变形的应变输出。 3、比较各桥路间的输出关系。 二、 实验内容 了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。（用测微头实现） 三、 实验仪器 直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、一片应变片、电压表、主、副电源。 四、 实验原理 电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为： R Ku R ?=式中 R R ?为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数, l u l ?=为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换 被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压 14 O EKu U = 。 五、 实验注意事项 1、直流稳压电源打到±2V 档，电压表打到2V 档，差动放大增益最大。 2、电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。 3、做此实验时应将低频振荡器的幅度旋至最小，以减小其对直流电桥的影响。 六、 实验步骤 1、了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。 2、将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与电压表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使电压表显示为零，关闭主、副电源，拆去实验连线。 3、根据图１接线。R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R X =R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V 档，电压表置20V 档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使电压表显示为零，然后将电压表置2V 档，再调电桥W1（慢慢地调），使电压表显示为零。

传感器与检测技术实验报告

“传感器与检测技术”实验报告 学号： 913110200229 姓名：杨薛磊 序号： 83

实验一电阻应变式传感器实验 （一）应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 三、需用器件与单元：主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流 1位数显万用表（自备）。 稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 2 四、实验步骤： 应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模板中的R1(传感器的左下)、R2(传感器的右下)、R3(传感器的右上)、R4(传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R6、R7是350Ω固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。

《传感器与检测技术》练习题

一、填空题 1、传感器的一般定义：“能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置”或“能把非电量转换成电量的器件或装置”。 2、标准误差的估算一般采用称贝塞尔公式，此公式为：。 3、根据测量误差的性质及产生的原因，可分为三类：系统误差、 随机误差与粗大误差。 4、传感器（变送器）输出的标准信号，即国际电工委员会确定为过程控制系统电模拟信号的统一标准是：4-20mADC 的直流电流信号和 1~5VDC 的直流电压信号。 5、对某一量进行一系列等精度测量，一般以全部测得值的算术平均值作为最后测量结果。算术平均值 的计算公式为：

6、随机误差分布的特点是：（1）对称性、（2）抵偿性、（3）单峰性、（4）有界性。 7、修正值与误差值大小相等符号相反。 8、测量误差有以下三的表示方法：绝对误差、相对误差和引用误差。 9、在测量中作为测量对象的特定量，也就是需要确定量值的量，称为被测量。 10、从技术的层面看，检测技术研究的主要内容是测量原理、测量方法、 测量系统和数据处理四个方面。 11、在电阻应变片的桥式测量电路中，全桥电路的灵敏度是单臂电桥电路的 4 倍 12、半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象称为压阻效应。 13、电感式传感器可分为：自感式传感器、互感式传感器和电涡流式传感器三类 14、单一式变气隙型自感式传感器的输入——输出特性可表示为： P54 。 15、差动式变气隙型自感式传感器的输入——输出特性可表示为： P55 。 16、电容式传感器的等效电路如图：

其中R P为并联损耗电阻，R S为引线电阻，L为电容器本身的电感与外部引线电感。 17、自感式传感器的等效电路如图： 其中R S为总的等效损耗电阻，C为电容， L为自感线圈自身的纯电感。 18、如图能产生压电效应的石英晶体切片， 纵向轴z称为光轴， 垂直于光轴的x轴称为电轴， 与z轴和x轴同时垂直的y轴称为机械轴。 19、能产生压电效应的石英晶体切片沿X轴方向施加作用力，晶体表面产生电荷，这种压电效应称为纵向压电效应。 20、能产生压电效应的石英晶体切片沿Y轴方向施加作用力，晶体表面产生电荷，这种压电效应称为横向压电效应。

传感器与检测技术复习资料

传感器与检测技术复习资料(总6页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1 -CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除

第一章 by YYZ 都是老师上课给的应该全都有了。 1.传感器是一种以一定精确度把被测量（主要是非电量）转换为与之有确定 关系、便与应用的某种物理量（主要是电量）的测量装置。 2.传感器的组成：信号从敏感元件到转换元件转换电路。 3.敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理 量的元件。 4.转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成为电路参数。 5.转换电路：将电路参数接入转换电路，便可转换为电量输出。 6.误差的分类：系统误差（测量设备的缺陷），随机误差（满足正态分 布），粗大误差。 7.系统误差：在同一条件下，多次测量同一量值时绝对值和符号保持不变， 按一定规律变化的误差称为系统误差。材料、零部件及工艺的缺陷，标准测量值，仪器刻度的标准，温度，压力会引起系统误差。 8.随机误差：绝对值和符号以不可预定的变化方式的误差。仪表中的转动部 件的间隙和摩擦，连接件的弹性形变可引起随机误差，随机误具有随机变量的一切特点。 9.粗大误差：超出规定条件下的预期的误差。粗大误差明显歪曲测量结果， 应该舍去不用。 10.精度：反映测量结果与真值接近度的值。 11.精度可分为准确度、精密度、精确度。 12.准确度：反映测量结果中系统误差的影响程度。 13.精密度：反映测量结果中随机误差的影响程度。 14.精确度：反映测量结果中系统误差和随机误差综合的影响程度，其定量特 征可以用测量的不确定度（或极限误差）表示。 15.精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，但精确度高， 则精密度和准确度都高。

东北大学《测试技术与传感器》试题

第1章 信号及其表述 学习目标 1.了解信号的分类； 2.掌握对周期性信号及非周期信号的描述； 3.掌握傅里叶变换的主要性质； 4.掌握典型信号的概率密度函数及其频谱。 学习难点 信号的时域描述和频域描述的物理意义及时域、频域描述的互相转换。单位脉冲函数的性质及其物理意义。 内容概述 本章从不同角度说明信号的分类及其定义。介绍周期信号和非周期信号的频域描述及其频域特征，随机信号的概念和关于随机信号幅值的若干统计参 数，时域—频域转换的数学工具即傅里叶变换的概念和主要性质，若干典型函数 的频谱。 例1.1: 求周期方波的频谱，并作出频谱图。 解： （1）写出周期方波的数学表达式。 x(t) 在一个周期内可表示为 (2）利用傅立叶级数的三角函数展开，计算其幅、相频特性。 因该函数x(t)是奇函数，奇函数在对称区间积分值为0，所以 , 因此，有

（3）绘制幅、相频图。 根据上式，幅频谱和相频谱分别如图b 和 c 所示。幅频谱只包含基波和奇次谐波的频率分量，且谐波幅值以1/n的规律收敛；相频谱中各次谐波的初相位 ）的频谱，并作频谱图。 n

解：(1)方波的时域描述为：

(2) 从而： 的绝对均值和均方根值。 1.2 .求正弦信号 解(1) (2)

1.3.求符号函数和单位阶跃函数的频谱。 解：(1)因为不满足绝对可积条件，因此，可以把符合函数看作为双边指数衰减函数： 其傅里叶变换为： (2)阶跃函数：

1.4. 求被截断的余弦函数的傅里叶变换。 解： (1)被截断的余弦函数可以看成为：余弦函数与矩形窗的点积，即： (2)根据卷积定理，其傅里叶变换为： 5.设有一时间函数f(t)及其频谱如图所示。现乘以余弦函数cosω0t（ω0>ωm）。在这个关系中函数f(t)称为调制信号，余弦函数cosω0t称为载波。试求调幅信号的f(t)cosω0t傅氏变换，并绘制其频谱示意图。又：若ω0<ωm将会出现什么情况？ 解：(1)令 (2) 根据傅氏变换的频移性质，有： 频谱示意图如下：

传感器与检测技术实验的报告.doc

精品资料 “传感器与检测技术”实验报告 序号实验名称 1 电阻应变式传感器实验 2 电感式传感器实验 学号： 3 电容传感器实验913110200229 姓名：杨薛磊 序号：83

实验一电阻应变式传感器实验 （一）应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。 一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感 器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元 件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。 它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在 机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 三、需用器件与单元：主机箱中的± 2V ～± 10V （步进可调）直流稳压电源、±15V 直 流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 12位数显万用表（自备）。 四、实验步骤： 应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器 +5V 电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模 板中的 R1( 传感器的左下 )、R2( 传感器的右下 )、R3( 传感器的右上 )、R4( 传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的 5 个电阻符号是空的无实体，其中 4 个电阻 符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R 6、R7是 350 Ω固定电阻， 是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器 上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应 变片输入口，做应变片测量振动实验时用。 1、将托盘安装到传感器上，如图 1 —4 所示。

《传感器与检测技术》习题答案周杏鹏

传感器与检测技术习题答案 第一章 答：随着我国工业化、信息化步伐加快，现代化建设中的各行各业高效生产对传感器也检测技术的依赖逐步加深。比如：先进的传感器技术助力现代化石油钻井平台建设。 为了能够可靠地采集钻井平台钴机塔架上运动部件的终点位置，使用了感应式传感器。在整个新型钻井中共使用了60个这样的感应式传感器，方形的接近开关对钢质目标的感应距离增大到20mm, 满足了近海海上勘探工作环境极为恶劣的所有要求。 ②稳定性：传感器的输入、输出的单值函数关系最好不随时间和温度二变化，受外界其他因素的干扰影响亦很小，重复性要好。 ③灵敏度：即被测参量较小的变化就可使传感器获得较大的输出信号。

④其他：如耐腐蚀性、功耗、输出信号形式、体积、售价等。 答：功能： 信号调理：在检测系统中的作用是对传感器输出的微弱信号进行检波、转换、滤波、放大等，以方便检测系统后续处理或显示。 信号处理：信号处理时自动检测仪表，检测系统进行数据处理和各种控制的中枢环节，其作用和人类的大脑相类似。 区别： 信号调理作用是把信号规格化，滤除干扰，信号处理则是提取信号中的信息，并对这些信息按照功能要求进行处理。可以说，信号调理是进行信号处理的基础。 组成： 信号调理：信号放大、信号滤波、A/D转换 信号处理：主要是各种信号的嵌入式微控制器、专用高速数据处理器（DSP）等答：分类见表1-1(P8) 答：按照被测参量分类，可以分成测量：电工量、热工量、机械量、物性和成分量、

光学量、状态量等。 答：1.不断拓展测量范围，提高管检测精度和可靠性 2重视非接触式检测技术研究 3检测系统智能化 第二章 答：随机误差：检测仪器或者测量过程中某些未知或无法控制的随机因素（如仪器某些原件器件性能不稳定、外界温度、湿度变化，空中电磁波扰动等）综合作用的结果。随机误差的变化通常难以预测，因此也无法通过实验的方法确定、修正和消除。但是通过足够多的测量比较可以发现随机误差服从某种统计规律。从而进行消除。 系统误差：产生原因大体有：测量所用的工具本身性能不完善或者安装、布置、调整不当；在测量过程中的温度湿度、气压、电磁干扰等环境条件发生变化；测量方法不完善、或者测量所依据的理论本身不完善；操作人员视读方式不当等。系统误差产生的原因和变化规律一般可以通过实验和分析查出，因此系统误差可以设法确定并消除。 粗大误差：一般由外界重大干扰或者仪器故障或不正确的操作引起。存在粗大误差

2018电大本科《传感器与测试技术》形考

2018电大本科《传感器与测试技术》形考1-4 形考作业一 一、判断题（Y对/N错） 1．测试技术在自动控制系统中也是一个十分重要的环节。Y 2．金属应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数小。Y 3．热敏电阻传感器的应用范围很广，但是不能应用于宇宙飞船、医学、工业及家用电器等方面用作测温使用。N 4．电容式传感器的结构简单，分辨率高，但是工作可靠性差。N 5．电容式传感器可进行非接触测量，并能在高温、辐射、强烈振动等恶劣条件下工作。Y 6．电容式传感器不能用于力、压力、压差、振动、位移、加速度、液位的测量。Y 7．电感传感器的基本原理不是电磁感应原理。N 8．电感式传感器可以将被测非电量转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。Y 9．互感传感器本身是变压器，有一次绕组圈和二次绕组。Y 10．差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等，但其工作原理基本一样。Y 11．传感器通常由敏感器件、转换器件和基本转换电路三部分组成。Y 12．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传感器。Y 13．电阻应变片的绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测试件之间的电阻值。Y 14．线性度是指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。Y 15．测量误差越小，传感器的精度越高。Y 16．传感器的灵敏度k等于传感器输出增量与被测量增量之比。N 17．传感器能检测到输入量最小变化量的能力称为分辨力，当分辨力以满量程输出的百分数表示时则称为分辨率。Y 18．测量转换电路首先要具有高精度，这是进行精确控制的基础。N 19．电桥是将电阻、电容、电感等参数的变化转换成电压或者电流输出的一种测量电路。Y

《传感器与测试技术》复习题 .doc

《传感器与测试技术》复习题 1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？ 解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。 （2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统 ①MEMS技术要求研制微型传感器。如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。 ②研制仿生传感器 ③研制海洋探测用传感器 ④研制成分分析用传感器 ⑤研制微弱信号检测传感器 （3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。系统功能最大程度地用软件实现。 （4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。 （5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。 3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？ 解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。 1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度； 2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx 的比值； 3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；

传感器与自动检测技术实验指导书.

传感器与自动检测技术验 指导书 张毅李学勤编著 重庆邮电学院自动化学院 2004年9月

目录 C S Y-2000型传感器系统实验仪介绍 (1) 实验一金属箔式应变片测力实验（单臂单桥） (3) 实验二金属箔式应变片测力实验（交流全桥） (6) 实验三差动式电容传感器实验 (9) 实验四热敏电阻测温实验 (12) 实验五差动变压器性能测试 (14) 实验六霍尔传感器的特性研究 (17) 实验七光纤位移传感器实验 (21)

CSY-2000型传感器系统实验仪介绍 本仪器是专为《传感器与自动检测技术》课程的实验而设计的，系统包括差动变压器、电涡流位移传感器、霍尔式传感器、热电偶、电容式传感器、热敏电阻、光纤传感器、压阻式压力传感器、压电加速度计、压变式传感器、PN结温度传感器、磁电式传感器等传感器件，以及低频振荡器、音频震荡器、差动放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器、涡流变换器等信号和变换器件，可根据需要自行组织大量的相关实验。 为了更好地使用本仪器，必须对实验中使用涉及到的传感器、处理电路、激励源有一定了解，并对仪器本身结构、功能有明确认识，做到心中有数。 在仪器使用过程中有以下注意事项： 1、必须在确保接线正确无误后才能开启电源。 2、迭插式插头使用中应注意避免拉扯，防止插头折断。 3、对从各电源、振荡器引出的线应特别注意，防止它们通过机壳造成短路，并 禁止将这些引出线到处乱插，否则很可能引起一起损坏。 4、使用激振器时注意低频振荡器的激励信号不要开得太大，尤其是在梁的自振 频率附近，以免梁振幅过大或发生共振，引起损坏。 5、尽管各电路单元都有保护措施，但也应避免长时间的短路。 6、仪器使用完毕后，应将双平行梁用附件支撑好，并将实验台上不用的附件撤 去。 7、本仪器如作为稳压电源使用时，±15V和0~±10V两组电源的输出电流之和 不能超过1.5A，否则内部保护电路将起作用，电源将不再稳定。 8、音频振荡器接小于100Ω的低阻负载时，应从LV插口输出，不能从另外两个 电压输出插口输出。

传感器与检测技术习题

传感器与检测技术复习题 0.1传感器在检测系统中有什么作用和地位？ 答：传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。 0.2解释下列名词术语： 1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器 答：①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。 ②传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。 ③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。 ④变送器：能输出标准信号的传感器。 1.1某位移传感器，在输入量变化5 mm时，输出电压变化为300 mV,求其灵敏度。 解： 1.2某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、S2= 2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。 解： 1.3测得某检测装置的一组输入输出数据如下： x 0.9 2.5 3.3 4.5 5.7 6.7 y 1.1 1.6 2.6 3.2 4.0 5.0 a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度； b)用C语言编制程序在微机上实现。 解： ，， ，， 拟合直线灵敏度 0.68,线性度±7% 。 1.8什么是传感器的静特性？有哪些主要指标？ 答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。 1.9如何获得传感器的静特性？ 答：传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。 1.10传感器的静特性的用途是什么？ 答：人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。 1.11试求下列一组数据的各种线性度： x 1 2 3 4 5 6 y 2.20 4.00 5.98 7.9 10.10 12.05 1)理论（绝对）线性度，给定方程为y=2.0x;

传感器与测试技术作业参考答案

第一次作业答案 1√2√3×4×5×6×7×8√9√10√ 1、敏感元件、转换元件 2、电容式 3、被测构件 4、线性度 5、高 6、输出、输入 7、传感器的分辨率、分辨率 8、高精度 9、电压、电流 10、直流电桥和交流电桥 三、 1.模拟信号和数字信号，模拟信号的如电阻式传感器、电容式传感器等，数字信号的如光电式编码器 2.p41页，常用的分类方法有按选频作用进行分类（低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器）、根据构成滤波器的元器件类型进行分类（CR、LC或晶体谐振滤波器）、根据构成滤波器的电路性质进行分类（有源滤波器、无源滤波器）、根据滤波器所处理信号的性质进行分类（模拟滤波器和数字滤波器） 3.电阻应变片的工作原理是基于应变—电阻效应制作的，即导体或半导体材料在外力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为应变电阻效应。 电阻应变片的工作原理是基于应变效应。电阻应变片的测量原理为：金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。dR/R=Ks*ε 其中，Ks为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类丝材电阻应变片效应显着与否。ε为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常用符号με表示。由此可知，金属丝在产生应变效应时，应变ε与电阻变化率dR/R成线性关系，这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。 4.课本74页

5.课本71页 6.当金属线材受到单位拉力时，由于整根金属线的每段都受到同样大小的拉力，其应变也是相同的，故线材总电阻的增加值为各微段电阻增加之和。但整根金属线材弯折成栅状，制成应变片后，在应变片的灵敏轴向施以拉力，则直线段部分的电阻丝仍产生沿轴向的拉伸应变，其电阻式增加的，而各圆弧段，除了有沿轴向产生的应变外，还有在与轴向垂直的方向上产生的压缩应变，使得圆弧段截面积增大，电阻值减小。虽然金属丝敏感栅的电阻总的变现为增加，但是，由于各圆弧段电阻减小的影响，使得应变片的灵敏系数要比同样长度单纯受轴向力的金属丝的灵敏系数小，这种由弯折处应变的变化使灵敏系数减小的现象称为应变片的 横向效应。

检测技术与传感器期末复习题与答案

《检测技术》复习题 一、填空 1、传感器由敏感元件、传感元件、测量转换电路三部分组成。 2、在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的1.5倍左右为宜。 3、有一温度计，它的量程范围为0∽200℃，精度等级为0.5级。该表可能出现的最大误差为±1℃，当测量100℃ 时的示值相对误差为1%。 4、利用热敏电阻对电动机实施过热保护，应选择型 NTC突变热敏电阻。 5、霍尔元件采用恒流源激励是为了减小温漂。 6、已知某铜热电阻在0℃时的阻值为50Ω，则其分度号是CU50，对于镍铬-镍硅热电偶其正极是镍铬。 7、热电阻主要是利用电阻随温度升高而增大，这一特性来测量温度的。 8、自动检测系统中常用的抗电磁干扰技术有光屏蔽、浮置、接地、滤波、光电隔离等。 9、金属电阻的应变效应是金属电阻应变片工作的物理基础。 10、电磁干扰的形成必须同时具备的三项因素是干扰源、敏感接收器、干扰途径。 11、在动圈式表头中的动圈回路中串入由NTC组成的电阻补偿网络，其目的是为了温度补偿。12、计算机可以在采集到数据以后进行数据的处理、分析、存储和打印，以得到我们需要的结果。 12、计算机可以在采集到数据以后进行数据的处理、分析、存储和打印，以得到我们需要的结果。 13、在拉伸试验中，拉力传感器将拉力信号变成电信号；位移传感器将变形信号换为电信号，两个电信号经A/D转换后变为数字量，再经接口电路进入计算机，计算机再将接收到的数字量通过D/A换算成等效的物理量，绘制出应力-应变曲。 14、补偿导线是一对与热电偶配用的导线，在工作范围内与被补偿的热电偶具有相同的电势-温度关系列化。 15、差动传感器是位移测量中应用最广的一种传感器，它是利用线圈的互感作用将位移转换成感应电动势的变化。传感器本身就是一个变压器，传感器有一个初级线圈和两个次级线圈，由于两只次级线圈按电势反相串接，以差动方式输出，因此称为差动变压器式传感器。 16、霍尔传感器由于结构简单、尺寸小、无触点、动态特性好、寿命长等特点，

传感器与检测技术习题库(1)

《传感器与检测技术》习题库 一、填空题 1.国际电工委员会将直流电流信号和直流电压信号确定为过程控制系统电模拟信号的统一 标准。 2.热电偶产生的热电动势不仅与热端温度有关，还与冷端温度有关，因此使用热电偶时必须 进行冷端温度补偿,常用的方法有冷端恒温发、冷端温度校正发、补偿导线发。 3.电阻应变片最重要的参数（技术指标）是应变器的电阻值。 4.音乐贺卡中的压电片是利用逆压电效应而发声的。 5.霍尔传感器的原理是霍尔效应，霍尔电动势 =(公式)。 6、压电式传感器的工作原理是压电效应。 7、仪表的精度等级是用仪表的准确度等级来表示的。 8、热电偶所产生的热电动势是温差电势和接触电势_组成。 9、电阻应变片最重要的参数（技术指标）是应变器电阻值。 10、常见的测角位移的传感器是电容式角位移传感器。 11、对于数字式仪表，灵敏度用分辨力表示，通常取数字式仪表最后一位数字所代表的值。 12、光纤的基本结构是由纤芯、包层和保护套构成的，满足光纤信号的传输必须满足全反射（现象）条件。 13、热电偶的热传感器主要组成材料有镍铬-镍硅、铂铑—铂和铜-铜镍等。 14、热电偶所产生的热电动势是接触式电动势和温差电动势组成。 15、电阻应变片式传感器使用应变效应为基本原理，那么应变效应中的电阻值R的大小跟电阻式材料长度、电阻率和截面积直接相关。 16、当电阻式应变片中的金属丝受拉伸时，将会导致电阻R变大。 17、电阻应变片传感器主要由电阻应变片和应变电桥组成，其中应变电桥的作用是________。 18、光电传感器利用光电的转换原理有内光电效应、外光电效应和光生伏特效应。 19、光敏二极管一般装在透明的玻璃外壳中，在电路中当有光照时，二极管将导通。 20、光敏三极管的光敏接收元件为光敏三极管的集电极。 21、请画出光敏三极管的电路符号光敏二极管的电路符号 22、在实验中利用光电传感器测量电机的转速，一般有两种不同的测量方法，分别直射式光电传感器和反射式光电传感器，光电传感器输出的波形为矩形波形。

(完整版)传感器与测试技术毕业课程设计

传感器与测试技术课程设计 《荷重传感器及电子秤》 课程设计

分校（站、点）： 年级、专业：机械制造及其自动化 学生姓名： 学号： 指导教师： 完成日期： 2012、6 一，设计简述 随着现代化生产的发展，电子秤在许多商业活动中已成为不可缺少的计量工具。电子秤作为一个典型的自动检测系统，也可归纳为由三大环节所组成。 如图1所示一次仪表通常指的是传感器，它是由敏感元件，电路，机构等组成，是利用某些特殊材料对某些物理量具有一定的敏感，然后转换成电量（电压，电流）。通常来自一次仪表的电信号比较弱小，不足以驱动显示器。为此采用二次仪表对信号进行放大；来自一次仪表的电信号往往还夹带外部的干扰信号，必须把它去除，一般二次仪表还包括滤波电路用以消除干扰。传感器的转换关系往往并不服从线性关系，所以有时还需要进行适当的线性补偿处理。故称二次仪表为测量与显示部件。

二次仪表的输出信号可能是模拟量，也可能是数字量。三次仪表是采用了计算机技术，所以要求二次仪表的输出信号必须是数字信号。三次仪表将进一步对信号进行处理并形成控制量输出。作为规模较小的仪表系统，三次仪表主要是以中央处理器为核心的数字电路，组成智能化仪表。使整个测量系统的性能与功能大大提高。 图2所示的以单片机为核心部件组成三次仪表，它大大丰富了电子秤功能。 各种各样形式的电子秤的仪表结构都是大同小异的，都必须利用荷重传感器来采集重量信号并变换成相应大小的电信号。电子秤的二次仪表把来自荷重传感器的微弱电压信号进行放大，滤波。这不仅为了提高灵敏度，更重要的是与下一环节的电路进行正确匹配。目前大多数电子秤是数字显示方式，所以模拟信号还必须作模数转换。有了AD转换器的数码信号，就可以进行自动标度变换、自动超载报警、自动数字显示。还可以增加人机对话键盘、与外部设备的数据交换与通信、输出模拟或数字控制信号等功能。由此大大提高了性能。 二，设计过程 1、荷重传感器电子称传感器的选用 荷重传感器的形式有电阻式、电容式、压磁式等多种形式。电阻式传感器又分为

传感器与检测技术试题4答案

《传感器与检测技术》试卷4 一、填空题：（40分） 1、传感器是 能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件 以及相应的 信号调节转换电路 组成。 2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为① _金属___ 材料和②____半导体_____体材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由 _电阻应变效应___ 形成的，而②的电阻变化主要是由 ___ 造成的。 材料传感器的灵敏度较大。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与 绕组匝数 成正比，与 穿过线圈的磁通____成正比，与磁回路中 磁阻____ 成反比，而单个空气隙磁阻的大小可用公式 ______ 表示。 4、测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为 _绝对误差__、 相对误差 ___、和 引用误差 三类，其中 ___绝对误差__ 可以通过对多次测量结果求 平均 ____ 的方法来减小它对测量结果的影响。 5、光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应，目前所利用的光电效应大致有三大类：第一类是利用在光线作用下 __材料中电子溢出表面的_________现象，即 外光电 效应， ___光电管以及光电倍增管_ 传感器属于这一类；第二类是利用在光线作用下 材料电阻率发生改变的 ______ 现象，即 内光电 效应。 光敏电阻 传感器属于这一类。第三类是利用在光线作用下 光势垒 现象，即 _光生伏特_____ 效应， 光敏二极管及光敏三极管______ 传感器属于这一类。 6、热电偶所产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势 组成的，其表达式为E ab （T,T o ）=T B A T T B A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中，补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线 和热电偶之间，接入延长线它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 7、偏差式测量是指测量过程中，用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的测量方法；零位测量是指测量过程中，用指零仪表的零位指示，检测测量系统的平衡状态；在测量系统达到平衡时用已知的基准量决定被测未知量的测量方法；微差式测量是指将被测的未知量与已知的标准量进行比较，并取得差值，然后用偏差法测得此差值的方法。 二、问答题：（25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？（10分） 答：传感器的特性是指传感器所特有性质的总称。而传感器的输入输出特性是其基本特性，一般把传感器作为二端网络研究时，输入输出特性是二端网络的外部特性，即输入量和输出量的对应关系。由于输入量的状态（静态、动态）不同分静态特性和动态特性。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。动态特性指当输入量随时间变化时传感器的输入-输出特性。可以从时域和频域来研究动态特性

传感器与检测技术实验指南.

实验一压阻式压力传感器的压力测量实验第一部分：压阻式压力传感器 一、实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。 二、基本原理：扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量电路，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。 三、需用器件与单元：压力源(已在主控箱)、压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、流量计、三通连接导管、数显单元、直流稳压源±4V、±15V。 四、实验步骤： 1、这里选用的差压传感器两只气咀中，一只为高压咀，另一只为低压咀。本实验模板连接见图1-1，压力传感器有4端：3端接+2V电源，1端接地线，2端为U0+，4端为U0-。1、 2、 3、4端顺序排列见图1-1。端接线颜色通过观察传感器引脚号码判别。 2、实验模板上R w2用于调节零位，R w2可调放大倍数，按图1-1接线，模板的放大器输出V02引到主控箱数显表的V i插座。将显示选择开关拨到合适档位，反复调节R w2(R w1旋到满度的1/3)使数显表显示为零。 3、先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮，开通流量计。 图1-1 压力传感器压力实验接线图 4、合上主控箱上的气源开关K3，启动压缩泵，此时可看到流量计中的滚珠

浮起悬于玻璃管中。 5、逐步关小流量计旋钮，使标准压力表指示某一刻度。 6、仔细地逐步由小到大调节流量计旋钮，使在4～14KP之间每上升1KP 分别读取压力表读数，记下相应的数显表值列于表(1-1) 表(1-1)压力传感器输出电压与输入压力值 思考题 1、计算本系统的灵敏度和非线性误差。 2、如果本实验装置要成为一个压力计，则必须对电路进行标定，方法如下：输入4KPa气压，调节R w2(低限调节)使数显表显示0.400V，当输入12KPa气压，调节R w1(高限调节)，使数显表显示1.200V这个过程反复调节直到足够的精度即可。 3、利用本系统如何进行真空度测量？ 第二部分： 扩散硅压阻式压力传感器差压测量 一、实验目的：了解利用压阻式压力传感器进行差压测量的方法。 二、基本原理：压阻式压力传感器的硅膜片受到两个压力P1和P2作用时由于它们对膜片产生的应力正好相反，因此作用在压力膜片上是ΔP=P1-P2，从而可以进行差压测量。 三、需用器件与单元：实验八所用器件和单元、压力气囊。 四、实验步骤： 请同学们自拟一个差压测量的方法，并记录实验数据。