测试与检测技术基础-传感器大作业-传感器的应用与发展综述

传感器的应用与发展综述

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班级姓名B学号分工

班级姓名C学号分工

一、引言

一个测试系统的第一个环节是信号的传感，传感即将被测的量或被观察的量通过一个被测量传感器或敏感元件转换成一个电的、液压的、气动的或其他形式的物理输出量，被测的或被观察的量与被转换的输出量之间根据可利用的物理定律应该具有一种明确的关系。用来完成这种转换的装置称为传感器或敏感元件。其中敏感元件是指直接感受被测物理量并对其进行转换的单元，而传感器则是敏感元件及其相关辅助元件和电路组成的整个装置，其中敏感元件是传感器的核心部件。本文通过对部分常用传感器的原理、性能、应用等方面的探究，做出对传感器发展趋势的展望。

二、不同传感器的工作原理

（一）电感式传感器

电感式传感器由振荡器、开关电路及放大输出电路三大部分组成。振荡器产生一个交变磁场，当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式之检测目的。电感式传感器的工作原理是电磁感应。它是把被测量(如位移等)转换为电感量变化的一种装置。按照转换方式的不同，可分为自感式(包括可变磁阻式与涡流式)和互感式(差动变压器式)两种。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量(如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等)的测量。电感式传感器组成如下图1所示。

图1

（二）磁电式传感器

磁电式传感器是基于电磁感应原理,通过磁电相互作用将被

测量(如振动、位移、转速等)转换成感应电动势的传感器，它也被

称为感应式传感器、电动式传感器。根据电磁感应定律，N匝线

圈中的感应电动势。感应电动势的大小由磁通的变化率决定。磁

通量协的变化可以通过很多办法来实现:如磁铁与线圈之间作相

对运动;磁路中磁阻变化;恒定磁场中线圈面积变化等。因此可以制

造出不同类型的磁电式传感器。磁电式传感器是一种机一电能量

变换型传感器，不需要供电电源，电路简单，性能稳定，输出信

号强，输出阻抗小，具有一定的频率响应范围，适合于振动、转

速、扭矩等测量。但这种传感器的尺寸和重量都较大。

一种装在柴油机上的磁电式传感器原理如右图所示，它主要

由旋转的触发轮（被等分的齿轮盘,上面有多齿或缺齿）和相对静止的感应线圈两部分组成。当机械运行时，触发轮与传感器之间的间隙周期性变化，磁通量也会以同样的周期变化，从而在线圈中感应出近似正弦波的电压信号。

（三）电阻式传感器

电阻式传感器种类繁多，应用广泛，其基本原理就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显示或记录被测量值的变化。在电阻式传感器中应用得最多的就是电阻应变式传感器。

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。在实际应用中，应变片主要分为金属应变片和半导体应变片两种，其工作的基本原理分别基于金属的电阻应变效应和半导体的压阻效应。

（四）压电式传感器

压电式传感器是基于压电效应的传感器。它是一种自发电式和机电转换式传感器，其敏感元件由压电材料制成，根据压电材料受力后表面产生电荷的原理，将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。而这里的压电效一般指正压电效应，即当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。

（五）电容式传感器

电容传感器是将被测的力学量如位移、力、速度、加速度等转换成电容变化的传感器。以平行班电容器为例，忽略边缘效应，其电容为：

C =(ε 0εA )/δ 其中0ε为真空介电常数，0ε=8.85×10-15F/m ；ε为极板间介质的介电常数；A 为极板面积；δ为极板

间距离。改变A 、ε和δ中的一个或多个都能改变电容的大小，可得到不同类型的电容传感器，通常可分为面积变化型、介质变化型和间隙变化型三种。

1. 面积变化型即改变电容面积使传感器工作，通常改变的面积与位移是成正比的，而电容大小与面积也成正比，故这类传感器的输入与输出是线性的，这也是它最大的优点。其缺点是横向灵敏度较大，对机械结构要求十分精确，测量精度相对变间隙式传感器较低。

2. 介质变化型即改变极板间介质的平均介电常数，通常为改变极板间不同介电常数介质的厚度或宽度。

3. 间隙变化型即改变极板间距离从而引起电容的变化。这类传感器一般是非线性的，但在△δ/δ很小时可近似看成线性。其灵敏度与间隙的平方成反比，故间隙越小灵敏度越高，但同时会增大非线性误差，所以这种传感器一般在较小范围内工作以减小非线性误差。实际应用中为提高灵敏度也常采用差动式结构。

电容式传感器测出的电容或电容变化很小，必须连接适当的放大电路将其转换为电压、电流或频率等易测量，常用有运算放大器电路、电桥测量电路和调频电路。

电容传感器可用于距离、速度、加速度及很多相关量的测量，它具有测量范围大、灵敏度高、动态响应快、稳定性好、可以实现无接触测量等特点。变面积型可用于测量距离、角度、压力；变介质型可用于测量厚度、非导电液体液面高度及相对湿度等；变间隙型主要用于测量距离和温度。

（六）光电传感器

光电传感器是利用光电效应工作的传感器。

光电效应一般有外光电效应、内光电效应、光生伏打效应。

1. 光照射到光电材料上，材料表面的电子吸收能量，若电子吸收的能量足够大，电子会克服束缚而逸出材料表面，这种现象称为外光电效应。光子的能量和光的频率有关，光电效应方程式为：

h γ=0.5m v 2+A

其中m 为电子质量，v 为电子逸出速度，h 为普朗克常熟，γ为光的频率，A 为物体的逸出功。由此方程式可知，每一种光电阴极材料均有一个确定的光频率阈值，当入射光的频率低于该值时不能引起光电子发射。

外光电效应器件有光电管和光电倍增管。

2. 内光电效应又称光导效应，它是指物体受到光照射时，其导电性能如电阻率发生变化的现象。内光电效应不发生电子的逸出，电子仍留在物体内部。

内光电效应器主要有光敏电阻及光导管。

3. 在光线照射下能使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏打效应。基于光生伏打效应的器件有光电池，用于将太阳能直接转化为电能。

使用时首先把变化的被测量转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号进行测量。

光电检测方法具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点。

三、应用实例

（一）电感式传感器

（1）自感式传感器

自感式传感器是被广泛采用的一种电磁机械式传感器，它除可直接用于测量直线位移、角位移的静态和动态量外，还可以它为基础，用于测量力、压力、转矩等。自感式传感器有变隙式、变面积式和螺线管

表1

具体应用实例：

a）电感式圆度仪

电感式圆度仪测量零件的圆度、波纹度、同心度、同轴度、平面度、平行度、垂直度、偏心、轴向跳动和径向跳动，并能进行谐波分析、波高波宽分析，现已广泛应用于汽车、摩托车、机床、轴承、油泵油嘴行业工厂的车间和计量部门。

b）仿形车床

仿形车床通过仿形刀架按样件表面作纵向和横向随动运动，使车刀自动复制出相应形状的被加工零件，适用于大批量生产的圆柱形、圆锥形、阶梯形及其他成形旋转曲面的轴、盘、套、环类工件的车削加工。c）电感测微仪

电感测微仪是一种由差动式自感传感器构成的测量精密微小位移的装置，除螺管式电感传感器外，电感测微仪还包括测量电桥、交流放大器、相敏检波器、振荡器、稳压电源及显示器等。

（2）互感式传感器

互感式传感器的原理是把被测位移量转化为线圈间的互感变化。传感器本身相于一个变压器，当一次线圈接入电源后，二次线圈就产生感应电动势。当互感变化时感应电动势也相应变化。由于传感器常做成差动的形式，故称为差动变压器式传感器。按照结构不同，差动变压器可分为变隙式、变面积式和螺管式

表2

具体应用实例：

a）振动计

将差动变压器安装在悬臂梁上可构成振动计，如图2所示。

图2

b）液位计

图3所示为差动变压器的液位计，差动变压器的衔铁与浮子刚性连接，当设定某一液位使衔铁处于中心位置时，差动变压器输出信号u o=0V；当液位上升或下降时，浮子随之上升或下降，导致衔铁发生位移，输出电压u o 0V，其大小与衔铁的位移（即液位的变化）成正比。通过相应的测量电路便能测定该液位的高低，并以一定的方式显示出来。

图3

c）差动压力变送器

差动压力变送器适用于测量各种液体、水蒸气及气体的压力，主要由膜盒、随膜盒膨胀与收缩的铁芯、感应线圈以及电子线路等组成。

（3）涡流式传感器

将金属导体置于变化的磁场中，导体内就会产生感应电动势，并自发形成闭合回路，产生感应电流。该电流就像水中旋涡一样在导体中转圈，因此被称为涡流。涡流现象被称为涡流效应，电涡流式传感器就是利用涡流效应来工作的。原理如下图4。

图4

具体应用实例：

a）电涡流位移计

电涡流位移计用来测量各种形状金属导体的位移量，测量位移的范围可从0～1mm到0～30mm，国外个别产品已达80mm，一般的分辨率为0.05%μm。

b）电涡流振幅计

电涡流振幅计可以对各种振动的幅值进行非接触测量。

c）电涡流转速计

在旋转体上开一条或数条槽（凹槽或凸槽），旁边安装一个电涡流传感器。当轴转动时，传感器与转轴之间的距离发生改变，使输出信号也随之变化。该输出信号经放大、整形后，由频率计测出变化的频率，从而测出转轴的转速。若转轴上开有m个槽，频率计读数为f（单位Hz），则转轴的转速n（单位为r/min）为：

n=60f/m

同样，可以将电涡流传感器安装在金属产品输送线上，对产品进行计数。

d）涡流探伤仪

涡流探伤仪是一种无损检测装置，可用于探测金属导体表面或近表面裂纹、热处理裂纹以及焊缝裂纹等缺陷。在探伤时，传感器与被测导体保持距离不变。遇有裂纹时，金属的电阻率、磁导率发生变化，引起传感器的输出信号也发生变化，从而达到探伤的目的。

e）涂层测厚仪

涂层测厚仪又称为覆层测厚仪，所利用的涡流技术既可测量导磁材料，如钢铁上的铜、锌、镉、铬的镀层和油漆层表面上非导磁覆盖层的厚度，又能测量镀在铁磁性金属物质的表面，如铝的阳极氧化层以及铝、铜、锌等材料表面上油漆、喷塑和橡胶的非铁磁性金属镀层的厚度。

（二）磁电式传感器

（1）输出特性

由磁电式传感器工作原理可知，其产生的交流电压信号的频率与齿轮转速和齿数成正比。在齿数确定的情况下，传感器线圈输出的电压频率正比于齿轮的转速，其关系为

f=n·z

式中，n 为发动机转速，r/ s；z 为触发轮被等分的齿数；f 为磁电式传感器的输出信号频率，Hz 。

磁电式传感器的输出电压不仅与传感器和触发轮间的间隙d有关,而且与n 有关。在同一d 条件下,传感器输出的峰值电压随n 升高而增大；在同一n 条件下,d 越小, 其输出峰值电压越高。由此可以拟合出传感器的输出峰值电压特性为

V=K×n/d

式中, V 为传感器输出峰值电压,V；n 为发动机转速,r/ s；d 为传感器与触发轮间的间隙,mm；K 为与传感器有关的参数。

（2）具体应用实例：

a）磁电式转速传感器

磁电式转速传感器是利用磁电感应来测量物体转速的，属于非接触式转速测量仪表。磁电式转速传感器可用于表面有缝隙的物体转速测量，有很好的抗干扰性能，多用于发动机等设备的转速监控，在工业生产中有较多应用。

磁电式转速传感器是以磁电感应为基本原理来实现转速测量的。磁电式转速传感器由铁芯、磁钢、感应线圈等部件组成的，测量对象转动时，转速传感器的线圈会产生磁力线，齿轮转动会切割磁力线，磁路由于磁阻变化，在感应线圈内产生电动势。磁电式转速传感器的感应电势产生的电压大小，和被测对象转速有关，被测物体的转速越快输出的电压也就越大，也就是说输出电压和转速成正比。但是在被测物体的转速超过磁电式转速传感器的测量范围时，磁路损耗会过大，使得输出电势饱甚至是锐减。

磁电式转速传感器的工作方式决定了它有很强的抗干扰性，能够在烟雾、油气、水汽等环境中工作。磁电式转速传感器输出的信号强，测量范围广，齿轮、曲轴、轮辐等部件，及表面有缝隙的转动体都可测量。磁电式转速传感器的工作维护成本较低，运行过程无需供电，完全是靠磁电感应来实现测量，同时磁电式转速传感器的运转也不需要机械动作，无需润滑。磁电式转速传感器的结构紧凑、体积小巧、安装使用方便，可以和各种二次仪表搭配使用。

b）霍尔式传感器

霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应进行测量的一种磁敏式传感器。霍尔传感器是一种当交变磁场经过时产生输出电压脉冲的传感器。脉冲的幅度是由激励磁场的场强决定的。因此，霍尔传感器不需要外界电源供电。它可以直接测量磁场和微位移量，应用于电池测量、压力、加速度、振动等方面的测量领域。

目前霍尔传感器已从分立元件发展到集成电路的阶段，正越来越受人们的重视，霍尔传感器的应用非常的广泛，在测量领域，可用于测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。在通讯领域，可用于放大器、振荡器、相敏检波、混频、分频已经微波功率测量等。在自动化技术领域，可用于无刷直流电机、速度传感、位置传感、自动记数、接近开关、霍尔自整角机构成的伺服系统和自动电力拖动系统等。

具体应用领域包括：电子式水表、气表、电表和远程抄表系统；控制设备中传送速度的测量；无刷直流电机的旋转和速度控制；在工程中测量转动速度和其他机械上的自动化应用；转速仪、速度表以及其他转子式计量装置等。

（三）电阻传感器

电阻式传感器中，应变式传感器由于其精度高，测量范围广使用

寿命长，性能稳定可靠，结构简单，体积小，重量轻等一系列特点，

被广泛用于生产实际中。

a）电阻应变式称重传感器

电阻式应变传感器在实际工程中应用广泛，其中一种应用便是作

为电子称中的核心部分——电阻应变式称重传感器。

电阻应变式称重传感器，是通过把一种被测量(质量)转换成另外一

种被测量(输出)来测量质量的力传感器，其工作原理是：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。

b）电阻应变式传感器及其在高应变桩基动测中的应用

高应变试桩的基本参数是应力和速度，由于打击力巨大，对应的应力大，速度高，目前直接测量力和速度的各种传感器难以满足要求，因此高应变动力测桩中力和速度都是采用间接测量的方法，其中测力的方法便是通过测量桩身的应变推算出桩身的应力。这其中便用到了电阻式应变传感器。

在高应变试桩力的测量中，之所以用电阻应变式传感器是因为其价格低廉、粘贴容易等优点，但是要想获得比较理想的测试效果，必须要严格按操作规范对传感器进行安装。如为减少可能出现的偏心锤击的影响，测试时必须安装应变计传感器的安装两只；安装完毕后的应变计应紧贴桩身表面，初始变形不得超过规定值，测试过程中不得产生相对滑动；当进行测试时，应先将传感器引线与桩身固定可靠，防止引线振动受损等等。

目前在高应变动测中都是采用箔式金属应变片，这是因为同半导体应变片相比，金属材料应变片价格便宜，电阻温度系数小，但灵敏度不及半导体应变片高。半导体应变片的突出优点是灵敏系数很高，机械滞后小主要缺点是温度稳定性差，非线性大，需分别进行补偿。故从减小温度对应变测量的影响考虑，选用箔式金属应变片。

（四）压电式传感器

火电厂的汽轮发电机组是一个大型的转动机械, 其运行的可靠性, 在很大程度上取决于机组的振动状态。因此, 对汽轮发电机组进行振动监控, 对防止重大的

设备损坏事故有着重要的意义。压电式传感器是用于测

量机组振动的新型传感器, 用压电式传感器取代磁电式

传感器是汽轮发电机组监控系统的一个新趋势。

压电式加速度传感器的一般原理结构如右图所示。

当压电式加速度传感器与被测加速度的机件紧固在一起

后, 传感器受机件加速度作用, 惯性质量块产生惯性力,

其方向与加速度方向相反, 大小由F= ma 决定。此惯性

力作用在压电晶片上, 产生电荷。电荷由引出极输出, 由

此将加速度转换为电荷。

在之前的监测系统中，一直是使用磁电式传感器，

但是由于磁电式传感器内永磁铁在高温环境下容易发生

磁衰，且其使用寿命一般都在1~2年，导致必须频繁更换，所以压电式传感器逐渐将其取代。压电式加速度传感器具有频带宽、灵敏度高、结构简单、工作可靠、重量轻等优点，在实际应用中, 是在压电式加速度传感器的基础上又增加了一个放大电路, 使传感器成为了一个振动速度传感器, 这个振动速度传感器的性能指标、安装条件等各方面都与磁电式振动速度传感器相兼容。因此, 不用改变汽轮发电机组的振动监控系统, 就可应用压电式振动速度传感器。

（五）电容式传感器

利用电容传感器制成的湿度测量仪，可以实

现对周围空气湿度的测量。它是一种变介质型电

容传感器，极板间放置有特殊塑料，其介电常数

随空气湿度的变化而变化，从而将电容大小与空

气湿度的变化联系起来，实现空气湿度的测量。

利用变介质型电容传感器也可以制作测厚

仪（如右图）。待测金属板从电容两极板间通过，

电容的两极板与待测金属材料构成两个串联的

电容。当金属板的厚度改变时，相当于两电容各

自的间距发生变化，使总电容变化，最终导致输

出的电压或电流值发生变化，即测出金属板厚度

的变化。此方法可以测量固体或液体的厚度，但要求待测物体的成分（如含水量）和温度不变。

（六）光电传感器

利用光电传感器可以制成物品计数器，用于工

厂中传送带上物品的计数。光敏器件可以使用光敏

电阻。当光源与光敏器件之间无物品阻挡时，光线

可以照射到光敏元件上；当有物品阻挡时，光线不

能照射到光敏元件上，这样，当一个物品经过时，

光敏电阻的阻值发生变化，经过后续电路的处理可

以得到一个电流脉冲，利用计数电路进行计数。这

种方法可用于传送带上分隔物品的计数。

利用光敏传感器也可以做成条形码扫描器。如

图，扫描笔在条形码上移动时，若遇到黑色线条，

发光二极管发出的光被吸收，光敏三极管接收不到

反射光，呈高阻抗；若遇到白色间隔，光敏三极管

可以接收到反射光而导通。这样，保持基本匀速地划过条

形码，则经后续电路处理后，条形码上的信息就以间隔的

高低电平及其持续的时间反映出来，再进一步处理后可完

成识别。

光电池广泛用于太阳能帆板上，为卫星、空间站和环

保汽车等提供电力供应。

四、思考与总结

传感器自问世以来发展飞速，除以上介绍的种类外，

还有气敏传感器、红外辐射传感器、固态图像传感器、光

纤传感器、微型传感器等多种传感器。传感器在科学技术

领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。人类社会对传感器提出的越来越高的要求是传感器技术发展的强大动力。而现代们学技术突飞猛进则提供了坚强的后盾。经过多年发展，人们已经发展出多种改善传感器性能的技术，包括差动技术、平均技术、补偿与修正技术、屏蔽、隔离与干扰抑制及稳定性处理技术等，极大地改善了传感器的性能，使之更敏感、更稳定、更方便。

如今，传感器的发展动向分为开发新型传感器，开发新材料，采用新工艺，面向智能化、集成化、多功能化等几个方面。

新型传感器，大致应包括：①采用新原理；②填补传感器空白；③仿生传感器等诸方面。它们之间是互相联系的。

材料方面，近年来对传感器材料的开发研究有较大进展，其主要发展趋势有以下几个方面：①从单晶体到多晶体、非晶体；②从单一型材料到复合材料；③原子(分子)型材料的人工合成。有复杂材料来制造性能更加良好的传感器是今后的发展方向之一。例如半导体敏感材料、陶瓷材料、磁性材料、智能材料等。

新工艺方面，范围很广，主要指与发展新兴传感器联系特别密切的微细加工技术，又称微机械加工技术，是近年来随着集成电路工艺发展起来的，它是离子束、电子束、分子束、激光束和化学刻蚀等用于微电子加工的技术，目前已越来越多地用于传感器领域，例如溅射、蒸镀、等离子体刻蚀、化学气体淀积(CVD)、外延、扩散、腐蚀、光刻等，迄今已有大量采用上述工艺制成的传感器的国内外报道。

集成化是一个发展方向，传感器集成化包括两种定义，一是同一功能的多元件并列化，即将同一类型的单个传感元件用集成工艺在同一平面上排列起来，排成1维的为线性传感器，CCD图象传感器就属于这种情况。集成化的另一个定义是多功能一体化，即将传感器与放大、运算以及温度补偿等环节一体化，组装成一个器件。

传感器的多功能化也是其发展方向之一。多功能化不仅可以降低生产成本，减小体积，而且可以有效的提高传感器的稳定性、可靠性等性能指标。

智能化是另一个发展方向。传感器与微处理机相结合，使之不仅具有检测功能，还具有信息处理、逻

辑判断、自诊断、以及“思维”等人工智能，就称之为传感器的智能化。借助于半导体集成化技术把传感器部分与信号预处理电路、输入输出接口、微处理器等制作在同一块芯片上，即成为大规模集成智能传感器。可以说智能传感器是传感器技术与大规模集成电路技术相结合的产物，它的实现将取决于传感技术与半导体集成化工艺水平的提高与发展。这类传感器具有多能、高性能、体积小、适宜大批量生产和使用方便等优点，可以肯定地说，是传感器重要的方向之一。

相信在不久的将来，将会出现更多集多功能、智能、集成等特点于一身得的优秀传感器问世，造福人类。

参考文献

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传感器与检测技术试卷及答案

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： 测量值是通过直接或间接通过仪表测量出来的数值。 测量误差是指测量结果的测量值与被测量的真实值之间的差值。

传感器与检测技术习题解答

传感器与检测技术（胡向东，第2版）习题解答 王涛 第1章概述 什么是传感器？ 答：传感器是能够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和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 传感器的共性是什么？ 答：传感器的共性就是利用物理定律或物质的物理、化学或生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、频率、电荷、电容、电阻等）输出。 传感器一般由哪几部分组成？ 答：传感器的基本组成分为敏感元件和转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。 为普遍。 ①按传感器的输入量（即被测参数）进行分类 按输入量分类的传感器以被测物理量命名，如位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。 ②按传感器的工作原理进行分类

根据传感器的工作原理（物理定律、物理效应、半导体理论、化学原理等），可以分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。 ③按传感器的基本效应进行分类 根据传感器敏感元件所蕴含的基本效应，可以将传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。 改善传感器性能的技术途径有哪些？ 答：①差动技术；②平均技术；③补偿与修正技术；④屏蔽、隔离与干扰抑制；⑤稳定性处理。 第2章传感器的基本特性 什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？答：传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入、输出关系。静态特性所描述的传感器的输入-输出关系中不含时间变量。 衡量传感器静态特性的主要指标是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和漂移。 利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算非线性误差、迟滞和重复性误差。设压力为0MPa时输出为0mV，压力为时输出最大且为。

《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。

传感器与测试技术作业题第五章

第五章电感式传感器 思考题： 1、说明变气隙型电感传感器、差动变压器式传感器和涡流传感器的主要组成、工作原理和基本特性。 答： a)变气隙型电感传感器主要由线圈、铁心、衔铁三部分组成的。线圈是套在铁心上的，在铁心与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为δ。传感器的运动部分与衔铁相连。当外部作用力作用在传感器的运动部分时，衔铁将产生位移，使空气隙δ发生变化，磁路磁阻R m发生变化，从而引起线圈电感的变化。线圈电感L的变化与空气隙δ的变化相对应，这样只要测出线圈的电感就能判定空气隙的大小，也就是衔铁的位移。 b)差动变压器式传感器主要由铁心、衔铁和线圈组成。线圈又分为初级线圈（也称激励线圈）和次级线圈（也称输出线圈）。上下两个铁心及初级、次级线圈是对称的。衔铁位于两个铁心中间。上下两个初级线圈串联后接交流激磁电压1，两个次级线圈按电势反相串联。它的优点是灵敏度高，一般用于测量几微米至几百微米的机械位移。缺点是示值范围小，非线性严重。 c)涡流传感器的结构很简单，有一个扁平线圈固定在框架上构成。线圈用高强度漆包线或银线绕制而成，用粘合剂站在框架端部，也可以在框架上开一条槽，将导线绕在槽内形成一个线圈。涡流传感器的工作原理是涡流效应，当一块金属导体放置在一变化的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中漩涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流或涡流。这种现象就称为涡流效应。涡流传感器最大的特点是可以实现非接触式测量，可以测量振动、位移、厚度、转速、温度和硬度等参数，还可以进行无损探伤，并且具有结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量线性范围大、体积小等优点。 2、为什么螺管型电感传感器比变气隙型电感传感器有更大的测位移范围？ 答：变气隙型灵敏度高，因为原始气隙δ0一般取得很小（0.1~0.5mm），当气隙变化为△δ=1μm时，电感的相对变化量△L/L0可达0.01~0.002，因而它对处理电路的放大倍数要求低。它的主要缺点是非线性严重，为了减小非线性，量程就必须限制在较小范围内，通常为气隙δ0的1/5以下，同时，这种传感器制造装

传感器与检测技术复习资料

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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。

《传感器与检测技术》课程综述

《传感器与检测技术》课程学习综述

目录 第一章摘要 (1) 第二章传感器基本特性 (3) 一、传感器的静态特性 (3) 二、传感器的动态特性 (4) 第三章传感器 (5) 一、电阻式传感器 (5) 二. 电感式传感器 (5) 三、电容式传感器 (6) 四、压电式传感器 (7) 五、磁敏感式传感器 (8) 六、热电式传感器 (9) 七、光电式传感器 (10) 八、辐射与波式 (10) 九、化学传感器 (11) 十、新型传感器 (12) 第四章检测技术 (14) 一、参数检测基本概念 (14) 二、参数检测的一般方法 (16) 三、基本参数测量 (17) 第五章测量不确定度与回归分析 (19) 一、测量误差 (19) 二、测量不确定度 (20) 第六章自动监测系统 (21) 一、组成 (21) 二、设计方案 (22) 第七章课程总结 (25)

第一章摘要 《传感器与检测技术》顾名思义围绕着传感器和检测技术来进行的讲解，对于传感器和检测技术的学习对于自动化与电气工程类的我而言十分重要。传感器位于研究对象与测控系统之间的接口位置，是感知、获取与检测信息的窗口同时传感器也是实现对物理环境或人类社会信息获取的基本工具，是检测系统的首要环节，是信息技术的源头。 作为自动化与电气工程类的学生，即使专业分流之后我们还是会用到大量的传感器知识，掌握传感器方面的知识对我们以后的发展尤为重要。 本课程先从传感器的概述谈起，先让我们知道什么叫做传感器以及传感器的特点和传感器技术的发展再到传感器的基本特性的讲解。在了解了传感器的基本概述和基本特性之后就需要实例来深入对传感器与检测技术的了解。本书列举了许多经典的传感器类型，由易到难，从电阻式传感器到电感、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器与光电式传感器等，同时也涵盖了参数检测自动检测系统等来进行了全面详细的讲解。从原理到测量电路再到应用，环环相扣使人了解原理。 在学习传感器之前我对传感器的理解就是一个很简单的工具，根据物理学原理而实现的各种测量。学习了之后才明白传感器并非那么简单，不同的参数需要我们用不同的传感器去进行测量，同时有的传

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》作业(1)和(2)答案讲解

《传感器与测试技术》作业（1）和（2）答案 按照《传感器与测试技术》课程教学设计方案的要求，本课程的平时作业共布置4次记分作业，每次作业满分2.5分，共10分。 在完成记分作业的前提下，辅导教师还可根据学生学习的实际情况，再布置一些有针对性的作业，作为对记分作业的补充，供学生更好地掌握学习内容。 前2次的记分作业如下： 第1次记分作业：第5周前完成 ．画出测试系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。 答： 传感器做为测试系统的第一环节，将被测系统或测试过程中需要

观测的信息转化为人们所熟悉的各种信号。通常，传感器将被测物理量转换成以电量为主要形式的电信号。 信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工，对信号进行放大等。 显示与记录部分将所测信号变为一种能为人们所理解的形式，以供人们观测和分析。 ．为满足测试需要，对传感器的一般要求有哪些？ 答：（1）灵敏度高，线性度好； （2）输出信号信噪比高，这要求其内噪声低，同时不应引入外噪声；（3）滞后、漂移小； （4）特性的复现性好，具有互换性； （5）动态性好； （6）对测量对象的影响小，即“负载效应”较低。 ．传感器的动态特性的评价指标有哪些？ 答：（1）时间常数τ （2）上升时间 t r （3）稳定时间（或响应时间） t W （4）超调量δ ．提高传感器性能的方法有哪些？ 答：（1）非线性校正 （2）温度补偿 （3）零位法、微差法

（4 ）闭环技术 （5 ）平均技术 （6 ）差动技术 （7）采用屏蔽、隔离与抑制干扰措施 ．简述应变式电阻传感器的工作原理。 答：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化， 这一现象就是电阻丝的应变效应。 设有一段长为 ，截面为 ，电阻率为 的金属丝，则它的电阻为 当它受到轴向力F 而被拉伸(或压缩)时，其 、 、 均发生变化，因应变而导致金属电阻值的变化，即是应变式电阻传感器的工作原理。 ．《传感器与测试技术》教材P80 第5题。 答： (1) 0/R k R ε?= 021*******R k R εμ?∴=?=?= 200012020000.24R R μμ?==?=Ω (2) 00120005522 R U U mV R ?==??= ．简述压阻式传感器电桥采用恒压源供电和恒流源供电各自的特点。 答：（1）恒压源式供电：电桥输出与电压U 成正比，电桥的输出

测试技术与传感器课后答案 罗志增 薛凌云 席旭刚 编著

思考与练习 2-5对某轴直径进行了15次测量，测量数据如下：26.2，26.2，26.21，26.23，26.19，26.22，26.21，26.19，26.09，26.22，26.21，26.23，26.21，26.18试用格拉布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出其测量结果。 解: (1)求算数平均值及标准差估计值 15次算数平均值: 标准差的估计值: (2)判断有无粗大误差：采用格拉布斯准则 取置信概率 查表2-4，可得系数G=2.41，则有： 故剔除U9 (3)剔除粗大误差后的算术平均值及标准差估计值如下： 算数平均值为： 标准差的估计值为： 重新判断粗大误差： 取置信概率 查表2-4，可得系数G=2.41，则有： 故无粗大误差。 (4) 测量结果表示： 算术平均值的标准差： 199 .2615 1 15 1 == ∑=i i U U () () () mV x x v i i s 0335.014 015695 .01151152 21== --= -= ∑∑σ9 0807.00335.041.2νσ<=?=?s G 207 .2614 114 1 == ∑=i i U U () ()() mV x x v i i s 02507.013 00817.01141142 2 2== --= -= ∑∑ σ95 .0=αP 95 .0=αP 20594.002507.037.2i s G νσ>=?=?mV s X 0067.014 02507 .0n 2 ≈=＝ σσ

所以测量结果为： 2-6 对光速进行测量，的到如下四组测量结果： 求光速的加权平均值及其标准差。 解：权重计算：用各组测量列的标准差平方的倒数的比值表示。 加权算术平均值为： 加权算术平均值的标准差为： 3-3用一个时间常数为0.355秒的一阶传感器去测量周期分别为1秒、2秒和3秒的正弦信号，问幅值误差为多少？ 3-4 有一个温度传感器，其微分方程为30dy/dt+3y=0.15x ,其中y---输出电压 8 110 01915.0?=v 8 210 01415.0?=v 8 310 00075.0?-=v 8 410 00015.0?-=v ()s m P v P i i i i i x p /1000124.0148 4 1 4 1 2?=-= ∑ ∑==σ3(26.2070.02)x x x mV σ=±=±() %73.99=a P % 7.19%803 .0)(3%2.33%668.0)(2% 1.59%1001 ) (1%409.0)(1) (11)(71.0233322211112 =≈==≈==?-= ≈=+= = = A A s T A A s T A A A s T A T T ωωωωτωωπτωπω时， 当时，当时，当幅值由s m c s m c s m c s m c /10)00100.099930.2(/10)00200.099990.2(/10)01000.098500.2(/10)01000.098000.2(8483828 1?±=?±=?±=?±=100 :25:1:11 : 1 : 1 : 1 :::24 23 22 21 4321== σ σ σ σ P P P P s m P P x x i i i i i p /1099915.2/8 4 1 4 1 ?== ∑∑ ==

传感器与测试技术作业答案

5.有一电阻应变片，其灵敏度 ， ，设工作时其应变为1000με，问ΔR 为多少？设将此应变片接成如图所示的电路，试求：(1).无应变时电流表示值；(2).有应变时电流表示值；(3).电流表指示值相对变化量；(4).试分析这个变量能否从表中读出。 解：(1).无应变时，电流的表示值为 (2).根据d =R R x S ε，可得621201000100.24x R SR -?=ε=???Ω=Ω； 则有应变时电流表示值 1.5=12.475120+0.24U V I mA R ==ΩΩ ； (3).电流表指示值相对变化量12.512.475δ1000.212.5I I ?-= =?=％％； (4).电流变化量太小，很难从电流表中读出。如果采用高灵敏度小量程的微安表，则量程不够，无法测量12.5mA 的电流；如果采用毫安表，无法分辨0.025mA 的电流变化。一般需要电桥来测量，将无应变时的零位电流平衡掉，只取有应变时的微小输出量，可根据需要采用放大器放大。 6.以阻值 ，灵敏度 的电阻丝应变片与阻值为120 的固定电阻组成电桥，供桥电压为3V ，并假定负载电阻为无穷大，当应变片为2με和2000με时，分别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。 解：(1).当应变片为2με时，单臂电桥的输出电压为 双臂电桥的输出电压为 (2).当应变片为2000με时，单臂电桥的输出电压为 双臂电桥的输出电压为 根据电桥的灵敏度0/U S R R = ?可知，单臂电桥的灵敏度是双臂电桥的灵敏度的一半。 7.有人在使用电阻应变仪时，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片以提高灵敏度。试问，在下列情况下，是否可提高灵敏度？说明为什么。(1)半桥双臂各串联一片；(2)半桥双臂各并联一片。

《传感器与检测技术》试题及答案(已做)

《传感器与检测技术》试题 一、填空：（20分） 1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。（2分） 2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。 4.热电偶所产生的热电势是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Eab （T ，To ）=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。 5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。（2分） 6. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）（2分） 7. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的（2分） 8. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变介电常数型）外是线性的。（2分） 1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积 增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。 2、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关 系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈 的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。 4、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

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。

传感器与检测技术总复习精华

填空： 1.传感器是把外界输入的非电信号转换成(电信号)的装置。 2.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。 3.传感器一般由(敏感元件)与转换元件组成。 (敏感元件)是指传感器中能直接感受被测量的部分 (转换元件)是指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。 4.半导体应变片使用半导体材料制成，其工作原理是基于半导体材料的(压阻效应)。 5.半导体应变片与金属丝式应变片相比较优点是(灵敏系数)比金属丝高50~80倍。 6.压阻效应是指半导体材料某一轴向受到外力作用时，其(电阻率ρ)发生变化的现象。 7.电阻应变片的工作原理是基于(应变效应), 即在导体产生机械变形时, 它的电阻值相应发生变化。 8.金属应变片由(敏感栅)、基片、覆盖层和引线等部分组成。 9.常用的应变片可分为两类: (金属电阻应变片)和(半导体电阻应变片)。 半导体应变片工作原理是基于半导体材料的(压阻效应)。金属电阻应变片的工作原理基于电阻的(应变效应)。 10.金属应变片有（丝式电阻应变片）、（箔式应变片）和薄膜式应变片三种。 11.弹性敏感元件及其基本特性:物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为(变形),而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，这种变形称为(弹性变形)。 12.直线电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度相同，但应变不同，园弧部分使灵敏系数K↓下降，这种现象称为(横向效应)。 13.为了减小横向效应产生的测量误差, 现在一般多采用(箔式应变片)。 14.电阻应变片的温度补偿方法 1) 应变片的自补偿法 这种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片(称之为温度自补偿应变片)来补偿的，应变片的自补偿法有（单丝自补偿）和（双丝组合式自补偿）。 15.产生应变片温度误差的主要因素有下述两个方面。 1) (电阻温度系数)的影响 2) 试件材料和电阻丝材料的(线膨胀系数不同)的影响

(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卷及答案

传感器与检测技术试卷及答案 （（（（试卷一试卷一试卷一试卷一）））） 第一部分选择题（共24 分） 一、单项选择题（本大题共12小题，每小题2 分，共24分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项 是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。错选、多选和未选均无分。 1．下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（C）A．压力B．力矩C．温度D．厚度 2．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 3．按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（ A ）A．光电式传感器B．电容式传感器C．压电式传感器D．磁电式传感器4．测量范围大的电容式位移传感器的类型为（D ） A．变极板面积型B．变极距型 C．变介质型D．容栅型 5．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（ C ） 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 D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片 6．影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（ D ）A．电缆的安装与固定方式B．电缆的长度 C．前置放大器的输出阻抗D．前置放大器的输入阻抗 7．固体半导体摄像元件CCD 是一种（） A．PN结光电二极管电路B．PNP 型晶体管集成电路 C．MOS型晶体管开关集成电路D．NPN型晶体管集成电路 8．将电阻R 和电容C 串联后再并联到继电器或电源开关两端所构成的RC吸收电路，其作用是 （） A．抑制共模噪声B．抑制差模噪声C．克服串扰D．消除电火花干扰 9．在采用限定最大偏差法进行数字滤波时，若限定偏差△Y≤0.01，本次采样值为0.315，上次 采样值为0.301，则本次采样值Yn应选为（） A．0.301 B．0.303 C．0.308 D．0.315 10．若模/数转换器输出二进制数的位数为10，最大输入信号为2.5V，则该转换器能分辨出的最 小输入电压信号为（） A．1.22mV B．2.44mV C．3.66mV D．4.88mV 11．周期信号的自相关函数必为（） A．周期偶函数B．非周期偶函数C．周期奇函数D．非周期奇函数12．已知函数x(t)的傅里叶变换为X（f），则函数y(t)=2x(3t)的傅里叶变换为（） 第二部分非选择题（共76分） 二、填空题（本大题共12小题，每小题1分，共12分）不写解答过程，将正确的答案写在每小 题的空格内。错填或不填均无分。 13．对传感器进行动态的主要目的是检测传感器的动态性能指标。 14．传感器的过载能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超过 的能力。 15．传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式，向方向发展。 16．已知某传感器的灵敏度为K0，且灵敏度变化量为△K0，则该传感器的灵敏度误差计算公式为rs= 。 17．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用技术。 18．在用带孔圆盘所做的光电扭矩测量仪中，利用孔的透光面积表示扭矩大小，透光面积减小，则表明扭矩。19．电容式压力传感器是变型的。 20．一个半导体应变片的灵敏系数为180，半导体材料的弹性模量为1.8×105Mpa,其中压阻系数πL为Pa-1。 21．图像处理过程中直接检测图像灰度变化点的处理方法称为。 22．热敏电阻常数B 大于零的是温度系数的热敏电阻。 23．若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的。 24．交流电桥各桥臂的复阻抗分别为Z1，Z2，Z3，Z4，各阻抗的相位角分别为?1? 2? 3 ?4，若电桥平衡条件为Z1/Z4=Z2/Z3，那么相位平衡条件应为。 三、问答题（本大题共6小题，每小题4分，共24分） 25．简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。 26．回答与直线式感应同步器有关的下列问题： （1）它由哪两个绕组组成？ （2）鉴相式测量电路的作用是什么？ 27．简述压磁式扭矩仪的工作原理。 28．说明薄膜热电偶式温度传感器的主要特点。 29．简述激光视觉传感器将条形码的信息传输的信号处理装置的工作过程。 30．采用逐次逼近法的模/数转换器主要由哪几部分组成？ （（（（答案一答案一答案一答案一）））） 一、单项选择题（本大题共12小题，每小题2分，共24分） 1.C 2.D 3.A 4.D 5.C 6.D 7.C 8.D 9.A 10.B 11.A 12.B 二、填空题（本大题共12小题，每小题1分，共12 分） 三、问答题（本大题共6小题，每小题4分，共24 分） 25．传感器与电压放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电压成正比,但容易受电 缆电容的影响。 传感器与电荷放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电荷成正比,电缆电容的影响小。 26．（1）由固定绕组和滑动绕组组成。 （2）检测感应电动势的相位，从而根据相位确定位移量的大小和方向。 27．压磁式扭矩仪的轴是强导磁材料。根据磁弹效应，当轴受扭矩作用时，轴的磁导率发生 变化，从而引起线圈感抗变化，通过测量电路即可确定被测扭矩大小。28．主要特点是：热容量小（或热惯性小），时间常数小，反应速度快。29．（1）多面棱镜高速旋转，将激光器发出的激光束反射到条形码上作一维扫描。 （2）条形码反射的光束经光电转换及放大元件接收并放大后再传输给信号处理装置。 30．由电压比较器、数/模转换器、顺序脉冲发生器、数码寄存器和逐次逼近寄存器组成。 四、计算题（本大题共3小题，每小题8分，共24 分） （（（（试卷二试卷二试卷二试卷二）））） 一、填空题(每空1分，共15分) 1.如果仅仅检测是否与对象物体接触，可使用_______作为传感器。 2.红外图像传感器由红外敏感元件和_______电路组成。 3.在电阻应变片公式，dR/R=(1+2μ)ε+λEε中，λ代表_______。 4.利用电涡流位移传感器测量转速时，被测轴齿盘的材料必须是_______。 5.当磁头相对于磁尺不动时，仍有感应电动势输出的是静态磁头，且输出电势的幅值由_______所决定。 6.动态标定的目的，是检验测试传感器的_______指标。 7.确定静态标定系统的关键是选用被测非电量(或电量)的标准信号发生器和_______。 8.传感器的频率响应特性，必须在所测信号频率范围内，保持_______条件。 9.热电偶电动势由_______电动势和接触电动势两部分组成。 10.SnO2型半导体气敏器件非常适宜检测浓度较_______的微量气体。 11.有源滤波器由集成运放和_______组成。 12.采用_______电源供电的电桥称为交流电桥。 13.多路模拟开关由_______和多路双向模拟开关组成。 14.为了提高检测系统的分辨率，需要对磁栅、容栅等大位移测量传感器输出信号进行_______。 15.若随机信号x(t)、y(t)的均值都为零，当τ→∞时，它们的互相关函数Rxy(τ)=_______。 二、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题 干的括号内。每小题1分，共15 分) 1.对压电式加速度传感器，希望其固有频率( ) A.接近零 B.尽量低些 C.尽量高些 D.任意 2.( )传感器可用于医疗上-50℃～150℃之间的温度测量。

传感器与测试技术复习题与答案

传感器与测试技术习题及答案 1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？ 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？ 4．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。 5. 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。 6．什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？ 7、试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处。 8、 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？ 9、钢材上粘贴的应变片的电阻变化率为0.1%，钢材的应力为10kg/mm 2 。试求 10、如图所示为等强度梁测力系统，1R 为电阻应变片，应变片灵敏度系数 05.2=k ，未受应变时Ω=1201R ，当试件受力F 时，应变片承受平均应变4108-?=ε，求 （1）应变片电阻变化量1R ?和电阻相对变化量11/R R ?。 （2）将电阻应变片置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V ，求电桥 输出电压是多少。 （a ） （b ） 图等强度梁测力系统

11、单臂电桥存在非线性误差，试说明解决方法。 12、某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时，在t=0时，输出为10mV;t →∞时，输出为100mV;在t=5s 时，输出为50mV,试求该传感器的时间常数。 13. 交流电桥的平衡条件是什么？ 14．涡流的形成围和渗透深度与哪些因素有关?被测体对涡流传感器的灵敏度有何影 响? 15．涡流式传感器的主要优点是什么? 16．电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？ 17．某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径)(4mm r =，工作初始极板间距离)(3.00mm =δ，介质为空气。问： （1）如果极板间距离变化量)(1m μδ±=?，电容的变化量C ?是多少？ （2）如果测量电路的灵敏度)(1001pF mV k =，读数仪表的灵敏度52=k （格／mV ）在)(1m μδ±=?时，读数仪表的变化量为多少？ 18．寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度，它的变化为虚假信号影响传感器的精度。试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。 19．简述电容式传感器的优缺点。 20．电容式传感器测量电路的作用是什么？ 21．简述正、逆压电效应。 22．压电材料的主要特性参数有哪些？ 23．简述电压放大器和电荷放大器的优缺点。 24．能否用压电传感器测量静态压力？为什么？ 25．说明霍尔效应的原理？ 26．磁电式传感器与电感式传感器有何不同？ 27．霍尔元件在一定电流的控制下，其霍尔电势与哪些因素有关？ 28．说明热电偶测温的原理及热电偶的基本定律。 29．将一只灵敏度为0.08mv/℃ 的热电偶与毫伏表相连,已知接线端温度为50℃,毫伏表的输出为60 mv, 求热电偶热端的温度为多少? 30．试比较热电阻与热敏电阻的异同。 31．什么是光电效应，依其表现形式如何分类，并予以解释。