201 磁阻传感器特性研究
图1 磁阻效应图2 测量磁电阻实验装置尽管不同的磁阻装置有不同的灵敏度，但其电阻的相对变化率ΔR/ R（与外磁场的关系都是相似的。实验证明，磁阻效应对外加磁场的极性不灵敏，就是正负磁场的相应相同。一般情况下外加磁场较弱时，电阻相对变化率Δ（0）正比于磁感应强度B的二次方；随磁场的加强，ΔR/ R（0）与磁感应强B呈线性函数关系；当外加磁场超过特定值时，ΔR/ R（0）与磁感应强度的响应会趋于饱和。
另外，ΔR/ R（0）对总磁场的方向很灵敏，总磁场为外磁场与内磁场之和，而内磁场与磁阻薄膜的性质和几何形状有关。
图3（a）磁阻效应实验仪面板图
DH4510磁阻效应实验仪由实验仪和测试架两部分组成。实验仪包括双路可调直流恒流源、电流表、数字式磁场强度计（毫特计）和磁阻电压转换测量表（毫伏表）、控制电源等。测试架包括励磁线圈（含电磁铁）、锑化铟（InSb 磁阻传感器、GaAs霍尔传感器、转换继电器及导线等组成。仪器连接如图4
图3（b）磁阻效应测试架图
五、实验内容
在锑化铟磁阻传感器工作电流保持不变的条件下，测量锑化铟磁阻传感器的电阻与磁感应强度的关系。作ΔR/ R（0）与B的关系曲线，并进行曲线拟（实验步骤由学生自己拟定，实验时注意GaAs和InSb传感器工作电流应
图4 磁阻效应接线图
交流励磁信号与磁阻传感器信号构成的李萨如图形
图6 ΔR/ R与B关系曲线
九、思考题
、磁阻效应是怎样产生的？磁阻效应和霍尔效应有何内部联系？
、实验时为何要保持霍尔工作电流和流过磁阻元件的电流不变？
、不同的磁场强度时，磁阻传感器的电阻值与磁感应强度关系有何变化？
、磁阻传感器的电阻值与磁场的极性和方向有何关系？
、你能解释在低频交流磁场激励下，励磁信号和磁阻传感器输出信号构成的李萨如图形如“蝴蝶”的原因吗？
9、砷化镓（GaAs）霍尔传感器
10、锑化铟（InSb）磁阻传感器
11、工作电流切换继电器K1
12、输出信号切换继电器K2
13、继电器K1触点接线柱
14、继电器K2触点接线柱
15、交流励磁信号频率调节
16、控制信号输入端子
仪器装置如下图所示：
13
14
电容式传感器特性实验
实验二：电容传感器性能测试实验 一．实验类型：验证型。 二．学时分配：2学时。 三．实验目的： 1．电容传感器原理及典型应用。 2．掌握用示波器测量振荡频率的方法 四．实验原理： 电容式传感器的基本原理可以从图中来说明。当忽略边缘效应时，其电容C为： C=ε S/δ=εrε0 S/δ 其中： S-极板相对覆盖面积； δ-极板间距离； εr-相对介电常数； ε0-真空介电常数； ε-电容极板间介质的介电常数。 实际应用时，常常仅改变δ、S、ε之中的一个参数使C变化。电容式传感器可以分为三种基本类型：变间距、变面积、变介电常数型。 电容/电压变换器是双T型标准变换电路，功能为将输入两个电容器电容的差值转换为电压信号输出。图中e为一对称方波的高频电压源；C1、C2为差动式传感器的电容；RL为负载电阻；V1，V2为两个二极管；R1，R2为固定电阻。 电路工作原理如下：当电源e为正半周时，V1导通，V2截止，电容C1很快被充电至电压E，电源E经R1以电流I1向负载RL供电。与此同时，电容C2经R2和RL放电，放电电流为I2（t）。流经RL的电流IL（t）的电流是I1（t）和I2（t）之和。当电源e为负半周时，V1截止，V2导通，
此时C2很快被充电至电压E，而流经RL的电流IL′（t）为由E供给的电流I2′和C1的放电电流I1′（t）之和。如果V1与V2的特性相同，且C1=C2，R1=R2=R则流经RL的电流IL（t）和IL′（t）的平均值大小相等，极性相反。因此，在一个周期内流经RL的平均电流为零，RL无输出信号。当C1、C2变化时，在RL产生平均电流不为零，因而有信号输出。 利用电路分析求得在电源E负半周内电路的输出为： I L′（t）=[E/（R+R L）]（1-e-t/τ1） τ1=[R（2R L+R）C1]/（R+R L） 同理，在电源E负半周内电路的输出为： I L（t）=[E/（R+R L）]（1-e-t/τ2） τ2=[R（2R L+R）C2]/（R+R L） 输出电流的平均值IL为：IL=（1/T）∫T0[I L′- I L ]dt IL=E[（R+2R L）/（R+R L）2]Rf（C1-C2-C1e-k1+C2e-k2） 式中：f—电源e的频率； k1—系数，k1=（R+R L）/[2RfC1（R+2R L）]； k2—系数，k2=（R+R L）/[2RfC2（R+2R L）]。 输出电压的平均值UL为： UL=ILR L 适当选择电路中元件的参数以及电源频率f，使IL中指数项误差小于1%，于是得
传感器的主要参数特性
传感器的主要参数特性 传感器的种类繁多，测量参数、用途各异．共性能参数也各不相同。一般产品给出的性能参数主要是静态特性利动态特性。所谓静态特性，是指被测量不随时间变化或变化缓慢情况下，传感器输出值与输入值之间的犬系．一般用数学表达式、特性曲线或表格来表示。动态特性足反映传感器随时间变化的响应特性。红外碳硫仪动恋特性好的传感器，其输出量随时间变化的曲线与被测量随时间变化的曲线相近。一般产品只给出响应时间。 传感器的主要特性参数有： (1)测量范围(量程) 量程是指在正常工种：条件下传感器能够测星的被测量的总范同，通常为上限值与F 限位之差。如某温度传感器的测员范围为零下５０度到+３００度之间。则该传感器的量程为350摄氏度。 (2)灵敏度 传感器的灵敏度是指佑感器在稳态时输出量的变化量与输入量的变化量的比值。通常／d久表示。对于线性传感器，传感器的校准且线的斜率就是只敏度，是一个常量。而非线性传感器的灵敏度则随输入星的不同而变化，在实际应用巾．非线性传感器的灵敏度都是指输入量在一定范围内的近似值。传感器的足敏度越高．俏号处理就越简单。 (3)线性度(非线性误差) 在稳态条件下，传感器的实际输入、输出持件曲线勺理想直线之日的不吻合程度，称为线性度或非线性误差，通常用实际特性曲线与邵想直线之司的最大偏关凸h m2与满量程输出仪2M之比的百分数来表示。该系统的线性度X为 (４)不重复性 z；重复性是指在相同条件下。传感器的输人员技同——方向作全量程多次重复测量，输出曲线的不一致程度。通常用红外碳硫仪3次测量输11j的线之间的最大偏差丛m x与满量程输出值ym之比的百分数表示，1、2、3分别表示3次所得到的输出曲线．它是传感器总误差中的——项。 (5)滞后(迟滞误差) 迟滞现象是传感器正向特性曲线(输入量增大)和反向特性曲线(输入量减小)的不重合程度，通常用yH表示。
大学物理实验-温度传感器实验报告
关于温度传感器特性的实验研究 摘要：温度传感器在人们的生活中有重要应用，是现代社会必不可少的东西。本文通过控制变量法，具体研究了三种温度传感器关于温度的特性，发现NTC电阻随温度升高而减小；PTC电阻随温度升高而增大；但两者的线性性都不好。热电偶的温差电动势关于温度有很好的线性性质。PN节作为常用的测温元件，线性性质也较好。本实验还利用PN节测出了波 尔兹曼常量和禁带宽度，与标准值符合的较好。 关键词：定标转化拟合数学软件 EXPERIMENTAL RESEARCH ON THE NATURE OF TEMPERATURE SENSOR 1.引言 温度是一个历史很长的物理量，为了测量它，人们发明了许多方法。温度传感器通过测温元件将温度转化为电学量进行测量，具有反应时间快、可连续测量等优点，因此有必要对其进行一定的研究。作者对三类测温元件进行了研究，分别得出了电阻率、电动势、正向压降随温度变化的关系。 2.热电阻的特性 2.1实验原理 2.1.1Pt100铂电阻的测温原理 和其他金属一样，铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化,并且具有很好的重现性和稳定性。利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω（即Pt100）。铂电阻温度传感器精度高，应用温度范围广，是中低温区（-200℃～650℃）最常用的一种温度检测器，本实验即采用这种铂电阻作为标准测温器件来定标其他温度传感器的温度特性曲线，为此，首先要对铂电阻本身进行定标。 按IEC751国际标准，铂电阻温度系数TCR定义如下： TCR=(R100-R0)/(R0×100) (1.1) 其中R100和R0分别是100℃和0℃时标准电阻值（R100=138.51Ω，R0=100.00Ω），代入上式可得到Pt100的TCR为0.003851。 Pt100铂电阻的阻值随温度变化的计算公式如下： Rt=R0[1+At+B t2+C(t-100)t3] (-200℃ 1、什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？ 如何用公式表征这些性能指标？ 2、什么是传感器的动态特性？ 其分析方法有哪几种？ 3、什么是传感器的静特性？主要指标有哪些？有何实际意义？ 4、什么是传感器的基本特性?传感器的基本特性主要包括哪两大类？解释其定义并分别列出描述这两大特性的主要指标。(要求每种特性至少列出2种常用指标) 1、 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、输出关系式中不含有时间变量。 传感器的静态特性的性能指标主要有： ① 线性度：非线性误差 max L FS L 100%Y γ?=± ? ② 灵敏度：y n x d S = d ③ 迟滞：max H FS H 100%Y γ?=? ④ 重复性：max R FS R 100%Y γ ?=±? ⑤ 漂移：传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。 2、答：传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析。 知识点：传感器的动态特性 3、答：传感器的静态特性是当其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、各种抗干扰稳定性等。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。通常人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。 知识点：传感器的静态特性 4、答：传感器的基本特性是指传感器的输入-输出关系特性。 传感器的基本特性主要包括静态特性和动态特性。其中，静态特性是指传感器在稳态信号作用下的输入-输出关系，描述指标 有：线性度（非线性误差）、灵敏度、迟滞、重复性和漂移；动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性，主要描述指标有：时间常数、延迟时间、上升时间、峰值时间、响应时间、超调量、幅频特性和相频特性。 1、什么叫应变效应？ 利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。 2、试简要说明电阻应变式传感器的温度误差产生的原因，并说明有哪几种补偿方法。 1、 答：材料的电阻变化由尺寸变化引起的，称为应变效应。 应变式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量的大小。 2、答： 温度误差产生原因包括两方面： 温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变，试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变。 温度补偿方法，基本上分为桥路补偿和应变片自补偿两大类。 3、什么是直流电桥？若按桥臂工作方式不同，可分为哪几种？各自的输出电压如何计算？ 4、为什么应变式传感器大多采用交流不平衡电桥为测量电路？该电桥为什么又都采用半桥和全桥两种方式？ 5、应用应变片进行测量为什么要进行温度补偿？常采用的温度补偿方法有哪几种？ 6、应变式传感器的基本工作原理是什么？ 3、答：桥臂的供电电源是直流电的称为直流电桥。 按桥臂工作方式不同，可分为单臂直流电桥、半桥差动直流电桥、全桥差动直流电桥。 单臂直流电桥输出电压为： 半桥差动直流电桥输出电压为： 全桥差动直流电桥输出电压为： 4、答：由于应变电桥的输出电压很小，一般要加放大器，但直流放大器易产生零漂， 所以应变电桥多采用交流电桥。又由于交流电桥的供电电源是交流，为了消除应变片引线寄生电容的影响，同时也为了满足交流电桥的平衡条件，常采用不平衡电桥测量电路。 交流不平衡电桥采用半桥和全桥的方式是为了消除非线性误差和提高系统灵敏度。 5、答：由于电阻温度系数的影响以及试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响，会给电阻应变片的测量带来误差，因此需要进行温度补偿。 常采用的温度补偿法有电桥补偿法和应变片自补偿法。 6、答：应变式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量的大小。 2、变隙式电感传感器的输出特性与哪些因素有关？ 3、怎样改善变隙式电感传感器非线性？怎样提高其灵敏度？ 4、差动变压器式传感器有几种结构形式？ 各有什么特点？ 5、差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？ 2、答：变隙式电感传感器的输出特性与衔铁的活动位置、供电电源、线圈匝数、铁芯间隙有关。 3、答：为改善变隙式电感传感器的非线性可采用差动结构。 如果变压器的供电电源稳定，则传感器具有稳定的输出特性； 另外，电源幅值的适当提高可以提高灵敏度，但要以变压器铁芯不饱和以及允许温升为条件。增加次级线圈和初级线圈的匝数比值和减小铁芯间隙都能使灵敏度提高。 知识点：变隙式电感传感器 4、答：差动变压器式传感器主要有变隙式差动传感器和螺线管式差动变压器两种结构形式。 差动变压器式传感器根据输出电压的大小和极性可以反映出被测物体位移的大小和方向。 螺线管式差动变压器如采用差动整流电路，可消除零点残余电压，根据输出电压的符号可判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向；如配用相敏检波电路，可判断位移的大小和方向。 5、答：零点残余电压的产生原因：传感器的两次极绕组的电气参数与几何尺寸不对称，导致它们产生的感应电势幅值不等、相位不同，构成了零点残余电压的基波；由于磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和，磁滞），产生了零点残余电压的高次谐波（主要是三次谐波）。 为了减小和消除零点残余电压，可采用差动整流电路。 6、保证相敏检波电路可靠工作的条件是什么？ 6、答：保证相敏检波电路可靠工作的条件是检波器的参考信号u o 的幅 值远大于变压器的输出信号u 的幅值，以便控制四个二极管的导通状态，且u o 和差动变压器式传感器的激励电压共用同一电源。 1、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型？每种类型各有什么特点？各适用于什么场合？ 2、如何改善单极式变极距电容传感器的非线性？ 3、电容式传感器有哪几种类型？ 4、差动结构的电容传感器有什么优点？ 5、电容式传感器主要有哪几种类型的信号调节电路？各有些什么特点？ 6、简述电容式传感器的工作原理与分类。 1、 答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。 变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。 变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比，适合测量线位移和角位移。 变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过介质的改变来实现对被测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介电常数发生改变的场合。 2、答：单极式变极距电容传感器的灵敏度和非线性对极板初始间隙的要求是相反的，要改善其非线性，要求应增大初始间隙，但这样会造成灵敏度的下降，因此通常采用差动结构来改善非线性。 3、答：电容式传感器其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。 4、答：差动结构的电容传感器的优点是灵敏度得到提高，非线性误差大大降低。 5、答：电容式传感器的电容值及电容变化值都十分微小，因此必须借助于信号调节电路才能将其微小的电容值转换成与其成正比的电压、电流或频率，从而实现显示、记录和传输。相应的转换电路有调频电路、运算放大器、二极管双T 型交流电桥、脉冲宽度调制电路等。 调频电路的特点：灵敏度高，可测量0.01μm 级位移变化量；抗干扰能力强；特性稳定；能取得高电平的直流信号（伏特级），易于用数字仪器测量和与计算机通讯。 运算放大器的特点：能够克服变极距型电容式传感器的非线性，使其输出电压与输入位移间存在线性关系。 二极管双T 型交流电桥的特点：线路简单，不须附加相敏整流电路，便可直接得到较高的直流输出电压（因为电源频率f 很高）。 脉冲宽度调制电路的特点：适用于变极板距离和变面积式差动电容传感器，且为线性特性。 6、答：电容式传感器利用了将非电量的变化转换为电容量的变化来实现对物理量的测量。 当被测参数变化引起A 、εr 或d 变化时，将导致电容量C 随之发生变化。在实际使用中，通常保持其中两个参数不变，而只变其中一个参数，把该参数的变化转换成电容量的变化，通过策略电路转换为电量输出。因此，电容式传感器可分为3种：变极板间距离的变极距型、变极板覆盖面积大变面积型和变介质介电常数的变介质型。 8、提高其灵敏度可以采取哪些措施，带来什么后果？ 8.答：要提高灵敏度，应减小初始间隙d 0，但这使得非线性误差增大，即灵敏度和非线性误差对d 0的要求是矛盾的。在实际应用中，为了既提高灵敏度，又减小非线性误差，通常采用岔洞结构。 1、什么叫正压电效应？ 2、什么是逆压电效应？ 3、什么叫纵向压电效应？ E R R n n U o 11 2)1(?+= 1 12R R E U o ?=11R R E U o ?= 光电传感器测转速实验 实 验 指 导 书 简 介 一、本实验装置的设计宗旨： 本实验装置具有设计性、趣味性、开放性和拓展性，实验中大量重复的接线、调试和后续数据处理、分析、可以加深学生对实验仪器构造和原理的理解，有利于培养学生耐心仔细的实验习惯和严谨的实验态度。非常适合大中专院校开设开放性实验。本实验装置采用了性能比较稳定，品质较高的敏感器件，同时采用布局较为合理且十分成熟的电路设计。 二、光电传感器测转速实验实验装置 1．传感器实验台部分 2．九孔实验板接口平台部分：九孔实验板作为开放式和设计性实验的一个桥梁（平台）； 3．JK-19型直流恒压电源部分：提供实验时所必须的电源； 4．处理电路模块部分：差动放大器、电压放大器、调零、增益、移相等模块组成。 三、主要技术参数、性能及说明： （1）光电传感器：由一只红外发射管与接收管组成。 （2）差动放大器：通频带kHz 10~0可接成同相、反相、差动结构，增益为100~1倍的直流放大器。 （3）电压放大器：增益约为5位，同相输入，通频带kHz 10~0。 （4）19JK -型直流恒压电源部分：直流V 15±，主要提供给各芯片电源： V 6 ,V 4 ,V 2±±±分三档输出，提供给实验时的直流激励源；V 12~0：A 1ax Im =作 为电机电源或作其它电源。 光电传感器测转速实验 【实验原理】 如图所示：光电传感器由红外发射二极管、红外接收管、达林顿出管及波形整形组成。 发射管发射红外光经电机转动叶片间隙，接收管接收到反射信号，经放大，波形整形输出方波，再经转换测出其频率，。 图1 【实验目的】 了解光电传感器测转速的基本原理及运用。 【实验仪器】 如图所示，光电式传感器、JK-19型直流恒压电源、示波器、差动放大器、电压放大器、频率计和九孔实验板接口平台。 图2 图3 【实验步骤】 1．先将差动放大器调零，按图1接线； 第3章传感器基本特性 一、单项选择题 1、衡量传感器静态特性的指标不包括（）。 A. 线性度 B. 灵敏度 C. 频域响应 D. 重复性 2、下列指标属于衡量传感器动态特性的评价指标的是（）。 A. 时域响应 B. 线性度 C. 零点漂移 D. 灵敏度 3、一阶传感器输出达到稳态值的50%所需的时间是（）。 A. 延迟时间 B. 上升时间 C. 峰值时间 D. 响应时间 4、一阶传感器输出达到稳态值的90%所需的时间是（）。 A. 延迟时间 B. 上升时间 C. 峰值时间 D. 响应时间 5、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（） A．线性度、灵敏度、阻尼系数 B．幅频特性、相频特性、稳态误差 C．迟滞、重复性、漂移 D．精度、时间常数、重复性 6、传感器的下列指标全部属于动态特性的是（） A．迟滞、灵敏度、阻尼系数 B．幅频特性、相频特性 C．重复性、漂移 D．精度、时间常数、重复性 7、不属于传感器静态特性指标的是（） A．重复性 B．固有频率 C．灵敏度 D．漂移 8、对于传感器的动态特性，下面哪种说法不正确（） A．变面积式的电容传感器可看作零阶系统 B．一阶传感器的截止频率是时间常数的倒数 C．时间常数越大，一阶传感器的频率响应越好 D．提高二阶传感器的固有频率，可减小动态误差和扩大频率响应范围9、属于传感器动态特性指标的是（） A．重复性 B．固有频率 C．灵敏度 D．漂移 10、无论二阶系统的阻尼比如何变化，当它受到的激振力频率等于系统固有频率时，该系统的位移与激振力之间的相位差必为（） A. 0° B.90° C.180° D. 在0°和90°之间反复变化的值 11、传感器的精度表征了给出值与( )相符合的程度。 A.估计值 B.被测值 C.相对值 D.理论值 12、传感器的静态特性，是指当传感器输入、输出不随( )变化时，其输出-输入的特性。 A.时间 B.被测量 C.环境 D.地理位置 13、非线性度是测量装置的输出和输入是否保持( )关系的一种度量。 A.相等 B.相似 C.理想比例 D.近似比例 14、回程误差表明的是在( )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 =秒的一阶系统，当受到突变温度作用后，传感器输15、已知某温度传感器为时间常数τ3 出指示温差的三分之一所需的时间为（）秒 A．3 B．1 C． 1.2 D．1/3 二、多项选择题 1．阶跃输入时表征传感器动态特性的指标有哪些？（） A.上升时间 B.响应时间 C.超调量 D.重复性 2．动态响应可以采取多种方法来描述，以下属于用来描述动态响应的方法是：（） A.精度测试法 B.频率响应函数 C.传递函数 D.脉冲响应函数 3. 传感器静态特性包括许多因素，以下属于静态特性因素的有（）。 A．迟滞 B.重复性 C.线性度 D.灵敏度 4. 传感器静态特性指标表征的重要指标有：（） A.灵敏度 B.非线性度 C.回程误差 D.重复性 5．一般而言，传感器的线性度并不是很理想，这就要求使用一定的线性化方法，以下属于线性化方法的有:（） A.端点线性 B.独立线性 C.自然样条插值 D.最小二乘线性 三、填空题 1、灵敏度是传感器在稳态下对的比值。 2、系统灵敏度越，就越容易受到外界干扰的影响，系统的稳定性就越。 3、是指传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。 4、要实现不失真测量，检测系统的幅频特性应为，相频特性应为。 一、传感器地特性 ()传感器地动态性.动特性是指传感器对随时间变化地输入量地响应特性.动态特性输入信号变化时，输出信号随时间变化而相应地变化，这个过程称为响应.传感器地动态特性是指传感器对随时间变化地输入量地响应特性.动态特性好地传感器，当输入信号是随时间变化地动态信号时，传感器能及时精确地跟踪输入信号，按照输入信号地变化规律输出信号.当传感器输入信号地变化缓慢时，是容易跟踪地，但随着输入信号地变化加快，传感器地及时跟踪性能会逐渐下降.通常要求传感器不仅能精确地显示被测量地大小，而且还能复现被测量随时间变化地规律，这也是传感器地重要特性之一.文档来自于网络搜索()传感器地线性度.通常情况下，传感器地实际静态特性输出是条曲线而非直线.在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度地读数，常用一条拟合直线近似地代表实际地特性曲线、线性度(非线性误差)就是这个近似程度地一个性能指标.拟合直线地选取有多种方法.如将零输入和满量程输出点相连地理论直线作为拟合直线;或将与特性曲线上各点偏差地平方和为最小地理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线.文档来自于网络搜索()传感器地灵敏度.灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△对输入量变化△地比值.它是输出一输入特性曲线地斜率.如果传感器地输出和输入之间显线性关系，则灵敏度是一个常数.否则，它将随输入量地变化而变化.灵敏度地量纲是输出、输入量地量纲之比.例如，某位移传感器，在位移变化时，输出电压变化为,则其灵敏度应表示为.当传感器地输出、输入量地量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数.文档来自于网络搜索()传感器地稳定性.稳定性表示传感器在一个较长地时间内保持其性能参数地能力.理想地情况是不论什么时候，传感器地特性参数都不随时间变化.但实际上，随着时间地推移，大多数传感器地特性会发生改变.这是因为敏感器件或构成传感器地部件，其特性会随时间发生变化，从而影响传感器地稳定性.文档来自于网络搜索 ()传感器地分辨力.分辨力是指传感器可能感受到地被测量地最小变化地能力.也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化.当输入变化值未超过某一数值时，传感器地输出不会发生变化，即传感器对此输入量地变化是分辨不出来地.只有当输入量地变化超过分辨力时，其输出才会发生变化.通常传感器在满量程范围内各点地分辨力并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化地输入量中地最大变化值作为衡量分辨力地指标.上述指标若用满量程地百分比表示，则称为分辨率.文档来自于网络搜索 ()传感器地迟滞性.迟滞特性表征传感器在正向(输入量增大)和反向(输入量减小)行程间输出输入特性曲线不一致地程度，通常用这两条曲线之间地最大差值△与满量程输出·地百分比表示.迟滞可由传感器内部元件存在能量地吸收造成.文档来自于网络搜索()传感器地重复性.重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致地程度.各条特性曲线越靠近，说明重复性越好，随机误差就越小.如图所示为输出特性曲线地重复特性，正行程地最大重复性偏差为.反行程地最大重复性偏差为.取这两个最大偏差中地较大者为,再以其占满量程输出地百分数表示，就是重复误差，即一士×()重复性是反映传感器精密程度地重要指标.同时，重复性地好坏也与许多随机因素有关，它属于随机误差，要用统计规律来确定.文档来自于网络搜索 二、常见地传感器种类 .电阻式传感器 电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样地一种器件.主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件.文档来自于网络搜索 .变频功率传感器 变频功率传感器通过对输入地电压、电流信号进行交流采样，再将采样值通过电缆、光 一、实验目的 1. 了解应变压力传感器的组成、结构及工作参数。 2. 了解非电量的转换及测量方法——电桥法。 3. 掌握非平衡电桥的测量技术。 4. 掌握应变压力传感器灵敏度及物体重量的测量。 5. 了解多个应变压力传感器的线性组成、调整与定标。 二、实验原理 压力传感器是把一种非电量转换成电信号的传感器。弹性体在压力(重量)作用下产生形变(应变)，导致(按电桥方式联接)粘贴于弹性体中的应变片，产生电阻变化的过程。 压力传感器的主要指标是它的最大载重(压力)、灵敏度、输出输入电阻值、工作电压(激励电压)(VIN)、输出电压(VOUT)范围。 压力传感器是由特殊工艺材料制成的弹性体、电阻应变片、温度补偿电路组成；并采用非平衡电桥方式联接，最后密封在弹性体中。 弹性体： 一般由合金材料冶炼制成，加工成S 型、长条形、圆柱型等。为了产生一定弹性，挖空或部分挖空其内部。 电阻应变片： 金属导体的电阻R 与其电阻率ρ、长度L 、截面A 的大小有关。 A L R ρ = （1） 导体在承受机械形变过程中，电阻率、长度、截面都要发生变化，从而导致其电阻变化。 A A L L R R ?- ?+ ?=?ρ ρ （2） 这样就把所承爱的应力转变成应变，进而转换成电阻的变化。因此电阻应变片能将弹性体上应力的变化转换为电阻的变化。 电阻应变片的结构：电阻应变片一般由基底片、敏感栅、引线及履盖片用粘合剂粘合而成。 电阻应变片的结构如图1所示： 1－敏感栅(金属电阻丝) 2－基底片 3－覆盖层 4－引出线 图1 电阻丝应变片结构示意图 敏感栅：是感应弹性应变的敏感部分。敏感栅由直径约0.01～0.05毫米高电阻系数的细丝弯曲成栅状，它实际上是一个电阻元件，是电阻应变片感受构件应变的敏感部分．敏感栅用粘合剂固定在基底片上。b ×l 称为应变片的使用面积（应变片工作宽度，应变片标距（工作基长）l ），应变片的规格一般以使用面积和电阻值来表示，如3×10平方毫米，350欧姆。 基底片：基底将构件上的应变准确地传递到敏感栅上去．因此基底必须做得很薄，一般为0.03～0.06毫米，使它能与试件及敏感栅牢固地粘结在一起，另外它还具有良好的绝缘性、抗潮性和耐热性．基底材料有纸、胶膜和玻璃纤维布等。 引出线的作用是将敏感栅电阻元件与测量电路相连接，一般由0.1-0.2毫米低阻镀锡钢丝制成，并与敏感栅两输出端相焊接，覆盖片起保护作用． 一、选择题 1、回程误差表明的是在（）期间输出——输入特性曲线不重合的程度。( D ) A、多次测量 B、同次测量 C、不同测量 D、正反行程 2、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（） ( C ) A、线性度、灵敏度、阻尼系数 B、幅频特性、相频特性、稳态误差 C、迟滞、重复性、漂移 D、精度、时间常数、重复性 3、（）是采用真空蒸发或真空沉积等方法，将电阻材料在基底上制成一层各种形式敏感栅而形成应变片。这种应变片灵敏系数高，易实现工业化生产，是一种很有前途的新型应变片。 ( D ) A、箔式应变片 B、半导体应变片 C、沉积膜应变片 D、薄膜应变片 4、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 5、金属丝的电阻随着它所受的机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生相应的变化的现象称为金属的（）。 ( B ) A、电阻形变效应 B、电阻应变效应 C、压电效应 D、压阻效应 6、下列说法正确的是（）。 ( D ) A、差动整流电路可以消除零点残余电压，但不能判断衔铁的位置。 B、差动整流电路可以判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向。 C、相敏检波电路可以判断位移的大小，但不能判断位移的方向。 D、相敏检波电路可以判断位移的大小，也可以判断位移的方向。 7、随着人们对各项产品技术含量的要求的不断提高，传感器也朝向智能化方面发展，其中，典型的传感器智能化结构模式是（）。 ( B ) A、传感器+通信技术 B、传感器+微处理器 C、传感器+多媒体技术 D、传感器+计算机 二、判断题 线性测量系统的灵敏度是时间的线性函数。 ( F ) 涡流传感器一般不能用来测量钢板厚度。 ( F ) 电感式传感器根据结构形式可分为自感式和互感式两种。 ( F ) 光生伏特效应属于内光电效应的一种。 ( T ) 引用误差反映了一个检测装置的综合性能指标，用来作为检测仪表的分类标准。( T ) 电涡流传感器可分为高频反射式和低频透射式。 ( T ) 相比于接触式的温度检测方式，红外测温往往相应较快。（T ） 三、如果你是一名工程师，需要为你设计的控制系统选择一款湿度传感器，该如何选择？或者说，需要考虑哪些因素？ 相应湿度传感器的工作原理、应用场合、灵敏度等静态特性、动态特性、价格、体积、安装方式等。 四、利用铂铑－铂(S型)热电偶测量某一锅炉内部温度，冷端暴露在18℃的室内环境中。测得此时的热电势为10.048mv，试问通过热电偶分度表可以计算出锅炉内部温度是多少？ C 传感器动态特性的性能指标 在检测控制系统和科学实验中，需要对各种参数进行检测和控制，而要达到比较优良的控制性能，则必须要求传感器能够感测被测量的变化并且不失真地将其转换为相应的电量，这种要求主要取决于传感器的基本特性。传感器的基本特性主要分为静态特性和动态特性，下面介绍反映传感器动态特性的性能指标。 动态特性是指检测系统的输入为随时间变化的信号时，系统的输出与输入之间的关系。主要动态特性的性能指标有时域单位阶跃响应性能指标和频域频率特性性能指标。传感器的输入信号是随时间变化的动态信号，这时就要求传感器能时刻精确地跟踪输入信号，按照输入信号的变化规律输出信号。当传感器输入信号的变化缓慢时，是容易跟踪的，但随着输入信号的变化加快，传感器随动跟踪性能会逐渐下降。输入信号变化时，引起输出信号也随时间变化，这个过程称为响应。动态特性就是指传感器对于随时间变化的输入信号的响应特性，通常要求传感器不仅能精确地显示被测量的大小，而且还能复现被测量随时间变化的规律，这也是传感器的重要特性之一。 传感器的动态特性与其输入信号的变化形式密切相关，在研究传感器动态特性时，通常是根据不同输入信号的变化规律来考察传感器响应的。实际传感器输入信号随时间变化的形式可能是多种多样的，最常见、最典型的输入信号是阶跃信号和正弦信号。这两种信号在物理上较容易实现，而且也便于求解。 对于阶跃输入信号，传感器的响应称为阶跃响应或瞬态响应，它是指传感器在瞬变的非周期信号作用下的响应特性。这对传感器来说是一种最严峻的状态，如传感器能复现这种信号，那么就能很容易地复现其他种类的输入信号，其动态性能指标也必定会令人满意。 而对于正弦输入信号，则称为频率响应或稳态响应。它是指传感器在振幅稳定不变的正弦信号作用下的响应特性。稳态响应的重要性，在于工程上所遇到的各种非电信号的变化曲线都可以展开成傅里叶(Fourier)级数或进行傅里叶变换，即可以用一系列正弦曲线的叠加来表 压阻式压力传感器的特性测试实验 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标定方法。 二、实验内容 掌握压力传感器的压力计设计。 三、实验仪器 传感器检测技术综合实验台、压力传感器实验模块、压力传感器、导线。 四、实验原理 扩散硅压阻式压力传感器的工作机理是半导体应变片的压阻效应，在半导体受到力变形时会暂时改变晶体结构的对称性，因而改变了半导体的导电机理，使得它的电阻率发生变化，这种物理现象称之为半导体的压阻效应。一般半导体应变采用N型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀扩散出多个半导体电阻应变薄膜（扩散出敏感栅）组成电桥。在压力（压强）作用下弹性元件产生应力，半导体电阻应变薄膜的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，经电桥转换成电压输出，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。图13-1为压阻式压力传感器压力测量实验原理图。 + - 放大单元主台体上电压表 +4V 压阻式压力传感器Vo+ VS+ Vo- Vs- 图13-1 压阻式压力传感器压力测量实验原理 五、实验注意事项 1、严禁将信号源输出对地短接。 2、实验过程中不要带电拔插导线。 3、严禁电源对地短路。 六、实验步骤 1、将引压胶管连接到压力传感器上，其他接线按图13-2进行连接，确认连线无误且打开主台体电源、压力传感器实验模块电源。 电电电电 电电电电电电 Vin Vin Vout GND 电电电电电电±15V 电电 D5 C4++E2 C5 D4D6R29S1C1 R12 R13 R17R16 C2 R1 IC1 R14 R3 R5R4 R6 D1IC4 R7R20 R19 R9 C3 RW1 -15V GND +15V VCC GND Vout-Vout+R8R10 D2 R21电电电电电 D3E1D5R28IC2 IC3 R2 R18RW2 电电电电电电电电 电电电 电 电电 电电 电电电电电电电 R30 R31R21R21 1234567 810K 20K 51K 100K P1 +5V 实验十九 温度传感器特性的研究 随着现代测量、控制和自动化技术的发展，传感器技术越来越受到人们的重视，传感器在各个领域中的作用也日益显著。传感器是将各种非电量(包括物理量、化学量、生物量等)按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量(一般为电量)的装置。传感器的种类很多，有温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器、湿度传感器等。 在各种温度传感器中，把温度转换为电势和电阻的方法最为普遍，本实验首先讨论将温度转换为电势的传感器——热电偶的温度特性，然后讨论将温度转换为电阻的传感器——热电阻的温度特性。 实 验 目 的 （1）掌握补偿法测电动势的基本原理，学会用UJ-31型低电势电位差计测定热电偶的温差电动势。 （2）掌握热电偶温度计的定标以及用热电偶温度计测温的原理。 （3）研究热电阻的温度特性。 （4）掌握非平衡电桥的工作原理，学会用非平衡电桥测量热电阻的阻值。 练习一 热电偶传感器温度与温差电动势关系的测量 一 实 验 原 理 1. 热电偶测温原理 热电偶是利用热电效应制成的温度传感器。热电偶亦称温差电偶，如图1所示。它是由A 、B 两种不同材料的金属丝的端点彼此紧密接触而组成的。 当两个接点处于不同温度时，在回路中就有直流电动势产生，该电动势 称温差电动势或热电动势。当组成热电偶的材料一定时，温差电动势E X 仅与两接点处的温度有关，并且两接点的温差在一定的温度范围内有如 下近似关系式： ()0t t E X -=α (1) 式中α称为温差电系数，对于不同金属组成的热电偶,α是不同的，其数值就等于两接点温度差为1°C 时所产生的电动势。 为了测量温差电动势，就需要在图1的回路中接入测量仪器，本实 验选用的是铜－康铜组成的热电偶（铜－康铜热电偶在低温下使用较为 普遍，测量范围为-200～+200℃）。由于其中有一根金属丝和引线材料一样，都 是铜，因此没有影响热电偶原来的性质，即没有影响它在一定的温差0t t -下应有的电动势X E 值。如图2所示，把铜与康铜的两个焊点一端置于待测温度处（热端），另一端作为冷端（本实验处于室温状态），将铜线截断后与测量仪器相连，这样就组成一个热电偶温度计。只要测得相应的温差电动势，再根据事先校正好的曲线或数据就可求出待测温度。热电偶温度计的优点是热容量小，灵敏度高，反应迅速，测温范围广，还能直接把非电学量温度转换成电学量。因此，在自动测温、自动控温等系统中得到广泛应用。 2. 补偿法原理 补偿法是一种准确测量电动势（电压）的有效方法。如图3所示， 设0E 为一连续可调的标准电源电动势（电压），而E X 为待测电动势，调节0E 使检流计G 示零（即回路电流0=I ），则X E E =0。上述过程的实质是，不断地用已知标准电动势（电压）与待测的电动势（电压）进行比较，当检流计指示电路中的电流为零时，电路达到平衡补偿状 态，此时被测电动势与标准电动势相等，这种方法称为补偿法。这和用一把标准的米尺来与被测物体（长度）进行比较，测出其长度的基本思想一样。但其比较判别的手段有所不同，补偿法用示值为零来判定。 但电动势连续可调的标准电源很难找到，那么怎样才能简单地获 得连续可调的标准电动势（电压）呢？简单的设想是：让一阻值连续 可调的标准电阻上流过一恒定的工作电流，则该电阻两端的电压便可 作为连续可调的标准电动势。 P R X E N E 0 压力传感器的基本特性测量及电子秤的设计 一、实验目的 1．了解金属箔式应变片的应变效应和性能，单臂单桥的工作原理和工作情况。 2．测量应变式传感器的压力特性，计算其灵敏度。 3．测量应变式传感器的电压特性，作出输出电压与工作电压的关系特性图。 4．根据应变式传感器的压力特性设计一个电子秤。 三、实验仪器 YJ-WLT-I物理综合实验平台、压力传感器实验装置、电桥模块与差动放大器（含调零模块）一起提供线路板、万用表、标准砝码等。 四、实验原理 金属导体的电阻随其所受机械形变（伸长或缩短）的大小而发生变化，其原因是导体的电阻与材料的电阻率以及它的几何尺寸（长度和截面）有关。由于导体在承受机械形变过程中，其电阻率、长度和截面积都要发生变化，从而导致其电阻发生变化，因此电阻应变片能将机械构件上应力的变化转换为电阻的变化。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／R=Kε（1） 式中△R／R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=△ L／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。 要由双孔平衡梁和粘贴在梁上的电阻应变片 R1—R4组成，电阻应变片一般由敏感栅、基底、 粘合剂、引线、盖片等组成。应变片的规格一 般以使用面积和电阻值来表示，如 “3×10mm2，350Ω”。 敏感栅由直径约0.01mm--0.05mm高电阻 系数的细丝弯曲成栅状，它实际上是一个电阻 元件，是电阻应变片感受构件应变的敏感部分。 敏感栅用粘合剂将其固定在基片上.基底应保证将构件上的应变准确地传送到敏感栅 上去，故基底必须做得很薄（一般为0.03mm--0.06mm），使它能与试件及敏感栅牢固 地粘结在一起；另外，它还应有良好的绝缘性、抗潮性和耐热性.基底材料有纸、胶膜 设计性实验 实验四十一温度传感器特性研究 【实验目的】 1、了解热敏电阻（NTC）的温度特性及其测温原理。 2、掌握用非平衡电桥测量电压信号的原理，了解其应用。 【实验仪器与器材】 九孔板，DH-VC1直流恒压源恒流源，DH-SJ5型温度传感器实验装置，数字万用表，电阻箱。【提示与要求】 温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。测温传感器就是将温度信息转换成易于传递和处理的电信号的传感器。热电阻式传感器是利用导电物体的电阻率随温度而变化的效应制成的传感器。热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。它分为金属热电阻和半导体热电阻两大类。常用的热电阻有铂热电阻、热敏电阻和铜热电阻。 1、Pt100铂电阻的的测温原理 金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化,并且具有很好的重现性和稳定性，利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω，电阻变化率为0.3851Ω/℃。铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（-200～650℃）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计（涵盖国家和世界基准温度）供计量和校准使用。 按IEC751国际标准，温度系数TCR=0.003851，Pt100（R0=100Ω）、Pt1000（R0=1000Ω）为统一设计型铂电阻。 TCR=(R100-R0)/(R0×100) （1）100℃时标准电阻值R100=138.51Ω。100℃时标准电阻值R1000=1385.1Ω。 Pt100铂电阻的阻值随温度变化而变化计算公式： -200传感器简答
传感器实验参考资料解析
传感器与检测技术第3章 传感器基本特性参考答案
传感器的种类及特性分析
压力传感器(大学物理)
传感器作业(含答案)
传感器动态特性的性能指标
压阻式压力传感器的特性测试实验
实验五十五 温度传感器特性的研究
压力传感器的基本特性测量及电子秤的设计
实验41 温度传感器特性研究---讲义