我国封隔器技术的发展与应用

专题综述

我国封隔器技术的发展与应用*

张立新沈泽俊李益良张国文高向前

(中国石油勘探开发研究院)

摘要对国产封隔器产品及技术进行了综述,包括一般封隔器和金属封隔器。归纳了封隔器性能试验及监测设备,总结了封隔器作业工艺参数计算和相关产品组件的数值模拟工作,列举了封隔器常见问题及解决方法,最后提出封隔器产品开发和应用的8项建议。

关键词封隔器密封深井数值模拟

引言

封隔器是油田钻采工艺中重要的井下工具之一。封隔器按传统分类包括:支撑式、卡瓦式、皮碗式、水力扩张式、水力压缩式、水力自封式、水力密封式和悬挂式等8种系列和多个种类,均以橡胶筒作为密封件,存在技术缺陷。金属密封封隔器的研制成功,使封隔器产品扩大到9种系列。

我国封隔器分类及型号标准:第1位字母代表分类方式(Z自封、Y压缩、X楔入、K扩张)。第1位数字代表支持方式(1尾管、2单向卡瓦、3无卡瓦、4双向卡瓦、5锚定);第2位数字代表坐封方式(1提放管柱、2转管柱、3自封、4液压、5下工具);第3位数字代表解封方式(1提放管柱、2转管柱、3钻铣、4液压、5下工具)。很多油田和制造厂的封隔器产品另有命名方法,导致标准化工作混乱。由于油田老化,为保证稳产,二次采油及三次采油对封隔器的性能要求更苛刻;与深井、超深井、水平井及分支井作业相匹配的封隔器严重缺乏。因此有必要系统总结现有封隔器技术及产品,加大新材料研发力度,开展新的坐封方式和作业工艺研究,为油田开发提供有力支持。

国产封隔器技术综述

11一般封隔器产品及配套工具

压缩式封隔器是主流产品,卡瓦式其次。目前应用的主要封隔器产品系列包括:Y111、Y211、Y221、Y241、Y341、Y342、Y344、Y441、Y442、Y443、Y445、Y541、K331、K341、K344等。在以上产品基础上的变形产品较多,通过调整一些细小结构,以适应不同的工况要求,如压裂、正洗井、反洗井、小直径堵水、注汽热采、逐级解封、免释放可洗井、可取可钻等,其中Y341的变形产品最多。对浅井及较好的工况,封隔器多采用单向卡瓦或无卡瓦,解封方式也多为机械式,即提放管柱或旋转管柱;工况恶劣井和大井径往往采取双向卡瓦,甚至是锚定,由于作业难度增加,解封方式倾向于液压、钻铣等方式。

使用封隔器的工艺管柱包括层位封堵工艺管柱、分层注水工艺管柱(井下定量分注、轮流注水管柱、油管分注技术、可反洗井注水管柱、可保护套管多次正反洗井的深井超深井污水回注管柱等)、酸化压裂及分层压裂工艺管柱、分层换层采油工艺管柱、油井测试工艺管柱等[1~6]。

在钻完井、修井等作业中,与封隔器配套的其他工具大多数已经固定,如水力锚、配水器、喷砂器、换层开关等,但随着工艺需要的多样化,更多工具被加入到封隔器管串中,提高其封隔效果和可靠性。黄煜鹏等设计了启动器,通过投球憋压启动封隔器[7]。刘海玲设计了小直径丢手接头、小直径偏心开关等配合封隔器组成小直径丢手堵水工艺管柱[8]。童广岩等针对分层注水井中因洗井、停注及压力波动等原因造成封隔器蠕动,研制了蠕动消除器,消除器有平衡伸缩机构,目前很多封隔器

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石油机械

CH I NA PETROLEUM MACH I NERY2007年第35卷第8期

*基金项目:中石油股份公司科研项目/采油采气新装置的研究与应用0。

采用此结构,类似设计亦可见于覃方国等人的工作等[9]。游兴友等研制了防顶锚定器[10],与伸缩补偿器和压缩式封隔器配套使用,能有效地避免因封隔器压缩坐封造成的泵上部油管弯曲。施必华等研制了坐封载荷控制器,实现了坐封载荷的精确控制。

21金属封隔器

以橡胶为密封元件,其耐油、耐高温、耐磨蚀性能差;同时封隔器结构较复杂,导致内通径较小,影响后续分层开采工艺措施的实施;可钻式封隔器的使用寿命长,但内通径较小,且必须采用钻铣的方法才能解封。国外率先提出了金属封隔器的概念,国内也在近年得以工业应用。金属密封封隔器包括2种:易熔金属密封封隔器和超弹性金属密封封隔器。

大庆油田采油工程研究院开展了金属密封体的研制工作,用N i T i超弹性合金作为密封件,此合金具有很好的抗腐蚀性和较长的使用寿命,金属间的过盈密封方式增加了内通径。N i T i超弹性合金材料在38~70e温度下其恢复情况极为理想,超弹性合金丝在卸载后,恢复到原来的尺寸,恢复率达100%,但必须保证形变在合金的弹性变形范围内,即弹性变形<8%。设计试样试验和数值模拟对比表明,金属密封体的结构对其密封和悬挂性能有很大影响。室内试验达到密封承压35M Pa、悬挂力200kN、解封力180kN,基本满足现场需要。室内试验中测得金属封隔器坐封时坐封力与坐封距的关系曲线[11~13]。还有人认为可将稀土防腐技术和纳米材料列入金属封隔器开发研究的方向。

31封隔器性能试验及监测设备

封隔器性能影响着压裂、试油、分层注水等作业效果,因此其测试是一个重要技术环节。大庆油田采油一厂开展了封隔器性能检测地面简易装置的研制工作,可最大限度地在地面模拟井下封隔器工作状态,可以完成中心管加压、油套环空加上压、加下压检测封隔器密封性及反洗井压力、排量的测试[14]。针对密封性检查结果准确性差的缺点,周学文等提出应用压力计、流量计组合检测封隔器密封性的方法。

中原油田针对橡胶材料随温度的上升其力学性能,如抗张强度、弹性延伸率大幅下降等情况,研制了高温性能试验系统。油浸试验系统主要由油浸试验井、试验系统流程、自动化监控及配套设施4部分组成,可模拟井下封隔器工作状态[15]。大庆油田针对目前封隔器检测连续性差、人员劳动强度大、手动调节高压阀门存在严重安全隐患等缺陷,研制了封隔器自动检测装置,实现了自动加温、加压、稳压、泄压等功能。

张晶等人针对卡瓦封隔器工作过程及其引起的套管变形,把应变片布置在卡瓦工作位置的套管外壁,可直接测得套管变形,而且采用动态应变测量、计算机数据采集和处理系统。结果表明,卡瓦嵌入使套管局部发生塑性变形,其程度已进入材料的硬化阶段初期;上、下卡瓦的载荷偏差较大,应将卡瓦与密封段反向组装,以减少卡瓦对套管的不利影响[16]。

王海兰等对胶筒硫化橡胶的标准试样在不同压力和不同温度条件下的性能进行试验,获取应力-应变关系曲线及橡胶的压缩模量、杨氏模量等数值,为分析封隔器的工作性能提供基本依据。李化甫等研制了封隔器圆度、同轴度检测装置[17]。大庆油田采油工程研究院设计了可准确测量不同型号的扩张式胶筒偏心距实验装置。

到目前为止,针对封隔器反复作业的特点,还没有对其循环载荷下的表现进行实验研究,相应的加载和监测设备也不到位。

41封隔器作业工艺参数计算和数值模拟

王守芳等分析了管柱及带封隔器管柱在充满流体的铅直井中的受力、变形;推导出管柱在井中自重伸长的简化计算式,上提加压式封隔器坐封高度及通常情况下坐封高度的简化计算式[18]。田红政综合考虑了温度、压力、自重以及浮力的共同作用,这些作用分别对管柱长度所产生的影响可通过相关公式精确计算,考虑了上述各形变量所配备的入井坐封管柱可以在井筒任何位置精确坐封。类似分析亦可见于王隆慧等的工作[19]。

周先军等较早利用ANSYS对封隔器胶筒的接触应力进行数值模拟计算,得到了接触应力沿胶筒轴向分布情况;后续工作对3种压缩式封隔器胶筒与套管内壁接触压力大小和分布规律进行了分析计算,并对结构性能进行了比较。杨秀娟等认为上胶筒与套管的接触压力最小,中胶筒和下胶筒的接触压力依次增大,整体分布呈二次曲线形式;结果表明,摩擦因数变化对封隔器胶筒的接触压力有明显影响,为胶筒的优化设计提供了一定依据[20,21]。

卡瓦与套管间的咬合力分布决定了封隔器的使用效果。咬合力分布是否合理,将直接关系到套管的损伤程度及卡瓦的寿命。李桐等对封隔器卡瓦与套管之间的咬合受力情况进行了研究,得到了卡瓦内部应力、应变分布规律,发现了卡瓦各齿受力不

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2007年第35卷第8期张立新等:我国封隔器技术的发展与应用

均匀情况和对卡瓦失效产生的重要影响;伍开松等人的研究工作也得出类似结果。阚淑华讨论了分层压裂时封隔器所受的各种载荷,得出支撑卡瓦安全工作的最大压力。王迪等人的研究工作中采用三维光弹实验,与数值实验的结果做了对比[22,23]。

51封隔器常见问题及解决方法

封隔器常见问题可归纳为:1随着井下工作时间的延长,封隔器密封件不断老化损坏,造成封隔器不密封;o套管弯曲变形、腐蚀,长时间注水开发,一部分注水井的套管发生弯曲变形、腐蚀现象,造成封隔器不密封;?封隔器卡封位置不准确;?封隔器无法解封[24]。

现场实践表明封隔器失效的诱因为:1管柱抽汲蠕动的影响,导致卡瓦位置滑动,封隔器胶皮失效,生产中则表现为油井生产一段时间后含水上升。o经多次作业坐封,套管易受到损伤,卡封使局部套管内径变大,形状不规则,当封隔器胶皮胀开后胶皮与套管之间存在间隙,不能有效地封堵油套环空。易湘粤等分析了虎克定律效应、压力效应、螺旋弯曲效应及温度效应,认为是综合作用导致了分层注水管柱的伸长和缩短,造成封隔器在井下移位,使封隔器密封失效,甚至造成封隔器自动解封。防止分注井封隔器失效的对策:1加管柱补偿器;o加水井双向油管锚;?加水力锚;?在深斜井中加强力扶正器。防止封隔器胶筒受力不均,密封不严,胶筒所受载荷变为非轴对称,加剧了胶筒应力集中,导致胶筒破坏失效。

针对胶筒失效给出的防治措施包括:使用耐温、耐压、抗剪切性能好的橡胶材料,并且采用特殊的防凸保护和肩部保护装置等。尤长国等对封隔器部件损坏造成的不坐封原因进行了分析。

可以发现,在封隔器使用过程中出现的问题并不单纯是封隔器本身可靠性的问题。封隔器作为作业管串的一个关键组成部分,很大程度上受其他锚定、支撑、伸缩组件的影响;油套管的情况也是影响封隔效果的重要因素,油井管历史数据、封隔前期准备工作非常重要;实际应用中不应该将此问题孤立化而过分强调封隔器自身组件的可靠性。

对封隔器产品研发的建议

封隔器作为重要工具,本身价值不高,但和其他工具的组合价值高,且对施工至关重要,油田各设计及生产单位应予以充分重视。应在以下方面予以加强:

(1)加强深井封隔器的研究;

(2)把封隔器设计工作精细化,应用先进设计方法、制造技术,把对封隔器单一部件、组件的关注转移到系统部件的配合使用效果上;

(3)扩大封隔器常规测试标准手册中所包含的项目;

(4)加强对各类封隔器适用范围的研究,简化选型方法,做好使用前的设备测试、井况数据收集和保存工作;

(5)目前封隔器使用数据分散,小改小修过于频繁,应加大原理性的研究工作;

(6)油田设计部门的图纸资源和设计人员匮乏,而下游生产厂由于远离现场工艺,且人员素质存在一定问题,其改进设计的速度和质量往往不能保证生产需求。因此油田各单位应该保证对封隔器最新设计技术的控制;

(7)应进一步做好封隔器产品和配套工具的标准化工作,改变目前油田使用产品过于烦杂,型号编制混乱的局面;

(8)有必要启动数据库工作,通过中石油系统内的产品和设计资源共享,合力使封隔器研发满足甚至超前于目前应用需求。

参考文献

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2徐子彬,马永本,任国亮等1同心双管双封隔器冲砂管柱的研制与应用1石油机械,2004,32(11):49~50 3郎学军,李兴应,刘通义等1双封隔器分层压裂工艺技术研究与应用1钻采工艺,2004,27(3):45~47

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7黄煜鹏1深井压裂酸化封隔器研制与应用1钻采工艺, 2005,28(6):72~73

8刘海玲1小直径丢手堵水工艺管柱1石油钻采工艺, 2003,25(4):73~75

9童广岩,杨清荣,李原记等1封隔器蠕动消除器的研制与应用1石油机械,2001,29(8):44~45

10游兴友,高飞,孟庆民等1防顶锚定器的研制与应用1石油机械,2003,31(5):33~35

11刘合,黄建鑫,王秀喜等1一种超弹性合金密封体

(下转第74页)

(3)电缆支架采用2块互相平行的窄长形钢板,纵向焊接到外管的外表面上,对井下电缆起到固定和保护作用。

(4)扶正块是纵向焊接到外管外表面上的数块小钢板,其作用是防止防护器严重偏向套管内壁的某一方向。

31工作原理

如图1所示,该防护器下接头的下端与电动潜油泵连接,上接头上端与油管连接。当电动潜油泵工作时,井下油液经过其下接头的内腔和内管的内腔向上,靠油液流动的推力,向上顶起沉砂单向阀的阀球,油液再经过球罩上的若干槽缝流入外管并继续向上,然后经过上接头进入油管。当电动潜油泵停止工作时,油液呈静止状态,失去向上的推力,阀球靠其自重降落到球座的上端口处,对上方的油液起反向封堵作用。此时,上方油管内油液中含有的砂粒,就沿着球罩的外表面,逐渐沉降到沉砂环腔中,而不再直接沉降到电动潜油泵内,所以能使防护器下方的电动潜油泵免受砂害。

应用效果

该防护器已在胜利油田10多口油井及各种规格的电动潜油泵上初步试用,效果很好。电动潜油泵的使用寿命至少可延长1倍,每年停产修泵次数大大减少,砂卡事故几乎不再发生,油井产量进一步提高。电动潜油泵使用寿命的延长,可以节省设备投资;停产修泵次数减少,不但可以节省维修费用,而且可以增加油井生产时间,使油井多产原油;防止了砂卡事故,就可以避免更为严重的各种损失。因此,经济效益和社会效益非常显著。

结论

(1)油井电动潜油泵沉砂防护器整体结构简单,加工制造成本低于同类产品;

(2)该防护器装拆非常方便,使用寿命较长,不需要维护检修;

(3)该防护器适用范围广,目前所有国产电动潜油泵均可应用,可作为系列产品,其长度和内、外管直径等技术参数按要求而定;

(4)该防护器较好地解决了油井电动潜油泵防砂保护问题,具有良好的推广应用前景。

第一作者简介:陈颜新,工程师,生于1969年,1991年毕业于天津大学电力系统自动化专业,现主要从事供配技术和安全管理工作。地址:(257094)山东省东营市。电话:(0546)8821774。E-m a i:l yjcw f102@163.co m。

收稿日期:2007-04-30

(本文编辑李学富)

(上接第60页)

的实验研究1实验力学,2004,19(2):144~148

12胡玉志,刘克勇,王黎阳等1?90mm金属封隔器的研制1河南石油,2005,19(2):66~67

13王黎阳1金属封隔器的研究1新疆石油科技,2004,14

(2):45~47

14崔万军1水井封隔器性能检测地面简易装置研制1油气田地面工程,2002,21(6):132

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19王隆慧,李洪春,刘汝福等1高压注水井套管保护管柱受力分析探讨1石油矿场机械,2004,33(增刊):

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20周先军,平利,季公明等1封隔器胶筒接触应力分布有限元计算1钻采工艺,2002,25(4):51~52

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22王迪,何世平,张熹等1封隔器卡瓦接触应力研究1实验力学,2006,21(3):351~356

23伍开松,谢斌,杨新克等1封隔器卡瓦的三维接触有限元分析1石油矿场机械,2005,34(6):47~49 24曹来庆,刘华,郝建荥等1封隔器失效原因1油气田地面工程,2003,22(7):81

第一作者简介:张立新,生于1976年,现在中国石油勘探开发研究院采油采气装备所从事博士后研究工作。地址:(100083)北京市海淀区。电话:(010)62098994。

收稿日期:2007-04-10

(本文编辑王志权)

T he pheno m enon o f sand bury i ng packe r o ften occurs in sand-producing w e l,l resulti ng i n fluid unab l e to flo w i nto the tub i ng.Therefo re,the packer f o r sand-up prev enti on is deve-l oped.T he packe r is m ainly composed of upper adapter,upper o -ring,sand-l eading adapte r,i nner tub i ng,packer and thread -s w itchi ng adapter.It has fl u i d-enter i ng channel and sand-si nk i ng channel w i th re liab le operation and easy processi ng,as-se m bli ng and m a i nta i n i ng.T he sand be t w een t he casi ng and tub-i ng,after si nk i ng,falls down t hrough the sand-l eading adap ter under the acti on o f sand-lead i ng tub i ng,and t hen enters i nto the sand-si nk i ng channel of t he sand-sink i ng adapte r from the annulus be t w een t he i nner tub i ng and the packer.T he fie l d test in79w ell s i ndicates that this ki nd o f packer has a su itab l e de-si gn and cred i ble w ork.Its'easy t o be processed,asse mb led and m a i nta i ned and it can be used w i de l y.

K ey w ords:an ti-sand packer,desi gn feature,separate-layer producti on

W u D akang(School of Petrole u m En g i neering,Yangtze Univer-sity,Jingzhou C it y,H ubei Provi nce),W ang Changni ng,L i Q i an-chun.Study and app licati on o f repa iri ng the casi ng-da maged well by usi ng expandab l e t ube.CP M,2007,35(8):41~43 W ith the o ilfields enter i ng i nto the m i dd l e and later stages of develop m ent,the casing-damaged w ells i ncrease g reatly.T he current comm on casi ng patch techno logy cannot mee t the de m and o f l a rge i nterva l repair.T here f o re,the cas i ng patch techno logy by usi ng expandab l e t ube i s put f o r w ard t o so l v e the proble m s such as com plex operati on,m any opera ti ng sequences and the g reat var i a ti on o f bo reho le i nner dia m eter afte r repa iri ng.T he patch pri nc i p l e i s presen ted and the fi e l d app licati on in we llW11 -261i s i ntroduced.T he i n-sit u appli cation i ndicates that the ne w techno l ogy not on l y overcom es the shortco m i ngs o f prev ious techno log ies,but a l so features si m p l e operation,per m anent sea-l i ng a fter repa iri ng and s m a ll var i a ti on of boreho l e size.It sho w s w i despread applicati on prospect.

K ey w ords:expandab le tube,cas i ng patch,casing-da m-aged w e ll

Dou Y i hua(X i'a n Shi y ou University,X i'an),Zhang F ux-iang,W ang Zu w en,e t a.l D evelop m ent and app licati on o fm eas-ure m en t syste m for m easuring loads on downho le tubular str i ng duri ng we ll testi ng.CPM,2007,35(8):44~47

T o m easure the l oads on downho l e tubular stri ngs dur i ng w e ll testi ng to verify t he accuracy o f theo re tica l research and ca-l culations,a spec i a l m easurement system i s i nitiati ve l y deve-l oped.The m easure m ent sy stem consists o f subsurface sub and surface compu ter syste m of da ta setti ng,data acqu i s ition and da-ta dispos iti on.The subsur face s ub,connected to testi ng tub i ng, consists of outer casing and i nner cy li nder.T he ax i a l load,i nner

pressure and torque can be derived fro m the stra i n gauges a l ong hoop d i recti on,ax i a l d irection and45b d irec ti on i n the i nne r cy-l inder.The stra i ns are acqu i red,disposed and con tro ll ed by d i g-ita l e lectron ic e l ements and a m icro computer.A fte r w e ll testi ng is fi n i shed and the subsurface sub is unconnec ted from tubu lar stri ng,the stra i ns stored in the m i crocom puter are trans m itted to surface computer syste m.T he m easure m ent syste m i s used i n20 w e lls.A nd,t he ax ia l l oads on tubu lar str i ng s under seve ra l t hou-sands me ters are acquired.

K ey wo rds:we ll testi ng,downho l e tubular str i ng,l oad m easurem ent syste m,i n-s it u exper i m ent

Zhang L i x i n(Research Institute of P etroleu m Exp lorati on and D evelopm ent,P etroChina,Beijing),Shen Z ejun,L i Y ili ang,et

a.l D eve lop m ent and applica tion o f homem ade packe rs.CP M,

2007,35(8):58~60,74

In t h i s paper,t he ho m emade packer products a re rev ie w ed togethe r w it h other comp l ete too ls.The new ly i nv ented m eta l packers are a lso addressed.The pe rf o r m ance test and m on itor i ng dev i ces o f packers are su mm arized.Theoretica l ana l yses and nu-m erica l si m u l a ti ons about the m echanical behaviors o f parts in packers a re a lso listed.A s t o the fa il ures i n app licati on,t he so-luti ons w i de l y used are listed.Suggesti ons a re g iven for t he fur-ther R&D of packer products.

K ey wo rds:packers,seali ng,deep w e l,l nu m er i ca l si m u l a-ti on

Cao Jiali n(X iany ang Petroleum Steel T ube&W ire Rope Co.,L t d.,X iany ang Cit y,Shaanx i P rov i nce).Eva l uati on on the va rieti es and structures o f w ire rope used on heavy-duty dr illi ng r i g.CPM,2007,35(8):61~64

T he life ti m e o f drilling w ire rope on site is deter m i ned on, besi des the ir bu ilt-i n qua lity and t he ir co rrect use m ethod,the se l ection o f t he ir structure.In recent20years,the w ire rope structure o f6@19Sea le I WR C has been cho sen as t he m ain structure o f w ire rope on site.Bu t w ith the deve lop m ent o f o il and gas i ndustry,after m ore and m ore heavy-duty drilling r i gs are pu t i nto use,so m e defects are f ound i n the Seale type w ire rope.T his paper analyzes the presen t use status of drilling w ire ropes a t ho m e and abroad.A ccordi ng to the trend o f the recent w ire rope develop m ent and Ch i nese w ire rope manu f ac t ur i ng l ev-e,l i t i s put forwa rd t hat t he heavy-duty drilli ng ri g s shall be e-qu i pped and/or se lec ted w ith mu lti-w ires struct ure,and acti ve-ly be tr i ed to use the ne w co m pac ted strand cush i oned co re rope, and step by step se lecti ng6@19(a)c l assifi ca tion o f compacted strand cush i oned co re rope i nstead of the presentw ire rope struc-ture o f6@19Sea l e I W RC.

K ey w ords:heavy-duty drilling r i g,drilling w ire rope, compacted strand cus h i oned core rope,structure

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传感器技术与应用第3版习题答案

《传感器技术与应用第3版》习题参考答案 习题1 1.什么叫传感器？它由哪几部分组成？ 答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器通常由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。 2. 传感器在自动测控系统中起什么作用？ 答：自动检测和自动控制技术是人们对事物的规律定性了解、定量分析预期效果所从事的一系列技术措施。自动测控系统是完成这一系列技术措施之一的装置。一个完整的自动测控系统，一般由传感器、测量电路、显示记录装置或调节执行装置、电源四部分组成。传感器的作用是对通常是非电量的原始信息进行精确可靠的捕获和转换为电量，提供给测量电路处理。 3. 传感器分类有哪几种？各有什么优、缺点？ 答：传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测输入量来分，如温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等；另一种是按传感器的工作原理来分，如电学式传感器、磁学式传感器、光电式传感器、电势型传感器、电荷传感器、半导体传感器、谐振式传感器、电化学式传感器等。还有按能量的关系分类，即将传感器分为有源传感器和无源传感器；按输出信号的性质分类，即将传感器分为模拟式传感器和数字式传感器。 按被测输入量分类的优点是比较明确地表达了传感器的用途，便于使用者根据其用途选用；缺点是没有区分每种传感器在转换机理上有何共性和差异，不便使用者掌握其基本原理及分析方法。 按工作原理分类的优点是对传感器的工作原理比较清楚，有利于专业人员对传感器的深入研究分析；缺点是不便于使用者根据用途选用。 4. 什么是传感器的静态特性？它由哪些技术指标描述？ 答：传感器测量静态量时表现的输入、输出量的对应关系为静态特性。它有线性度、灵敏度、重复性、迟滞现象、分辨力、稳定性、漂移等技术指标。 5. 为什么传感器要有良好的动态特性？什么是阶跃响应法和频率响应法？ 答：在动态（快速变化）的输入信号情况下，要求传感器能迅速准确地响应和再现被测信号的变化。因此，需要传感器具有良好的动态特性。 测试和检验传感器的动态特性有瞬态响应法和频率响应法。阶跃响应法即瞬态响应法，是给传感器输入一个单位阶跃函数的被测量，测量其输出特性。动态特性优良的传感器的输出特性应该上升沿陡，顶部平直。 频率响应法是给传感器输入各种频率不同而幅值相同，初相位为零的正弦函数的被测量，测量其输出的正弦函数输出量的幅值和相位与频率的关系。动态特性优良的传感器，输出的正弦函数输出量的幅值对于各频率是相同的，相位与各频率成线性关系。

(完整版)传感器的目前现状与发展趋势综述

传感器的目前现状与发展趋势 吴伟 1106032008 材控2班 摘要：传感器是高度自动化系统乃至现代尖端技术必不可少的一个关键组成部分。传感器技术是世界各国竞相发展的高新技术，也是进入21 世纪以来优先发展的十大顶尖技术之一。传感器技术所涉及的知识领域非常广泛，其研究和发展也越来越多地和其他学科技术的发展紧密联系。本文首先介绍了传感器的基本知识和传感器技术的发展历史。之后，综述了近几年高端前沿的光电传感器技术和生物传感器技术的主要研究状况。最后，展望了现代传感器技术的发展和应用前景。 关键词：传感器技术；传感器；研究现状；趋势 引言 当今社会的发展，是信息化社会的发展。在信息时代，人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理。而传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段，是现代科学的中枢神经系统。它是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置的总称。传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的电信号。如果把计算机比喻为处理和识别信息的“大脑”，把通信系统比喻为传递信息的“神经系统”，那么传感器就是感知和获取信息的“感觉器官”。 传感器技术是现代科技的前沿技术，发展迅猛，同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱，许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置。现代传感器技术具有巨大的应用潜力，拥有广泛的开发空间，发展前景十分广阔。 1 传感器的基本知识

1.1 传感器的定义和组成 广义地说，传感器是指将被测量转化为可感知或定量认识的信号的传感器。从狭义方面讲，感受被测量，并按一定规律将其转化为同种或别种性质的输出信号的装置。传感器一般由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源四部分组成，其中敏感元件和转换元件可能合二为一，而有的传感器不需要辅助电源。 1.2 传感器技术的基本特性 在测试过程中，要求传感器能感受到被测量的变化并将其不失真地转换成容易测量的量。被测量有两种形式：一种是稳定的，称为静态信号；一种是随着时间变化的，称为动态信号。由于输入量的状态不同，传感器的输入特性也不同，因此，传感器的基本特性一般用静态特性和动态特性来描述。衡量传感器的静态特性指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率和漂移等。影响传感器的动态特性主要是传感器的固有因素，如温度传感器的热惯性等，动态特性还与传感器输入量的变化形式有关。 2 传感器技术的发展历史与回顾 传感器技术是在20世纪的中期才刚刚问世的。在那时，与计算机技术和数字控制技术相比，传感技术的发展都落后于它们，不少先进的成果仍停留在实验研究阶段，并没有投入到实际生产与广泛应用中，转化率比较低。在国外，传感器技术主要是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的，并在早期多用于国家级项目的科研研发以及各国军事技术、航空航天领域的试验研究。然而，随着各国机械工业、电子、计算机、自动化等相关信息化产业的迅猛发展，以日本和欧美等西方国家为代表的传感器研发及其相关技术产业的发展已在国际市场中逐步占有了重要的份额。 我国从20世纪60年代开始传感技术的研究与开发，经过从“六五”到“九五”的国家攻关，在传感器研究开发、设计、制造、可靠性改进等方面获得长足的进步，初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系，并在数控机床攻关中取得了一批可喜的、为世界瞩目的发明专利与工况监控系统或仪器的成果。但从总体上讲，它还不能适应我国经济与科技的迅速发展，我国不少传感器、信号

传感器技术与应用试题及答案(二)

传感器技术与应用试题及答案（二） 传感器技术与应用试题及答案(二) 题号一、选择题(本大题共20小题，每小题2分，共40分) 1、以下不属于我国电工仪表中常用的模拟仪表精度等级的是( ) A 0.1 B 0.2 C 5 D 2 2、( )又可分为累进性的、周期性的和按复杂规律变化的几种类型。 A 系统误差 B 变值系统误差 C 恒值系统误差 D 随机误差 3、改变电感传感器的引线电缆后，( ) A不必对整个仪器重新标定 B 必须对整个仪器重新调零 C 必须对整个仪器重新标定 D不必对整个仪器重新调零 4、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中( )。 A、电容和电感均为变量 B、电容是变量，电感保持不变 C、电感是变量，电容保持不变 D、电容和电感均保持

不变 5、在两片间隙为1mm的两块平行极板的间隙中插入( )，可测得最大的容量。 A、塑料薄膜 B、干的纸 C、湿的纸 D、玻璃薄片 6、热电阻测量转换电路采用三线制是为了( ) 。 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、减小引线电阻的影响 7、当石英晶体受压时，电荷产生在( ) 。 A、Z面上 B、X面上 C、Y面上 D、X、Y、Z面上 8、汽车衡所用的测力弹性敏感元件是( )。 A、悬臂梁 B、弹簧管 C、实心轴 D、圆环 9、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是( )。 A、补偿热电偶冷端热电势的损失 B、起冷端温度补偿作用 C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 D、提高灵敏度 10、在仿型机床当中利用电感式传感器来检测工件尺寸，该加工检测装置是采了( )测量方法。 A、微差式 B、零位式 C、偏差式 D、零点式 11、测得某检测仪表的输入信号中,有用信号为20毫伏,干扰电压也为20毫伏, 则此时的信噪比为( )。

传感器原理及应用期末考试试卷(含答案)

传感器原理及应用 一、单项选择题(每题2分．共40分) 1、热电偶的最基本组成部分是()。 A、热电极 B、保护管 C、绝缘管 D、接线盒 2、为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括( )。 A、补偿导线法 B、电桥补偿法 C、冷端恒温法 D、差动放大法 3、热电偶测量温度时( )。 A、需加正向电压 B、需加反向电压 C、加正向、反向电压都可以 D、不需加电压 4、在实际的热电偶测温应用中，引用测量仪表而不影响测量结果是利用了热电偶的哪 个基本定律( )。 A、中间导体定律 B、中间温度定律 C、标准电极定律 D、均质导体定律 5、要形成测温热电偶的下列哪个条件可以不要（）。 A、必须使用两种不同的金属材料； B、热电偶的两端温度必须不同； C、热电偶的冷端温度一定要是零； D、热电偶的冷端温度没有固定要求。 6、下列关于测温传感器的选择中合适的是（）。 A、要想快速测温，应该选用利用PN结形成的集成温度传感器； B、要想快速测温，应该选用热电偶温度传感器； C、要想快速测温，应该选用热电阻式温度传感器； D、没有固定要求。 7、用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是( )。 A、接线方便 B、减小引线电阻变化产生的测量误差 C、减小桥路中其他电阻对热电阻的影响 D、减小桥路中电源对热电阻的影响 8、在分析热电偶直接插入热水中测温过程中，我们得出一阶传感器的实例，其中用到了（）。 A、动量守恒； B、能量守恒； C、机械能守恒； D、电荷量守恒； 9、下列光电器件中，基于光电导效应工作的是( )。 A、光电管 B、光敏电阻 C、光电倍增管 D、光电池

《传感器原理及应用》课后答案

第1章传感器基础理论思考题与习题答案 1.1什么是传感器？（传感器定义） 解：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或装置，通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。 1.2传感器特性在检测系统中起到什么作用？ 解：传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系，所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 1.3传感器由哪几部分组成？说明各部分的作用。 解：传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成电信号的部分，调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分，如书中图1.1所示。 1.4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。意义略（见书中）。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等，应根据被测非电量的测量要求进行选择。 1.5某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV，求其灵敏度。 解：其灵敏度 3 3 30010 60 510 U k X - - ?? === ?? 1.6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/℃、

传感器的应用现状及发展趋势-论文2011-11-16

传感器技术的研究应用现状与发展前景 传感器技术作为信息技术的三大基础之一，是当前各发达国家竞相发展的高技术是进入21 世纪以来优先发展的十大顶尖技术之一。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，而现代科学技术突飞猛进则提供了坚强的后盾。传感器是信息系统的源头, 在某种程度上是决定系统特性和性能指标的关键部件。本文回顾了传感器技术的发展历史，综述了近几年高端前沿的光电传感器技术和生物传感器技术的主要研究应用状况，并通过简述当前的应用实例，展望了现代传感器技术的发展和应用前景。 1.引言 传感器是将物理、化学、生物等自然科学和机械、土木、化工等工程技术中的非电信号转换成电信号的换能器。当今社会的发展是信息化社会的发展，在信息时代人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理，而传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段，是现代科学的中枢神经系统，它是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置的总称。传感器处于研究对象与测控系统的接口位置一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的电信号。如果把计算机比喻为处理和识别信息的大脑，把通信系统比喻为传递信息的神经系统，那么传感器就是感知和获取信息的感觉器官。传感器技术是现代科技的前沿技术，发展迅猛，同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱，许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置现代传感器技术具有巨大的应用潜力拥有广泛的开发空间，发展前景十分广阔。 2.传感器的发展历史及分类 2.1传感器技术的发展历史 传感器技术是20世纪的中期才刚刚问世的，在那时与计算机技术和数字控制技术相比，传感技术的发展都落后于它们，不少先进的成果仍停留在实验研究阶段并没有投入到实际生产与广泛应用转化率比较低。在国外，传感器技术主要是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的，并在早期多用于国家级项目

《传感器技术与应用》期中考试题(含答案)

一、填空题：（每空2分，共20分） 1、传感器的动态特性越好，则能测的信号频率越宽（宽、窄）。 2、已知一米尺的修正值为-2mm，现用该米尺测得某物体长度为32.5cm，则该物体长度为 32.3 。 3、测50mm的物体，测得结果为50.02mm，则相对误差为 0.04% 。 4、相敏检波电路与差动变压器配合使用是为了辨别方向。 5、电阻式传感器是将被测非电量转换为电阻的变化的装置。 6、在差动变压器的实验中，观察到的现象是在一定范围内呈线性。 7、在某些晶体物质的极化方向上施加电场时，这些晶体物质会产生变形，这种现象称为逆压电效应。 8、电容式传感器存在的边缘效应可以通过初始电容量c0 或 加装等位环来减小。 9、差动变压器是属于信号调制中的调幅类型（调幅、调频、调相）。 二、判断题（正确的打√，错误的打×。每小题1分，共10分） 1、差动结构从根本上解决了非线性误差的问题。（ x ） 2、为了使压电陶瓷具有压电效应，必须在一定温度下通过强电场作用对其作极化处理。（ Y ） 3、变间隙型的电感式传感器初始间隙越大，灵敏度越低，非线性误差越小，量程越大。（ Y ） 4、变面积型的电容式传感器输出与输入之间的关系是线性的。（ Y ） 5、压电式传感器只能进行动态测量。（ Y ） 6、随机误差可以通过系统校正来减小或消除。（ X ） 7、求和取平均是为了减小系统误差。（ X ）

8、电涡流式传感器不仅可以用于测量金属，还可以测量非金属。（ X ） 9、石英晶体沿任意方向施加力的作用都会产生压电效应。（ X ） 10、电容传感器采用运算放大器测量电路则从原理上解决了单个变间隙型电容传感器输出特性非线性问题。（ Y ） 三、计算题（每小题10分，共50分） 1、将一电阻应变片接入电桥电路中，已知电阻应变片在无应变时的电阻值为80欧，R3=40欧，R4=100欧。运算放大器的电压增益为20。问R2选取多大合适？如果该电阻应变片的灵敏度为4，受力的作用后发生变形其应变为2×10-3，电阻值变化为多少？受到该力的作用后输出电压U为多少？ U

未来传感器的发展趋势

未来传感器的发展趋势 课程论文 论文题目：未来传感器的发展趋势学院： 专业： 姓名： 学号： 指导老师： 二零一二年五月六日

目录 中文摘要 (3) 英文摘要 (3) 一、引言 (4) 二、传感器的历史 (5) 三、未来传感器的发展趋势 (7) (一)未来传感器的特点 (7) (二)未来传感器的几大方向 (8) (三)几个热门的研究方向 (8) 四、结束语 (9)

摘要：在人类进入信息时代的今天，人们的一切社会活动都是以信息获取与信息转换为中心的，传感器作为信息获取与信息转换的重要手段，是信息科学最前端的一个阵地，是实现信息化的基础技术之一。在工程科学与技术领域里，可以认为：传感器是人体“五官”的工程模拟物。 当前，我国传感器产业正处于由传统型向新型传感器发展的关键阶段，它体现了新型传感器向微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化发展的总趋势。我国在传感器生产产业化过程中，应该兼顾引进国外和自主创新两方面。在引进国外先进技术中，可以提高自己的技术，同时也满足了国内市场的需求，形成了传感器生产产业规模。发现新效应，开发新材料、新功能；研研究生物感官、开发仿生传感器等为主要寻求传感器技术发展的新途径。 关键词：信息获取信息转换信息化关键趋势 Abstract:In the information age in human today, people of all social activities are based on information acquisition and information conversion as the center, sensor information acquisition and information conversion as the important means of information science is the same a position, is the foundation to realize the information technical one. In the engineering science and technology field, can think: sensor is human body \"facial features,\" engineering simulation objects. At present, our country sensors from the traditional industry is in the key of the development of new sensors stage, it reflects the new sensor to miniaturization, muti_function change, digital, intelligent, systematic and network the general trend of development. Our country in the sensor in the process of industrialization of production, should give consideration to the introduction of foreign and independent innovation two aspects. In introducing foreign advanced technology, can improve their technology, but also meet the demand of the domestic market, formed the sensor manufacturing industry scale. Find new effects, the development of new materials, new function; Research on biological research, develop bionic sensors senses as the main seek sensor technology development new way. Keywords: information acquisition information conversion informatization key trend

压力传感器研究现状及发展趋势

压力传感器研究现状及发展趋势 传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一,从宇宙开发到海底探秘,从生产的过程控制到现代文明生活,几乎每一项技术都离不开传感器,因此,许多国家对传感器技术的发展十分重视,如日本把传感器技术列为六大核心技术(计算机、通信、激光、半导体、超导体和传感器) 之一。在各类传感器中压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、便于集成化的优点,可广泛用于压力、高度、加速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制。除此以外,还广泛应用于水利、地质、气象、化工、医疗卫生等方面。由于该技术是平面工艺与立体加工相结合,又便于集成化,所以可用来制成血压计、风速计、水速计、压力表、电子称以及自动报警装置等。压力传感器已成为各类传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比最高的一类传感器。因此对于从事现代测量与自动控制专业的技术人员必须了解和熟识国内外压力传感器的研究现状和发展趋势。 1 压力传感器的发展历程 现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志,而半导体传感器的发展可以分为四个阶段[1 ] : (1) 发明阶段(1945 - 1960 年) :这个阶段主要是以1947 年双极性晶体管的发明为标志。此后,半导体材料的这一特性得到较广泛应用。史密斯(C.S. Smith) 与1945 发现了硅与锗的压阻效应[2 ] ,即当有外力作用于半导体材料时,其电阻将明显发生变化。依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上,即将力信号转化为

电信号进行测量。此阶段最小尺寸大约为1cm。 (2) 技术发展阶段(1960 - 1970 年) :随着硅扩散技术的发展,技术人员在硅的(001) 或(110) 晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上,然后在背面加工成凹形,形成较薄的硅弹性膜片,称为硅杯[3 ] 。这种形式的硅杯传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、成本低、便于集成化的优点,实现了金属- 硅共晶体,为商业化发展提供了可能。 (3) 商业化集成加工阶段(1970 - 1980 年) :在硅杯扩散理论的基础上应用了硅的各向异性的腐蚀技术,扩散硅传感器其加工工艺以硅的各项异性腐蚀技术为主,发展成为可以自动控制硅膜厚度的硅各向异性加工技术[4 ] ,主要有V 形槽法、浓硼自动中止法、阳极氧化法自动中止法和微机控制自动中止法。由于可以在多个表面同时进行腐蚀,数千个硅压力膜可以同时生产,实现了集成化的工厂加工模式,成本进一步降低。 (4) 微机械加工阶段(1980 年- 今) :上世纪末出现的纳米技术,使得微机械加工工艺成为可能。 通过微机械加工工艺可以由计算机控制加工出结构型的压力传感器,其线度可以控制在微米级范围内。利用这一技术可以加工、蚀刻微米级的沟、条、膜,使得压力传感器进入了微米阶段。 2 压力传感器国内外研究现状 从世界范围看压力传感器的发展动向主要有以下几个方向。 2. 1 光纤压力传感器[5 ]

传感器技术及应用教学大纲

传感器及应用教学大纲 一、课程说明 课程性质：专业核心课 课程描述： “传感器技术”是电子、机电与自动控制类专业的专业核心课，是必修课。通过本课程的学习，学生能了解传感器的基本概念、传感器的构成、传感器工作的有关定律、传感器的作用、传感器和现代检测技术发展的趋势。其作用是通过本课程的学习，培养学生利用现代电子技术、传感器技术和计算机技术解决生产实际中信息采集与处理问题的能力，为工业测控系统的设计与开发奠定基础。知识目标：掌握主要传感器的原理、特性，各种应用条件下传感器的选用原则和应用电路设计。 技能目标：独立分析、解决传感器方面问题的能力；利用网络、数据手册、厂商名录等获取和查阅传感器技术资料的能力。 素质目标：具有较强的专业素质，不断进行创新。 教学重点与难点： 课程重点：电阻式、电感式传感器的原理与应用，霍尔式传感器，电流、电压传感器。 课程难点：各种传感器的温度误差与补偿，电容式传感器的屏蔽技术，光纤传感器的原理。 适用专业：机电一体化、电气自动化专业 学时数：80学时 二、教学目的与内容 1 传感器技术基础（2学时） 教学目的与要求： 明确“传感器技术”在专业培养计划中的地位，课程的性质、任务和大体内容，传感器在现代生产、生活中的作用。了解检测技术与传感器的定义、组成、作用和分类，了解传感器的静、动态特性，掌握传感器常用的技术指标。 教学重点与难点： 教学重点：传感器的定义、组成和作用 教学难点：传感器的技术指标 教学内容： 1）传感器简介 （1）传感器的定义

（2）传感器的组成与作用 2）传感器的分类 （1）按工作原理分 （2）按被测量分 （3）按输出信号性质分 3）传感器的特性及主要技术指标 （1）静态特性和动态特性 （2）主要技术指标 2 电阻式传感器（6学时） 教学目的与要求： 理解电阻式传感器的组成和基本原理，了解电阻式传感器的常用类型。掌握应变片式传感器的形式、特点、应用方法和转换电路。 教学重点与难点： 教学重点：电阻式传感器的组成和基本原理 教学难点：电阻应变片的工作原理 教学内容： 1）电位器式传感器（2学时） （1）电位器式传感器的基本工作原理 （2）电位器式传感器的输出特性 （3）电位器式传感器的特性 （4）电位器式位移传感器 2）应变式传感器（2学时） （1）电阻应变片的结构和工作原理 （2）电阻应变片的特性 （3）测量电路 （4）温度误差与补偿 3）压阻式传感器（2学时） （1）压阻效应 （2）结构与特性 （3）固态压阻传感器测量电路 （4）温度补偿 3 变磁阻式传感器（4学时） 教学目的与要求： 掌握三种变磁阻式传感器（电感式传感器、差分变压器式传感器、电涡流式传感器）的基本结构和工作原理，了解上述传感器将非电量信号转换成电信号的过程，了解三种变磁阻式传感器的特点、

《传感器技术与应用》课程设计报告书

职业技术学院 课程设计名称： 《传感器技术与应用》课程设计 题目：夜晚自动点亮的道路警示灯设计 专业：电气自动化技术 班级： 15级自动化1班 姓名：嘉俊 学号： 32

课程设计成绩评定表

目录 第1章：总体方案概要 (1) 1.1意义及研究现状 (1) 1.2设计思路 (2) 第2章：设计方案各部分介绍 (3) 2.1热电是传感器的构成及工作原理 (3) 2.2低通滤波器 (4) 2.3信号放大器 (6) 第3章：仿真电路的建立与分析 (8) 3.1仿真电路建立 (8) 3.2仿真结果的分析 (8) 第4章：设计体会 (10) 参考文献 (10)

摘要 本文介绍了红外线感应开关的原理，采用热释电红外探头（PT8A2621）将接收到的微弱信号加以放大，然后驱动继电器，制成红外热释电感应开关。本开关能探测来自移动人体的红外辐射，只要人体进入探测区域，开关会自动开启。该设计可作为企业、宾馆、商场及住宅的走廊、楼梯、电梯间、卫生间、库房等处的自动开关，起到“人来灯自亮，人走灯自灭”的作用，既新颖方便，又节约用电，在某些场所还能起到威慑盗窃活动的防作用。本设计结构简单，本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，价格低廉，隐蔽性好，应用围广，所以可以通过扩展而达到实际的应用。 关键词：红外线感应开关红外辐射探测区域

引言 电力作为一种洁净方便的能源广泛的应用于我们的生活与生产方面，因此电能的节能尤为重要，要节能首先就要做到节约能源，其次再通过科学研究发明更加人性化和节能的用电器。 热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。早在1938年，有人提出过利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才又推动了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器，它可以作为红外激光的一种较理想的探测器。它目标正在被广泛的应用到各种自动化控制装置中。

《传感器原理与应用》综合练习答案(期末考试)

《传感器原理与应用》综合练习 一、填空题 1．热电偶中热电势的大小仅与金属的性质、接触点温度有关，而与热电极尺寸、形状及温度分布无关。 2．按热电偶本身结构划分，有普通热电偶、铠装热电偶、微型热电偶。3．热电偶冷端电桥补偿电路中，当冷端温度变化时，由不平衡电桥提供一个电位差随冷端温度变化的附加电势，使热电偶回路的输出不随冷端温度的变化而改变，达到自动补偿的目的。 4．硒光电池的光谱峰值与人类相近，它的入射光波长与人类正常视觉的也相近，因而应用较广。 5．硅光电池的光电特性中，光照度与其短路电流呈线性关系。 6．压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应。 7．压电陶瓷是人工制造的多晶体，是由无数细微的电畴组成。电畴具有自己极化方向。经过极化过的压电陶瓷才具有压电效应。 8．压电陶瓷的压电常数比石英晶体大得多。但石英晶体具有很多优点，尤其是其它压电材料无法比的。 9．压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不能测量频率小的被测量。特别不能测量静态量。 10．霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受洛伦茨力作用发生位移的结果。 11．霍尔元件是N型半导体制成扁平长方体，扁平边缘的两对侧面各引出一对电极。一对叫激励电极用于引入激励电流；另一对叫霍尔电极，用于引出霍尔电势。 12．减小霍尔元件温度误差的措施有：（1）利用输入回路的串联电阻减小由输入电阻随温度变化；引起的误差。（2）激励电极采用恒流源，减小由于灵敏度随温度变化引起的误差。 13．霍尔式传感器基本上包括两部分：一部分是弹性元件，将感受的非电量转换成磁物理量的变化；另一部分是霍尔元件和测量电路。 14．磁电式传感器是利用霍尔效应原理将磁参量转换成感应电动势信号输出。 15．变磁通磁电式传感器，通常将齿轮的齿（槽）作为磁路的一部分。当齿轮转动时，引起磁路中，线圈感应电动势输出。 16．热敏电阻正是利用半导体的数目随着温度变化而变化的特性制成的热敏感元件。 17．热敏电阻与金属热电阻的差别在于，它是利用半导体的电阻随温度变化阻值变化的特点制成的一种热敏元件。 18．热敏电阻的阻值与温度之间的关系称为热敏电阻的。它是热敏电阻测温的基础。 19．热敏电阻的基本类型有：负温度系数缓变型、正温度系数剧变型、临界温度型。 20．正温度系数剧变型和临界温度型热敏电阻不能用于温度范围的温度控制，而在某一温度范围内的温度控制中却是十分优良的。 21．正温度系数剧变型和临界温度型热敏电阻属于型，适用于温度监测和温度控制。

传感器技术与应用考题及部分答案

一、填空题（每空1分，共30分） 1、声波是一定频率范围内可以在弹性介质中传播的波，低于16 Hz的声波称为次声波，高于20k Hz的声波称为超声波。 2、超声波可分为纵波、横波、表面波。 3、超声波中的纵波能在固体、液体、气体中传播；横波只能在固体中传播。 4、在空气中传播的超声波，其频率应选得较低；在固体、液体中传播的超声波，其频率应选得较高。 5、光电元件的工作原理是基于不同形式的光电效应。 6、光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射光波长的关系称为光谱特性，亦称为光谱响应。 7、光敏电阻的阻值与入射光量有关，而与电压、电流无关。 8、光敏晶体管的光电特性是指外加偏置电压一定时，光敏晶体管的输出电流与光照度之间的关系。 9、光电检测必须具备光源、被测物、和光敏元件。 10、光电开关可分为直射（透射）型和反射型两种。 11、光纤传感器主要由光导纤维、光源和光探测器组成。 12、光纤是利用光的完全内反射原理传输光波的一种媒质。 13、接触式码盘的码道数n越大，所能分辨的角度α越小，测量精度越高。

14、感应同步器利用定尺和滑尺的两个平面印刷电路绕组的互感随其相对位置变化的原理，将位移转换为电信号。 二、选择题（每小题2分，共30分） 1、直探头可发射和接收 A 波，斜探头可发射和接收 B 波。 A 纵B横C表面 2、超声波测厚常用C 法。 A穿透B反射C脉冲回波 3、光敏二极管在测光电路中应处于 B 偏置状态；而光电池通常处于 A 偏置状态。 A 正向B反向C零 4、温度上升，光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管的暗电流 A 。 A上升B下降C不变 5、普通型硅光电池的峰值波长为 B 。 A 0.8mm B 0.8μm C 0.8nm 6、下列传感器中，不能直接用于直线位移测量的传感器是 C 。 A 长光栅 B 感应同步器 C 角编码器 7、增量式位置传感器输出的信号是 C 。 A 电压信号 B 电流信号 C 脉冲信号 8、某直线光栅每毫米刻线数为50线，采用四细分技术，则该光栅的分辨力为 A μm。 A 5 B 20 C 50 9、光栅中采用sin和cos两套光电元件是为了 B 。 A 抗干扰 B 辨向 C 进行三角函数运算 10、增量式编码器通常为 B 码盘。 A 接触式 B 光电式 C 电磁式 11、有一只1024位增量式角编码器，光敏元件在30秒内连续输出了102400个脉冲，则该编码器测得的转速为 A r/min。 A 200 B 1024 C 3000 12、感应同步器的输出电压 C 励磁电压。

国内外传感器技术现状与未来发展趋势

《传感器原理与应用》结课论文国外传感器现状及发展趋势 学院：计算机与信息工程学院 专业：通信工程 班级：13级通信工程 学号： ： 指导教师：袁博 学年学期：2016-2017学年第一学期

摘要：传感器技术是现代技术的应用具有巨大的发展潜力，通过传感器技术的应用现状，在未来发展中存在的问题和面临的挑战，传感器技术现状与发展趋势。 关键字：传感器，现状，发展趋势。 正文： 一、传感器的定义和组成 根据国家标准（GB7665—87），传感器（transduer/sensor）的定义是：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。 这一定义包含了以下几方面的含意：①传感器是测量装置，能完成检测任务：②它的输出旦是某一被测量，可能是物理量．也可能是化学量、生物量等；②它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，这种量可以是气、光、电物理量，但主要是电物理量；④输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。 关于传感器，我国曾出现过多种名称，如发送器、传送器、变送器等，它们的涵相同或相似。所以近来己逐渐趋向统一，大都使用传感器这一名称了。 但是，在我国还经常有把‘传感器”和“敏感元件”等同使用的情况。当从仪器仪表学科的角度强调是一种感受信号的装置时，称其为。传感器”：而从电子学的角度强调它是一种能感受信号的电子元件时，称其为“敏感元件”。两种

不同的提法在大多数情况下并不矛盾。例如热敏电阻，既可以称其为“温度传感器”，也可以称之为“热敏元件”。但在有些情况下则只能概括地用“传感器”一词来称谓。例如，利用压敏元件作为敏感元件，并具有质量块、弹按和阻尼等结构的加速度传感器，很难用“敏感元件％类的词称谓，而只“传感器”则更为贴切。 传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成。 （1）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种量的元件。 是一种气体压力传感器的示意图。膜盒2的下半部与壳体l固接，上半部通过连扦与磁芯 4相连，磁芯4置于两个电感线圈3中，后者接人转换电路5。这里的膜盒就是敏感元件，其外部与大气压力尸。相通，部与被测量压力尸相通。当尸变化时．引起膜盒上半部移动，即输出相应的位移量。 （2）转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。在图2—2中，转换元件是可变电感线圈3，它把输入的位移量转换成电感的变化。 （3）转换电路：上述电路参数接入转换电路．便可转换成电量输出。 实际上，有些传感器很简单．有些则较复杂，大多数是开环系统，也有些是带反馈的闭环系统。 最简单的传感器由一个敏感元件（兼转换元件）组成，它感受被测量时直接输出电量，如热电偶；有些传感器由敏感元件组成，没有转换电路，如压电式加

传感器原理及其应用期末预习复习资料

信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，是现代信息产业的三大支柱。 1．什么是传感器？ 广义：传感器是一种能把特定的信息按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。 狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 国家标准：定义：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或装置。 2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 传感器一般由敏感元件、转换原件和基本电路组成。敏感元件感受被测量，转换原件将其响应的被测量转换成电参量，基本电路把电参量接入电路转换成电量。传感器的核心部分是转换原件，转换原件决定传感器的工作原理。 3．传感器的总体发展趋势是什么？传感器的应用情况。 传感器正从传统的分立式朝着集成化、数字化、多功能化，微型化、智能化、网络化和光机电一体化的方向发展，具有高精度、高性能、高灵敏度、高可靠性、高稳定性、长寿命、高信噪比、宽量程和无维护等特点。未来还会有更新的材料，如纳米材料，更有利于传感器的小型化。发展趋势主要体现在这几个方面：发展、利用新效应；开发新材料；提高传感器性能和检测范围；微型化与微功耗；集成化与多功能化；传感器的智能化；传感器的数字化和网络化。 4．了解传感器的分类方法。所学的传感器分别属于哪一类？ 按传感器检测的范畴分类：物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器按传感器的输出信号分类：模拟传感器、数字传感器 按传感器的结构分类：结构型传感器、物性型传感器、复合型传感器 按传感器的功能分类：单功能传感器、多功能传感器、智能传感器 按传感器的转换原理分类：机—电传感器、光—电传感器、热—电电传感器、磁—电传感器 电化学传感器 按传感器的能源分类：有源传感器、无源传感器 国标制定的传感器分类体系表将传感器分为：物理量、化学量、生物类传

传感器技术发展现状及趋势

传感器技术发展现状及趋势 桂林航天工业学院 课程论文 题目：传感器技术发展现状及趋势 专业：工商企业管理（生产运作与质量管理） 姓名：罗并 学号：20190820Z00102 指导教师：陈少航 2019年 6月12日 传感器技术发展现状及趋势 在信息化社会，几乎没有任何一种科学技术的发展和应用能够离得开传感器和信号探 测技术的支持。生活在信息时代的人们，绝大部分的日常生活与信息资源的开发，采集， 传送和处理息息相关。分析当前信息与技术发展状态，21世纪的先进传感器必须具备小型化，智能化，多功能化和网络化等优良特征。 为了能够与信息时代信息量激增，要求捕获和处理信息的能力日益增强的技术发展趋 势保持一致，对于传感器性能指标(包括精确性，可靠性，灵敏性等)的要求越来越严格； 与此同时，传感器系统的操作友好性亦被提上了议事日程，因此还要求传感器必须配有标 准的输出模式；而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求，所以它们已逐步被 各种不同类型的高性能微型传感器所取代；后者主要由硅材料构成，具有体积小，重量轻，反应快，灵敏度高以及成本低等优点。 目前，几乎所有的传感器都在由传统的结构化生产设计向基于计算机辅助设计(CAD) 的模拟式工程化设计转变，从而使设计者们能够在较短的时间内设计出低成本，高性能的 新型系统，这种设计手段的巨大转变在很大程度上推动着传感器系统以更快的速度向着能 够满足科技发展需求的微型化的方向发展。 智能化传感器(Smart Sensor)是20世纪80年代末出现的另外一种涉及多种学科的新 型传感器系统。此类传感器系统一经问世即刻受到科研界的普遍重视，尤其在探测器应用 领域，如分布式实时探测，网络探测和多信号探测方面一直颇受欢迎，产生的影响较大。，智能化传感器具有以下优点: (1)智能化传感器不但能够对信息进行处理，分析和调节，能够对所测的数值及其误 差进行补偿，而且还能够进行逻辑思考和结论判断，能够借助于一览表对非线性信号进行

传感器技术与应用

传感器技术与应用教学大纲 书名:传感器技术与应用 作者:贾海瀛编著 出版社：高教 出版日期：2015-09-01 ISBN：9787040422658 贾海瀛编写的《传感器技术与应用(高等职业教育电类基础课新形态一体化规划教材)》是新形态高等职业教育电类课程系列教材之一，也是“十二五” 职业教育国家规划教材，同时也是国家精品资源共享课程配套教材。 本书介绍了传感器技术的基本概念、特性、作用和发展趋势；各种常用传感器的基本结构、使用性能、工作原理和测量电路；具体实例中传感器的选用原则；典型非电量——温度、湿度、气体、力、液位、流量、位移和速度等的检测应用实例。由生产生活具体实例引入，深入浅出，将传感器技术与应用技能的相应知识点融入工作任务之中，减少了部分复杂公式的推导过程，增加了常用传感器标定、性能、选用等知识；新型传感器的使用；大量的生产生活中的实际应用和各类电子大赛典型设计电路，实用性和操作性极强，满足了新一轮高等职业教育教学改革的需求，以提高高素质劳动者和技术技能型人才培养的质量。本书可作为高等职业院校、高等专科院校、高校、民办高校及本科院校举办的二级职业技术学院应用电子技术、自动控制、仪器仪表、机电一体化及相关专业的教学用书，也适用于五年制高职、中职相关专业，并可作为社会从业人士的业务参考书及培训用书。 目录 知识储备 任务一认识传感器 任务二了解常用传感器的作用和基本构成 任务三了解传感器的分类和发展 一、传感器的分类 二、传感器的基本特性 三、传感器的发展 任务四学会选用传感器 一、传感器的选择原则 二、传感器的常见使用方法 三、传感器的命名、代号和图形符号 项目一温度的检测 任务一盐浴炉温度的检测 任务要求 知识引入 一、认识热电偶 二、热电偶的使用

13传感器技术与应用答案

传感器技术与应用习题答案 习题1 l.1 检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。 答：检测系统是由被测对象、传感器、数据传输环节、数据处理环节和数据显示环节构成。 传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的。 数据传输、处理环节，又称之为测量电路，它的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。 数据显示记录环节是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。常用的有模拟显示、数字显示和图像显示三种。 1.2 传感器的型号有几部分组成？各部分有何意义? 答：传感器是由敏感元件、转换元件和测量电路组成，敏感元件：直接感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件，它是传感器的核心。转换元件：将敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量电信号的元件。测量电路：将转换元件输出的电信号进行进一步转换和处理的部分，如放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能。 1.3 测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法? 如何进行? 答：直接测量。使用电压表进行测量，对仪表读数不需要经过任何运算，直接表示测量所需要的结果。 1.4 某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到5.0mm时，位移测量仪的输出电压由3.5V 减至 2.5V，试求该仪器的灵敏度。 解: 灵敏度s=(3.5-2.5)v/(5.0-4.5)mm=2v/mm 1.5 有三台测温仪表，量程均为0~800℃，精度等级分别为 2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5％，选那台仪表合理? 答：2.5级时的最大绝对误差值为20℃，测量500℃时的相对误差为4％；2.0级时的最大绝对误差值为16℃，测量500℃时的相对误差为3.2％；1.5级时的最大绝对误差值为12℃，测量500℃时的相对误差为2.4％。因此，应该选用1.5级的测温仪器 1.6 什么是系统误差和随机误差?准确度和精密度的含义是什么? 它们各反映何种误差? 答：系统误差(简称系差)：在一定的条件下，对同一被测量进行多次重复测量，如果误差按照一定的规律变化，则把这种误差称为系统误差。系统误差决定了测量的准确度。系统误差是有规律性的，因此可以通过实验或引入修正值的方法一次修正给以消除。 随机误差(简称随差，又称偶然误差)：由大量偶然因素的影响而引起的测量误差称为随机误差。对同一被测量进行多次重复测量时，随机误差的绝对值和符号将不可预知地随机变