传感器与测试技术设计
广播电视大学开放教育
机械设计制造及其自动化专业《传感器与测试技术》课程设计说明书
题目：基于电阻应变片的压力传感器设计
专业层次：机械设计制造及其自动化
级别：本科
学号：27
姓名：王玮
分校（工作站）：广播电视大学城北分校
指导教师：
2014年11 月5日
开放教育专业毕业设计任务书
编号：27试点专业：机械设计制造及其自动化办学单位：广播电视大学城北分校
前言
随着科学技术的迅猛发展，非物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域，而且也正逐步引入人们的日常生活中去。传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。
传感器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。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置，其精度和围度是根据需要来选定的。因此，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。
随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。
本次课程设计的是一个大量程称重传感器，测量围为1t到100t。
本次课程设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定力的大小，进而求得产生作用力的物体的质量。应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。
传感器的设计主要包括弹性元件的设计和处理电路的设计。由于传感器输出的信号是微弱信号，故需要对其进行放大处理；由于传感器输出的信号里混有干扰信号，故需要对其进行检波滤波；由于传感器输出的信号通常都伴随着很大的共模电压（包括干扰电压），故需要设计共模抑制电路。除此之外，还要设计调零电路。
目录
1、课程设计目的和要求-----------------------------------------------------1
2、课程设计任务-----------------------------------------------------------2
3、方案的选择-------------------------------------------------------------3
3.1方案的制定------------------------------------------------------------3
3.2 方案的确定-----------------------------------------------------------4
4、材料的选择-------------------------------------------------------------6
4.1 弹性元件-------------------------------------------------------------6
4.1.1 弹性元件材料-----------------------------------------------------6
4.1.2弹性元件材料------------------------------------------------------7 4.2 应变片的选择---------------------------------------------------------8
4.2.1电阻应变片类型的选择----------------------------------------------9
4.2.2应变计的材料------------------------------------------------------9
4.3应变计主要参数的确定-------------------------------------------------10
5、外壳尺寸确定-----------------------------------------------------------11
6、测量电路的设计与计算---------------------------------------------------12 6.1电桥电路的设计与计算-------------------------------------------------12 6.2交流电压输出电路-----------------------------------------------------13 6.3放大电路-------------------------------------------------------------13
6.4滤波电路-------------------------------------------------------------16
6.6数字显示电路---------------------------------------------------------16
7、误差来源与精度分析-----------------------------------------------------18
8、相关元器件的确定-------------------------------------------------------19
参考资料--------------------------------------------------------------- 20
心得体会--------------------------------------------------------------- 21
附录一常用芯片引脚图-------------------------------------------------- 21
附录二传感器电路处理总图---------------------------------------------- 22
附录三传感器外观设计图------------------------------------------------------------------------ 23
1、课程设计目的和要求
1．传感器原理课程设计是测控技术与仪器专业的必须完成的一个课程设计。是一个重要的教学环节，通过本设计，培养学生理论联系实际的设计思想，训练综合运用传感器设计和有关先修课程的理论，结合实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固加深有关传感器设计方面的知识。
2．通过制定设计方案，合理选择传感器结构和相关元件类型，正确计算、选择各零件和元件参数，确定尺寸和选择材料，以及较全面地考虑制造工艺、使用和维护等要求，达到了解和掌握传感器设计过程和方法。
3.进行设计基本技能的训练。如：计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、
图册、标准和规等）以及使用经验数据、进行经验估算和数据处理及计算机应用的能力。
4.通过设计环节的实际训练，加深学生对该课程基础知识和基本理论的理解和
掌握，培养学生综合运用所学知识的能力，使之在理论分析、设计、计算、制图、运用标准和规、查阅设计手册与资料以及计算机应用能力等方面得到初步训练，促进学生养成严谨的科学态度。
2、课程设计任务
题目:基于电阻应变片的压力传感器设计
初始条件：采用电阻应变片设计测量力、压力、加速度、位移等物理量的传感器，设计时自行确定被测变量及测试围，并根据测量的需要选择应变片的型号、数量、粘贴方式以及弹性元件的结构形式、相关测试电路等。
要求：
1．正确选取电阻应变片的型号、数量、粘贴方式并连接成交流电桥；
2. 选取适当形式的弹性元件，完成其机械结构设计、材料选择和受力分析，并
根据测试极限围进行校核；
3. 完成传感器的外观与装配设计；
4. 完成应变电桥输出信号的后续电路（包括放大电路、相敏检波电路、低通滤
波电路）的设计和相关电路参数计算，并绘制传感器电路原理图；
5. 按学校课程设计说明书撰写规提交一份课程设计说明书（6000字左右）；
6. 按机械制图标准绘制机械装配图（3号图纸）、弹性元件图（4号图纸）各一。
3、方案的选择
此次传感器课程设计选用应变式拉压传感器。设计中只要把应半片贴在承受负载的弹性元件上，通过测量弹性元件的应变大小即可求出对应的负载大小，而弹性元件的应变大小可以通过应变片电阻大小的变化量来求得。故可以通过选择不同的弹性元件和测量电路来提出不同的方案。
3.1 方案的制定
根据弹性体的结构形式的不同可分为：轮
辐式，梁式，环式，柱式等。在测量拉/压力
上主要用到的是柱式传感器。柱式传感器的
弹性元件分为实心和空心两种，如图2.1.1所
示。（a是实心，b是空心）
图3.1 柱式传感器的弹性元件
应变片将应变的变化转换成电阻相对变化Δ
R/R，要把电阻的变化转换成电压或电流的变化，
才能用电测仪表进行测量。常用的有两臂差动电桥
和全桥电路，如图2.1.2所示。
图3.2 直流电桥电路3.2 方案的确定
实心圆柱可以承受较大的负荷，在弹性围，则应力与应变成正比关系。
ε=
SE
F
E l l =
=?σ (3-1) 式中：F ——作用在弹性元件上的集中力； S ——圆柱的横截面积。
圆柱的直径根据材料的允许应力来计算。
图3.1 实心圆柱与空心圆柱
由于 F / S ≤[σ] (3-2) 而 S=πd 2 / 4 (3-3) 式中d 为实心圆柱直径。 则直径 d ]
[4σπF
≥
(3-4) 空心圆柱弹性元件的直径也要根据允许应力计算。
同理 4
d 22）
（-=D S π (3-5)
式中：D ——空心圆柱外径； d ——空心圆柱径。 根据式（3-2）和式（3-5）可知
]
[)(4
22σπ
F d D ≥
- (3-6)
所以 D 2]
[4d F
+≥
σπ (3-7) 弹性元件的高度对传感器的精度和动态特性都有影响。由材料力学可知，高度对沿其横截面的变形有影响。当高度与直径的比值H / D 〉〉1时，沿其中间断面上的应力状态和变形状态与其端面上作用的载荷性质和接触条件无关。试验研究的结果建议采用 H >>2D+L
(3-8)
式中L 为应变片的基长。对于空心的圆柱为
H ≥D-d+L (3-9) 此外，
因此，经比较分析选取空心圆柱作为弹性体。 电路转换部分
一般电桥的输出电压为
)
)((43213
241i
o R R R R R R R R U U ++-= (3-10)
如图3. 2，两臂差动电桥电路的电压输出为
)
)(()(4322113
22411i
o R R R R R R R R R R R R U U +?++?+?+-?+=）（… （3-11)
设初始时R R R R R ====4321,工作时一片受拉一片受压，即R R R ?=?-=?21,则式（3-11）可以简化为
εK =??=
2
2i
i o U R R U U （3-12） 差动电桥电压灵敏度为
2
i
U U =
K （3-13） 同理若采用四臂电桥，如图 3.2所示并设初始时R R R R R ====4321，工作时
R R R R R ?=?-=?=?=?2341时，输出为
i i o U U R
R
U εK =?=
（3-14） 四臂电桥的电压灵敏度为
i U U =K （3-15）
通过比较其电压灵敏度知四臂电桥（全桥）电路的灵敏度高，故选用四臂电桥电路。
4、材料的选择
4.1 弹性元件
弹性敏感元件在传感器技术中占有极为重要的地位。在传感器工作过程中，一般是由弹性敏感元件首先把各种形式的非电物理量变换成应变量或位移量等，然后配合各种形式的转换元件，把非电量转换成电量。所以在传感器中弹性元件是应用最广泛的元件。
4.1.1 弹性元件材料
在设计传感器以前，首先应选择好弹性元件材料。对弹性元件材料提出以下要求：
(1)强度高，弹性极限高；
(2)具有高的冲击韧性和疲劳极限；
(3)弹性模量温度系数小而稳定；
(4)热处理后应有均匀稳定的组织，且各向同性；
(5)热膨胀系数小；
(6)具有良好的机械加工和热处理性能； (7)具有高的抗氧化、抗腐蚀性能； (8)弹性滞后应尽量小。
常用材料：结构钢CrNiMo,30CrMnSiNi2A ）、铝合金、钛合金……。 材料的弹性模量、泊松比、密度和热膨胀系数如下表所示
表4.1 常用材料弹性模量泊松比
经过比较知结构钢的弹性模量最大，热膨胀系数最小，适合应用制作负重大的传感器，故本次课程设计选用结构钢30CrMnSiNi2A
4.1.2 弹性元件的参数计算
由4.1.知本次课程设计采用的是结构钢30CrMnSiNi2A ，查表得E=200Gpa ，
=b σ1080MPa
取μ=0.3，29.8m g = 根据许用应力计算公式 [σ]=
s
s
n σ ，当安全系数s n 取2得： []MPa MPa
n s
s
5402
1080==
=σσ 根据公式 (3-6) 得：
[]
26
3max
2
218.181********.910100)(4
mm F d D S =???=≥
-=
σπ
又因为应变片的应变比小于1500με,取ε0=1000με当弹性体的应变比ε1小于ε0才不至于损坏应变片 ，由式（3-1）可得
26
930max 20.490010
10001020080.910100mm E F S =?????=≥-ε
当弹性体的截面积同时大于S 1 ，S 2 时才能满足整体的设计要求。
S =max[S 1 ，S 2]= 20.4900mm
当传感器过载50%时，根据公式S
F
=
σ可求的 a 30010
0.4900%15080.9101006
3MP =????==-S F σ a 540][MP =<σσ
所以知超载50%时，弹性元件受到的应力在许用应力围。
弹性元件的外径D 不能选择太小，否则会由于力的偏心造成很大的误差。在实际计算时先按照额定载荷F ，根据材料的参数求得[σ]=540MPa ，取D=10.0cm 根据
S D ≥-4
d 22）
（π可得
cm 13.610490041.04d 6
-2
2
=??-
=-
≤π
π
S
D
取d ＝6.0cm
这样空心管的壁厚为：
t ＝cm d D 0.2)(2
1
=-
柱高的确定 对于圆柱筒式传感器 有 ≈+-≥H L D d 5cm
为了防止弹性元件受压时出现失稳现象，柱高应该选得小些，但又必须使应变片能够反
映截面应变的平均值，所以可取H=6.0cm
检验是否会出现局部失稳，根据薄壁管的失稳临界应力计算公式可得：
a 26.30a 3.013106102
1100.21020013d 21t
22-2
-92bm P =P -?+???=-+=
G D E ）（）（）（）（μσ
bm σ远大于[σ]=540MPa ，故在超过量程50%的载荷作用下，不会出现局部失稳。
4.2 应变片的选择
4.2.1电阻应变片类型的选择
电阻应变片主要分为电阻丝式应变片、金属箔式应变片和金属薄膜应变片。由于电阻丝式应变片有横向效应对测量的精度有影响，使灵敏度降低，而且耐疲劳性能不高。金属薄膜应变片尚难控制电阻与温度的变化关系，不常用。故选用金属箔式应变片。
箔式应变片的主要优点：
(1)本身性能稳定，受温度变化的影响小，在-30—+350 度围稳定工作； (2) 散热条件较好；
（3）在长时间测量时的蠕变较小，一致性较好；
(4)适用于各种弹性体材料及弹性结构形式，粘贴操作简便； (5)价格便宜；
(a)单轴的 (b)测扭矩的 (c)多轴的(应变花)
图4.1各种金属箔式应变片
4.2.2应变计的材料
电阻应变计简称应变计（亦称为电阻应变片或简称应变片）。它由四个部分组成。
第一是电阻丝（敏感栅），它是应变计的转换元件。
第二是基底和面胶（或覆盖层）。基底是将长肝气弹性体表面的应变传递到电阻丝栅上的中间介质，并起到电阻丝与弹性体之间的绝缘作用，面胶起着保护电阻丝的作用。
第三是粘合剂，它将电阻丝与基底粘贴在一起。
第四是引出线，它作为联结测量导线之用。
(1)材料的选用原则
应变计敏感栅合金材料的选择对制作应变计性能的好坏起着决定性的作用，因此对制作应变计所用的应变电阻合金有以下的要求：
a有较高的灵敏系数；
b电阻率高；
c电阻温度系数小，具有足够的热稳定性；
d机械强度高，压碾或拉伸性能好，高温时耐氧化性能要好，耐腐蚀性能强；
e与其它金属接触的热电势小；
f与引出线焊接容易。
(2)常用的应变计材料
目前国还没有一种金属材料能满足上述全部要求，因此在选用时，只能给予综合考虑，常用的有康铜、镍铬、卡玛合金、镍铬硅锰等合金。其各自性能分别如下表所示：
表4.2常用的应变计材料
有表可知：电阻温度系数较小而且稳定，同时它的Ks对应变值的稳定性非常高，不但在变形的弹性围Ks持为常数，在进入塑性围后，亦基本保持为常数。
所以本课程设计采用是材料为康铜的应变片。
（3）基底、引线材料和粘合剂
基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏感栅。基底的全长称为基底长，其宽度称为基底宽。
基底材料有纸基和胶基。胶基由环氧树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺等制成胶膜，厚度约0.03～0.05mm，本次设计采用胶基；
引线材料是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。对引线材料的性能要求：电阻率低、电阻温度系数小、抗氧化性能好、易于焊接。大多数敏感栅材料都可制作引线；
黏合剂材料用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在一起。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底粘贴在构件表面某个方向和位置上。以便将构件受
力后的表面应变传递给应变计的基底和敏感栅。常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂用于低温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树脂、有机硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温，常用的有磷酸盐、硅酸、硼酸盐等。本次设计采用有机粘结剂。
4.3应变计主要参数的确定
箔式应变计的敏感栅是用厚度为0.002～0.005毫米的铜镍合金或镍铬合金的金属箔，采用刻图、制版、光刻及腐蚀等工艺过程而制成。基底是在箔的另一面涂上树脂胶，经过加温聚合而成，基底的厚度一般为0.03～0.05mm。
图4.2应变计的结构图4.3 敏感栅的尺寸
基于弹性体结构和测量要求选用应变片的参数：
表4.3 应变片参数
5、外壳尺寸确定
实物图如下所示
图5.1 柱式传感器实物图具体设计图参考附录中的图。
6、测量电路的设计与计算
6.1电桥电路的设计与计算
依照课程设计中的方案选择知使用的电桥为全桥电路。在实际测量中，作用力不可能正好通过柱体的中心轴线，所以这样的柱体弹性元件除了受到拉（压）外，还受到横向力和弯矩。
通过图6.1所示应变片的粘贴、连接方法可以减小这种影响。 图6.1 应变片的粘贴和连接方法
图中各应变片上的应变分别为 t 4411''εεεεεε+==== t 3322''εμεεεεε+-==== 式中：t ε为温度引起的虚假应变。
根据桥式电路输出为
i t i o 1]
2121[144U U U εμεεμε
μK +≈+-++K =
）（）（）（ （6-1）
电桥电压灵敏度为
i 1U U ）（μ+=K （6-2）
电路设计中，应变片的连接如右图所示，对应图6.1所示的应变片接法。所选用的是全桥形式的差动电桥，且为提高电桥灵敏度或进行温度补偿，每个桥臂都安置两个应变片。 位器为多圈电位器。
6.2交流电压输出电路
ICL8038的波形发生器是一个用最少的外部元件就能生产高精度正弦,方形,三角, 锯齿波和脉冲波形彻底单片集成电路. 频率(或重复频率) 的选定从0.001hz到300khz 可以选用电阻器或电容器来调节, 调频及扫描可以由同一个外部电压完成. ICL8038精密函数发生器是采用肖特基势垒二极管等先进工艺制成的单片集成电路芯片，输出由温度和电源变化围广而决定. 这个芯片和锁相回路作用，具有在发生温度变化时产生低的图6.3交流电压输出电路
频率漂移，最大不超过250ppm／℃
特点：1、具有在发生温度变化时产生低的频率漂移，最大不超过50ppm／℃；
2、正弦波输出具有低于1％的失真度；
3、三角波输出具有0．1％高线性度；
4、具有0．001Hz～1MHz的频率输出围；工作变化周期宽；
5、2％～98％之间任意可调；高的电平输出围；
6、从TTL电平至28V；
7、具有正弦波、三角波和方波等多种函数信号输出；
8易于使用，只需要很少的外部条件
取RA=RB=10KΩ，输出的波占空比为50%。端口9输出的是方波，端口2输出的是正弦波
6.3放大电路
来自传感器的信号通常都伴随着很大的共模电压（包括干扰电压）。一般采用差动输入集成运算放大器来抑制它，但是必须要求外接电阻完全平衡对称，运算放大器才具有理想特性。否则，放大器将有共模误差输出，其大小既与外接电阻对称精度有关，又
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。
传感器与检测技术试卷及答案精选文档
传感器与检测技术试卷及答案精选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-
1．属于传感器动态特性指标的是（D ） A 重复性 B 线性度 C 灵敏度 D 固有频率 2 误差分类，下列不属于的是（B ） A 系统误差 B 绝对误差 C 随机误差 D粗大误差 3、非线性度是表示校准（B ）的程度。 A、接近真值 B、偏离拟合直线 C、正反行程不重合 D、重复性 4、传感器的组成成分中，直接感受被侧物理量的是（B ） A、转换元件 B、敏感元件 C、转换电路 D、放大电路 5、传感器的灵敏度高，表示该传感器（C） A 工作频率宽 B 线性范围宽 C 单位输入量引起的输出量大 D 允许输入量大 6 下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（B） A 应变式传感器 B 化学型传感器 C 压电式传感器 D热电式传感器 7 传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D） A 测量 B感知 C 信号调节 D 转换 8 回程误差表明的是在（C）期间输出输入特性曲线不重合的程度 A 多次测量 B 同次测量 C 正反行程 D 不同测量 9、仪表的精度等级是用仪表的（C）来表示的。 A 相对误差 B 绝对误差 C 引用误差 D粗大误差 二、判断 1.在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在改变条件时，按一定规律变化的误差称为系统误差。（√） 2 系统误差可消除，那么随机误差也可消除。（×） 3 对于具体的测量，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，所以精确度高的准确度不一定高（×） 4 平均值就是真值。（×）
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；
《传感器与检测技术》试题及答案
《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。 3、光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为 三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、 光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料部电阻率改变的光电 效应，这类元件有光 敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元 件有光电池、光电仪表。 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） 9. 电位器传器的（线性），假定电位器全长为Xmax, 其总电阻为Rmax ，它的滑臂间的阻值 可以用Rx = （① Xmax/x Rmax,②x/Xmax Rmax ,③ Xmax/XRmax ④X/XmaxRmax ）来计算， 其中电阻灵敏度Rr=（① 2p(b+h)/At , ② 2pAt/b+h, ③ 2A(b+b)/pt, ④ 2Atp(b+h)） 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 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。 5、热电偶所产生的热电热是由两种导体的接触电热和单一导体的温差电热组成。 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 温度效应造成的。 半导体 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。 1.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分） 3.电位器或电阻传感器按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位器。线性电位器的
传感器与测试技术课程设计
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 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 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金属丝（箔）式、半导体式，它们各有优缺点及使用范围。 大多数电子秤的使用场合是极为普通的室内外的大气层环境，所谓的温度条件是-10C?～55C?。选用金属箔式应变片传感器作为电子秤的荷重传感器是最广泛的应用。因为
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 ?== ∑∑ ==
传感器与检测技术试题
中国自考人(https://www.wendangku.net/doc/ca174072.html,)——700门自考课程永久免费、完整在线学习快快加入我们吧！ 中国自考人(https://www.wendangku.net/doc/ca174072.html,)——700门自考课程永久免费、完整在线学习快快加入我们吧！ 浙江省2003年1月自考传感器与检测技术试题 课程代码：02202 一、填空题(每空1分，共15分) 1. 如果所测试的信号随时间周期变化或变化很快，这种测试称为________测试。 2. 确定静态标定系统的关键是选用被测非电量(或电量)的_______和标准测试系统。 3. 涡流传感器的线圈与被测物体的距离减小时，互感系数M将________。 4. 半导体应变片以压阻效应为主，它的灵敏度系数为金属应变片的________倍。 5. 测量准静态力信号时，要求电荷放大器的输入阻抗________1012(Ω)。 6. 周期信号展开为傅立叶级数后，其中A0表示直流分量的幅值，A n表示________分量的幅值。 7. 当τ→∞时，信号x(t)的自相关函数R x(τ)呈周期性变化，说明该信号为________。 8. LCD是液晶显示器，是一种________功耗器件。 9. A/D卡的转换速率表示________。 10. 在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，________接法可以得到最大灵敏度输出。 11. 一阶有源低通滤波器的主要优点是带负载能力强，主要缺点是________。为克服该缺点，可采用二阶或二阶以 上有源低通滤波器。 12. 绝对湿度给出了水分在空间的具体含量，而相对湿度给出了大气的________程度，它比绝对湿度使用更广泛。 13. 氧化型气体吸附到N型半导体气敏元件上，将使截流子数目减少，从而使材料的电阻率________。 14. 半导体温度传感器以P-N结的温度特性为理论基础。二极管感温元件利用P-N结在恒定电流下，其________与 温度之间的近似线性关系实现。 15. 图像处理的主要目的是________。 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，并将其号码填在题后的括号内。每小题1分，共 15分) 1. 为了抑制干扰，常采用的电路有( ) A. A/D转换器 B. D/A转换器 C. 变压器耦合 D. 调谐电路 2. 选择二阶装置的阻尼比ζ=0.707，其目的是( )。 A. 阻抗匹配 B. 增大输出量 C. 减小输出量 D. 接近不失真条件 3. 自相关函数一定是( )函数。 A. 偶 B. 奇 C. 周期 D. 随机 4. 用脉冲锤激振时，为了获得较宽的激振频率，可( ) A. 增加敲击力 B. 增加锤头硬度 C. 增大锤重 D. 减小冲击力 5. 记录磁带慢录快放，放演信号的频宽将( ) A. 扩展，幅值减小 B. 变窄，幅值减小
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。
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。
(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
传感器与检测技术期末考试题
班级： 姓名： 学号： 密封线 重庆铁路运输技师学院期末试卷 考题书写要求：上下不得超过黑线两端点 课程： 传感器与检测技术 分数： 一、填空（每题2分，共20分） 1、传感器的动态数学模型一般采用 和 描述。 2、半导体应变片的工作原理基于半导体材料的 效应。 3、直流电桥的平衡条件 ；桥臂比为 时，电压灵敏度最大。 4、电感式传感器是利用线圈 的变化来实现测量的一种装置。 5、金属导体置于变化着的磁场中会产生感应电流的现象称为 。 6、电容式传感器根据其工作原理的不同可分为 电容传感器 电容传感器和变介电常数型电容传感器。 7、某些电介质当沿一定的方向对其施力时内部产生极化现象，同时在它的表面形成符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为 效应。 8、不同的金属两端分别连在一起构成闭合回路，如果两端温度不同，电路中会产生感应电动势，这种现象称为 效应； 9、目前应用最广泛的热电阻材料是 和 。 10、工业上通常采用 法进行传感器的标定，俗称背靠背法。 二、判断题（每题2分，共20分） （ ）1、传感器的敏感元件通常情况下直接感受被测量； （ ）2、压电传感器能测量恒定不变的信号； （ ）3、电容式传感器采用差动结构可以提高灵敏度和减小非线性； （ ）4、涡流式电感传感器属于互感型的电感传感器； （ ）5、半导体应变片的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数小。 （ ）6、电阻式传感器中，差动电桥由环境温度变化引起的误差为零。 （ ）7、光栅式传感器的工作原理是用光栅的莫尔条纹现象进行测量。 （ ）8、压电传感器是一种典型的有源传感器。 ( ）9、热电阻温度计在一定范围内温度越高电阻越小。 （ ）10、霍尔元件不等位电势产生的原因是极间电阻分布不均匀。 三、选择题（每题2分，共20分） 1.计算机技术、通信技术和（ ），被列为现代信息技术的三大支柱。 A.汽车制造 B.数据采集 C.测量技术 D.传感技术 2.传感器主要完成两方面的功能：检测和（ ）。 A.测量 B.感知 C.信号调节 D.转换 3.仪表的精度等级是用仪表的（ ）来表示的。 A.相对误差 B.绝对误差 C.引用误差 D.粗大误差 4.电阻式传感器是将被测量变化转换成（ ）变化的传感器。 A.电子 B.电压 C.电感 D.电阻 5.差动变压器属于（ ）。 A.物性式传感器 B.结构式传感器 C.电阻式传感器 D.电感式传感器 6.涡流式传感器利用涡流效应将压力变化转换为线圈的（ ）。 A.电阻变化 B.电容变化 C.涡流变化 D.阻抗变化 7.电容式传感器是将被测量的变化转换为（ ）变化的传感器。 A.电容量 B.电感量 C.介电常数 D.距离 8.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 9.半导体热敏电阻随温度的上升，电阻率（ ）。 A.上升 B.迅速下降 C.保持不变 D.归零 10.下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（ ）。 A.压力 B.力矩 C.温度 D.厚度 共 2页 第 1页
测试技术基础答案 第三章 常用传感器
第三章 常用传感器 一、知识要点及要求 (1)掌握常用传感器的分类方法； (2)掌握常用传感器的变换原理； (3)了解常用传感器的主要特点及应用。 二、重点内容及难点 (一)传感器的定义、作用与分类 1、定义：工程上通常把直接作用于被测量，能按一定规律将其转换成同种或别种量值输出的器件，称为传感器。 2、作用：传感器的作用就是将被测量转换为与之相对应的、容易检测、传输或处理的信号。 3、分类：传感器的分类方法很多，主要的分类方法有以下几种： (1)按被测量分类，可分为位移传感器、力传感器、温度传感器等； (2)按传感器的工作原理分类，可分为机械式、电气式、光学式、流体式等； (3)按信号变换特征分类，可概括分为物性型和结构型； (4)根据敏感元件与被测对象之间的能量关系，可分为能量转换型与能量控制型； (5)按输出信号分类，可分为模拟型和数字型。 (二)电阻式传感器 1、分类：变阻式传感器和电阻应变式传感器。而电阻应变式传感器可分为金属电阻应变片式与半导体应变片两类。 2、金属电阻应变片式的工作原理：基于应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。金属电阻应变片式的的灵敏度v S g 21+=。 3、半导体电阻应变片式的工作原理：基于半导体材料的电阻率的变化引起的电阻的变化。半导体电阻应变片式的的灵敏度E S g λ=。 (三)电感式传感器 1、分类：按照变换原理的不同电感式传感器可分为自感型与互感型。其中自感型主要包括可变磁阻式和涡电流式。 2、涡电流式传感器的工作原理：是利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。 (四)电容式传感器 1、分类：电容式传感器根据电容器变化的参数，可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。 2、极距变化型：灵敏度为201 δ εεδA d dC S -== ，可以看出，灵敏度S 与极距平方成反比，极距越小灵敏度越高。显然，由于灵敏度随极距而变化，这将引起非线性误差。 3、面积变化型：灵敏度为常数，其输出与输入成线性关系。但与极距变化型相比，灵敏度较低，适用于较大直线位移及角速度的测量。 4、介质变化型：可用来测量电介质的液位或某些材料的厚度、湿度和温度等；也可用于测量空气的湿度。 (五)压电式传感器 1、压电传感器的工作原理是压电效应。
传感器与检测技术考题及答案
传感器与检测技术考试试题 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
传感器与检测技术试题库【最新】
一：填空题（每空1分） 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件， 测量电路三个部分组成。 2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。 3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应可以分为 外光电效应，内光电效应，热释电效应三种。 4.光电流与暗电流之差称为光电流。 5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域内。 6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系，在后坡区与 距离的平方成反比关系。 8.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感 器。 9.画出达林顿光电三极管内部接线方式： U CE 10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示k（x）=Δy/Δx 。 11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性度。 12.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大 类。 13.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信息变换过 程。 14.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿
法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 15. 应变式传感器一般是由 电阻应变片 和 测量电路 两部分组成。 16. 传感器的静态特性有 灵敏度 、线性度、灵敏度界限、迟滞差 和稳定性。 17. 在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为 外光电效应 ，入 射光强改变物质导电率的物理现象称为 内光电效应 。 18. 光电管是一个装有光电 阴极 和 阳极 的真空玻璃管。 19. 光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变化的关系，与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr （f ）=Sr 。/(1+4π2f 2τ2) 20. 内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 21. 国家标准GB 7665--87对传感器下的定义是：能够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，通常由敏感元件和转换元件组成。 22. 传感器按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感器和数字量传感器 23. 传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：k (x)=输出量的变化值/输入量的变化 值=△y/△x 24. 应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：有一定的粘贴强度；能准确传递应变；蠕变小；机械滞后小；耐疲劳性好；具有足够的稳定性能；对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用；有适当的储存期；应有较大的温度适用范围。 25. 根据传感器感知外界信息所依据的基本校园，可以将传感器分成三大类： 物理传感器 ，化学传感器 ，生物传感器。 P3 26. 应变式测力与称重传感器根据弹性体的的结构形式的不同可分为 柱式传感 器 、 轮辐式传感器 、 悬梁式传感器 和 环式传感器 27. 大多数接收器对所感受的波长是有选择性的，接受器对不同波长光的反应程度称为光谱灵敏度，其表达式为：) ()()(λφλλU S = 28.应变式传感器一般是由 电阻应变片 和 测量电阻 两部分组成。 29. 应变式传感器的基本构成通常可分为两部分：弹性敏感元件、应变计 30. 传感器种类繁多，根据传感器感知外界信息的基本效应，可将传感器分为