(完整版)传感器原理及工程应用复习讲义
传感器原理
及
工程应用
(第三版)
复习提纲
姓名
传感器原理及工程应用复习目录
目录
考试题型 (1)
第一章传感器与检测技术的理论基础 (1)
1.1测量概论 (1)
1.2测量数据的估计和处理 (2)
第二章传感器概述 (5)
2.1传感器的基本特性 (5)
2.1.1传感器的静态特性 (5)
2.1.2传感器的动态特性 (5)
第三章应变式传感器 (7)
3.1工作原理 (7)
3.1.1金属应变片的压阻效应 (7)
3.1.2半导体应变片的压阻效应 (7)
3.2应变片的种类、材料及粘贴 (7)
3.3电阻应变片的特性 (8)
3.4电阻应变片的测量电路 (9)
3.4.1直流电压源单臂电桥 (9)
3.4.2直流电压源半桥差动电桥 (10)
3.4.3直流电压源全桥差动电桥 (11)
3.4.4交流电桥 (11)
第四章电感式传感器 (13)
4.1自感式电感传感器 (13)
4.1.1工作原理： (13)
4.1.2输出特性： (14)
4.1.3测量电路 (15)
4.1.4自感式电感传感器的应用 (18)
书本例题 (20)
课后习题 (24)
考试题型
第一章传感器与检测技术的理论基础
1.1测量概论
x=或(1)测量：以被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。由下式表示：nu =。（式中x：被测量值；u：标准量，即测量单位；n：比值。）由测量所获得的被n/
x
u
测的量值叫测量结果。测量结果可用一定的数值表示, 也可以用一条曲线或某种图形表示。测量结果应包括两部分：比值和测量单位。测量结果仅仅是被测量的最佳估计值，并非真值。[着重理解，选择填空题]
(2)开环测量系统：其中x为输入量, y为输出量, k1、k2、k3为各个环节的传递系数。输入、输出关系为y=k1k2k3x。特点是结构简单、误差较大。其系统框图如图1-2：
(3)闭环测量系统：有一正向通道和一反馈通道，系统框图如图1-3：
其中Δx 为正向通道的输入量, β为反馈环节的传递系数, 正向通道的总传递系数k=k 2k 3。 由图可知下面4个式子成立：
,1f x x x -=?(),,11y k kx x x k x k y y x f f ββ-=-=?==1111
1x k
x k k y ββ+=+=
当k>>1时，则有11
x y β
≈，系统的输入输出关系为：x k
x k kk y β
β111≈+=
。【学会推导输入输出关系】
(4)修正值：修正值是与绝对误差大小相等、符号相反的值，即?-=c 。Page 6
(5)引用误差：是仪表中通用的一种误差表示方法。 它是相对仪表满量程的一种误差, 一般
也用百分数表示，即%100-??
=
测量范围下限
测量范围上限γ，其中Δ为绝对误差。
(6)给出仪表精度等级，判断仪表精度的高低：仪表精度等级是根据最大引用误差来确定的。 例
如, 0.5级表的引用误差的最大值不超过±0.5%，1.0级表的引用误差的最大值不超过±1%。
(7)随机误差(定义)：将测量结果与在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结
果的平均值之差。定义式：∞-=x x i 随机误差。（重复性条件见Page 7）
(8)系统误差(定义)：在重复性条件下对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被
测量的真值之差。定义式：L x -=∞系统误差。
(9)简答产生随机误差、系统误差、粗大误差的原因。
①随机误差产生的原因：实验条件的偶然性微小变化，如温度波动、噪声干扰、电磁场微变、电源电压的随机起伏、地面振动等。
②系统误差产生的原因：系统误差是由固定不变的或按确定规律变化的因素造成，在条件充分的情况下这些因素是可以掌握的。主要来源于测量装置方面、环境温度方面、测量方法和测量人员。
③粗大误差产生的原因：测量方法不当或错误，测量操作疏忽和失误；测量条件的突然变化。
1.2测量数据的估计和处理
(1)随机误差的性质：对称性、单峰性、有界性、抵偿性。[要理解Page 8的倒数第四段]
(2)等精度测量的计算步骤：（★参照例题1-1）
①求出x 。∑==+???++=n
i i n x n x x x n x 1
211)(1
②求出x 的误差范围。
⒈求算术平均值σ。贝塞尔公式：1
1
2-==∑=n v
n
i i
s σ(不背诵)，其中残差x x i i -=ν。
⒉求算术平均值的标准差x σ。n
x σ
σ=
(背诵)
⒊求误差范围()x x σσ3,3+-，并写出置信概率P a 。参见Page 11表1-1。
(3) 非等精度测量的计算步骤：（★参照例题1-2）
①求出p x 。
⒈求权p ：“权”可理解为各组测量结果相对的可信赖程度。 方法A ：
m
m n n n p p p ::::::2121K K =(测量次数n 的比值)
方法B ：222
2
1
211
:
:1
:
1
:::m
m p p p σ
σ
σ
K K =
(标准差平方的倒数的比值)
⒉求加权算术平均值p x 。∑∑===+???++???++=m
i i
m
i i
i m
m
m p
p
p
x p p p p x p x p x x `
11
212211
②求出x 的误差范围。
⒈求加权算术平均值的p x 的标准差p x σ。∑∑==-=
m
i i
m
i i
i x p m v
p p 1
1
2)1(σ，其中p i i x x v -=。
⒉求误差范围
()
p p
x x σσ
3,3+-，并写出置信概率P a 。
(4)残余误差观察法【选择填空】：这种方法是根据测量值的残余误差的大小和符号的变化规律,
直接由误差数据或误差曲线图形判断有无变化的系统误差。若测量列中含有不变的系统误差，用残余误差观察法则发现不了。Page 15的图1-8。
(5)
, 若“Σv i 前”与“Σv i 后”之差明显不为零,
, 若偏离, 则可能存在变化的系统误差。
()()()()
2
12
12
322
212
2221v v v v v v v v B v v v A n n n n
-+-+-+-=+++=-ΛΛ
若
n
A B 1
12>-，则可能含有变化的系统误差。 (6)粗大误差的检验：3σ准则、肖维勒准则、格拉布斯准则。
(7)格拉布斯准则[理解]：某个测量值的残余误差的绝对值σG v i >, 则判断此值中含有粗大误
差, 应予剔除。此即格拉布斯准则。G 值与重复测量次数n 和置信概率P a 有关, 见表1-4。
★参照例题1-3
(8)绝对误差和相对误差的合成：
∑=???
? ?????=???++???+???=?n j j j n n x x f x x f x x f x x f y 12211Λ(绝对误差传递公式) 其中j x ?是自变量j x 的绝对误差，
j
x f
??称为误差传递系数。 ★参照例题1-4
★参照习题1-10、1-11、1-12
第二章 传感器概述
2.1传感器的基本特性
2.1.1传感器的静态特性
(1)灵敏度：传感器在稳定工作时的输出量变化（ΔY ）对输入量变化（ΔX ）的比值即为其灵
敏度S 。其表达式为dY
Y S =
?=
。【注意单位】
解：m V mm mV mm
S X S /300/3001===?=?=
(2)线性度：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。用全量程
范围内实际曲线与拟合直线间的最大偏差ΔY max 与满量程输出Y FS 的百分比来表示。线性度也称为非线性误差。用L γ表示。其表达式为%100max
??±
=FS
L Y Y γ。 (3)迟滞：人们将相同工作条件下进行全量程范围测量时正行程和反行程输出的不重合程度
称为迟滞或滞后。迟滞误差一般以全量程范围校准时同一输入量的正行程输出和反行程输出之间的最大偏差ΔH max 与满量程输出值的百分比表示,即()%100/max ??±=FS H Y H γ。
(4)漂移：传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随时间变化，此现象称
为漂移。最常见的漂移是温度漂移。温度漂移是指传感器的输入量设定在某个值，工作环境温度偏移标准环境温度（一般为20℃）时，温度变化1℃输出值的变化量与满量程Y FS 的百分比表示，即：%10020
??-=
t
Y Y Y FS t 温漂。 (5)传感器的静态特性：灵敏度、线性度、迟滞、重复性、漂移。
2.1.2传感器的动态特性
(1)传感器的基本动态特性方程：x b dt dx b dt x d b y a dt dy a dt y d a m
m m n n n 0101////++?+=++?+
(2)零阶系统：如果一个传感器的输入量随时间的变化为x (t)，其输出量y (t)随时间的变化是
输入量的00/a b 倍，则输出与输入的关系可以表示为：()()t x b t y a 00=。00/a b k =为传感器
的静态灵敏度或放大倍数。【填空】
(3)一阶系统：如果传感器的电路中含有一个储能元件（电感或电容），其输出量y (t)与输入
量x (t)的关系可以表示为：()()()x a b y dt dy a a t x b t y a t t y a 0
001001
d d =+?=+。
式中τ——传感器的时间常数，01/a a =τ；k ——传感器的静态灵敏度或放大倍数，
00/a b k =。
(4)一阶传感器的单位阶跃响应【掌握推导过程】：
一阶传感器的微分方程为：)()()
(t x t y dt
t dy =+τ
， 设传感器的静态灵敏度k =1，则它的传递函数为：1
1
)()()(+==
s S X S Y s H τ， 对初始状态为零的传感器, 当输入一个单位阶跃信号，即()0
01
>≤??
?=t t t x ，
输入信号的拉氏变换为：()s
s X 1=
， 一阶传感器的单位阶跃响应拉氏变换式为：()()()s
s s X s H s Y 111?+=
=τ， 可得一阶传感器的单位阶跃响应信号为：()τ
t
e
t y --=1。
图2-8 一阶传感器的单位阶跃响应
第三章 应变式传感器
3.1工作原理
3.1.1金属应变片的压阻效应
(1)轴向应变和径向应变：ε=l l /d 为轴向应变，r r /d 为径向应变，两者之间的关系可表示为：
μεμ-=-=l
dl
r dr 。μ为电阻丝的泊松比，负号表示应变方向相反。 (2)金属丝的灵敏系数K ：通常把单位应变引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏系数。其物理
意义是单位应变所引起的电阻相对变化量。K 的取值区间为（2，6）。则有
()()()ε
ρρμεερρμερρεμd R dR
K d R dR d R dR ++==?++=?++=212121 ε?=K R
dR
3.1.2半导体应变片的压阻效应
()()εμπεπσπρρρρεμ2121++=????
??????=?=+
+=E R dR E d d R dR 式中：π——半导体材料的压阻系数；σ——半导体材料所受的应变力；E ——半导体材料的弹性模量；ε——半导体材料的应变。
由于μπ21+>>E ，近似有επE R
dR
≈。
即有
ρ
ρεπεεπμd E G E R dR =≈=?++=)21( (E G πμ++=21,为半导体灵敏系数)。 对于半导体材料，它的压阻系数π很大，G 主要由πE 决定，即G≈πE ，一般G 在50～100之间，比金属的灵敏度高很多。
3.2应变片的种类、材料及粘贴
(1)金属电阻应变片的结构：由敏感栅、基底、覆盖层、引线和粘合剂组成。
3.3电阻应变片的特性
(1)应变片绝缘电阻：是指已粘贴的应变片的引线（电阻丝）与被测件之间的电阻值R m 。 (2)最大工作电流：是指已安装的应变片允许通过敏感栅而不影响其工作特性的最大电流I max 。
工作电流大，输出信号也大，灵敏度就高。
(3)应变片的温度误差：产生应变片温度误差的主要因素有下述两个方面:
当温度变化Δt 时，电阻丝电阻的变化值为：t R R R R t ?=-=?000αα【理解记忆】。 其中()t R R t ?+=001α，R t ——温度为t 时的电阻值；R 0——温度为t 0时的电阻值；α0——温度为t 0时电阻丝的电阻温度系数；Δt ——温度变化值，Δt =t -t 0。
设电阻丝和试件在温度为0℃时的长度均为l 0。它们的线膨胀系数分别为βs 和βg ，当两者粘贴在一起时，电阻丝产生的附加变形Δl 、附加应变εβ和附加电阻变化ΔR β分别为：
()()()]
[00000
0理解记忆t R K R K R t l l t
l l l l s g s g s g s g ?-==??-=?=?-=-=?ββεββεβββββ
(4)电阻应变片的温度补偿方法：应变片的温度补偿方法通常有线路补偿和应变片自补偿法两大
类。
①线路补偿法：☆
电桥补偿是最常用的且效果较好的线路补偿法。图3-4所示是电桥补偿法的原理图。电桥输出电压U o 与桥臂参数的关系为：()341o R R R R A U B -=。上式中，A 为由桥臂电阻和电源电压决定的常数。由上式可知，当R 3和R 4为常数时，R 1和R B 对电桥输出电压U 0的作用相反。利用这一基本关系可实现对温度的补偿。[工程上，一般按R 1=R B =R 3=R 4选取
测量应变时，工作应变片R 1粘贴在被测试件表面上，补偿应变片R B 粘贴在
与被测试件材料完全相同的补偿块上，且仅工作应变片承受应变，当被测试件不承受应变时，R 1和R B 又处于同一环境温度为t 的温度场中，调整电桥参数使之达到平衡，使U o =0。
当温度升高或降低Δt 时，两个应变片因温度相同而引起的电阻变化量相等，电桥仍处于平衡状态。若此时被测试件有应变ε的作用，则工作应变片电阻R 1有新的增量εK R R 11=?，而补偿片因不承受应变，故不产生新的增量，即有εK R AR U 410=，由上式可知电桥的输出电压U o 仅与被测试件的应变ε有关，而与环境温度无关。
②应变片自补偿法【了解】
3.4电阻应变片的测量电路
3.4.1直流电压源单臂电桥
(1)工作原理：
电桥线路原理图
c
O
A ．电桥输出电压为：????
??+-+=43421
2R R R R R R E V O
式中R 2为负载应变片电阻，R 1、R 3、
R 4的阻值固定。
B ．电桥平衡条件：3241R R R R =。
C ．当受应变时，应变片的电阻变化为ΔR 2，则电桥不再平衡，并且设桥臂比n = R 1/ R 2，
由于ΔR 2<< R 2，再考虑到平衡条件3241R R R R =，则电桥输出电压为：
()2
2
21R R n n E V O ??+?='。 (2)电压灵敏度S r ：()()2
2222
22
21/1/n n E R R R R n n E R R V S O
r +=???
+?
=
?'=
【计算】 当n =1时，S r 取得最大值即当电桥供电电压E 确定后，当R 1=R 2=R 3=R 4时，电桥电压
灵敏度最高。此时有：
()2
2
222
411R R E R R n n E V O
?=??+?=' ()E n n
E
S r 4
112
=
+= (3)非线性误差及其补偿方法【填空选择】：
相对非线性误差为：
ξK R R R R R R E R R
E R R R R E V V V r O
O
O 21
221114141211141222
22
222
222
2
=?=?+
?
??-?+
??='-=【记住结论】
解：%2525.010********
1
212622==???==?=
-ξK R R r 3.4.2直流电压源半桥差动电桥
(1)工作原理：
R 电桥线路原理图
c
1-
A ．电桥输出电压为：???
???+-?++?-?+?=4342211
22R R R R R R R R R E V O 。若ΔR 1=ΔR 2，R 1=R 2，
R 3=R 4时，上式简化为：22
2
2221212R R E R R R E V O ???????-?+?=＝。【记住结论】
B ．电压灵敏度S r ：E R R V S O r 2
1
22=?=(桥差动电桥的电压灵敏度S r 比单臂电桥提高
了一倍)。
C ．半桥差动电桥不能起到温度补偿作用。
3.4.3直流电压源全桥差动电桥
(1)工作原理：
R R 电桥线路原理图
c
1-3
A ．电桥输出电压为：???????-+?+?--?++?-?+?=44334
4221122R R R R R R R R R R R R E V O 。
若ΔR 1=ΔR 2=ΔR 3=ΔR 4＝ΔR ，R 1=R 2=R 3=R 4＝R 时，上式简化为：
R R E R R R R R R E R R R R R R E V O ?=???
????--?+????????--?+?=22224442
22＝【记住结论】 B ．电压灵敏度S r ：E R R V S O
r =?=
2
2(全桥差动电桥的电压灵敏度S r 比单臂电桥提高
了3倍，比半桥差动电桥提高了1倍)。
C ．若考虑全桥电路中温度对各电阻影响，且假定每个电阻受温度变化影响相同，此时全桥差动电桥不能起到温度补偿作用。
3.4.4交流电桥
(1)工作原理：【理解推导过程】
A ．每一桥臂的复阻抗为：1
1111C R j R Z ω+=
、222
21C R j R Z ω+=、33R Z = 、44R Z =。
B ．交流电桥的平衡条件：由交流电路分析可知，
)
)(()(432132410Z Z Z Z Z Z Z Z U U ++-=
&& 要满足电桥平衡条件即0=U &，则有3241Z Z Z Z =。代入1
Z 、2Z 、3Z 、4Z ，整理得： 242
413133
2
22
411111C R j R R
C R j R R R C R j R R C R j R ωωωω+=+?
+=+ 其实部、虚部分别相等, 并整理可得交流电桥的平衡条件为：
2
1343412C C
R R R R R R ==并且 C ．电容平衡条件：被测应力变化引起Z 1=Z 10+ΔZ , Z 2=Z 20-ΔZ 变化时(且Z 10=Z 20=Z 0), 则电桥输出为：
0021)212(Z Z U Z Z Z U U o
??=-?+=&&& ★参照习题3-5、3-6、3-7
第四章 电感式传感器
4.1自感式电感传感器
4.1.1工作原理：
图4-1 变磁阻式传感器
其中线圈的电感量为：δμ20
022A W R W L m =
=【声明：W ——线圈的匝数；R m ——磁路总磁阻；δ——气隙的厚度；A 0——气隙的截面积；μ0——空气的导磁率】。
上式表明, 当线圈匝数为常数时, 电感L 仅仅是磁路中磁阻R m 的函数, 只要改变δ或A 0均可导致电感变化。
4.1.2输出特性：
A ．变气隙厚度（变隙）式电感传感器的L 与δ之间是非线性关系，特性曲线如图所示。
B ．当衔铁向上或者向下移动Δδ时，求得电感相对增量ΔL /L 为：
()()??????
??-?+?-??=??+?+?+??=?δδδδδδδδδδδδδδ
下移上移...])()(1[...])()(1[20000
20000
L L L L 对上面式子线性处理，忽略高次项，即得：
0δδ
?=?L L 【δ?为气隙厚度的相对变化量)】 C ．灵敏度K 0：0001
δδ=??=L L
K
D ．差动变隙式电感传感器：
δ
1—铁芯；2—线圈；3—衔铁
图4-3差动变隙式电感传感器
当差动使用时, 两个电感线圈接成交流电桥的相邻桥臂, 另两个桥臂由电阻组成, 电桥输出电压与ΔL 有关, 其具体表达式为：
???
?????+????
???+???? ???+?=?+?=?Λ4
020
00
2112δδδδδδL L L L 。
对上式进行线性处理，忽略高次项得：
02δδ
?=?L L 。 灵敏度K 0：0
002
δδ=??=L L
K 。【差动式比单线圈式的灵敏度高一倍】
4.1.3测量电路
(1) 自感式电感传感器的等效电路：
A ．有功分量R ：线圈线绕电阻和涡流损耗电阻及磁滞损耗电阻。
B ．无功分量
C ：线圈的自感L 和绕线间的分布电容。 C ．等效电路图：
自感式电感传感器的等效电路
其等效线圈阻抗为：()C
j
L j R C j L j R Z ωωωω-
+?
??
??-+=
。【品质因数Q ：R L Q ω=】
D ．并联电容的作用：一是电感传感器的有效串联损耗电阻和有效电感都增加了，而线圈的有效品质因数Q 却减小；二是电感传感器的灵敏度增加了，从而引起传感器性能变化。
(2)交流电桥式测量电路：
U U U
o
U &&交流电桥式测量电路
下图所示为交流电桥测量电路, 把传感器的两个线圈作为电桥的两个桥臂Z 1和Z 2, 另外二个相邻的桥臂用纯电阻R 代替, 对于高Q 值（Q = ωL/R ）的差动式电感传感器, 线圈的电感远远大于线圈的有功电阻，即ωL >>R ，其输出电压为：
0000
222L L U L j R L j U Z Z U U ?≈+?=?=&&&&ωω
忽略高次项后：002δδ?=?L L ，灵敏度K 0：0
002δδ=??=L L
K 。 又002L L U U ?≈&&，则有0
002δδ?=?≈U
L L U U &&&，电桥输出电压与Δδ成正比关系。 (3)变压器式交流电桥:【理解推导过程、会作图】
变压器式交流电桥测量电路如右图所示，电桥两臂Z 1、Z 2,为传感器线圈阻抗, 另外两桥臂为交流变压器次级线圈的1/2 阻抗。当负截阻抗为无穷大时, 桥路输出电压为：
2
221122120U Z Z Z Z U Z Z U Z U &&&&+-=
-+=
A
B
变压器式交流电桥
测量时被测件与传感器衔铁相连，当传感器的衔铁处于中间位置，即Z Z Z ==21时，
有00
=U &，电桥平衡。 当传感器衔铁上移时，有Z Z Z ?+=1，Z Z Z ?-=2，此时：
2
2*0U L L U Z Z U &&&?-=?-=
当传感器衔铁下移时，有Z Z Z ?-=1，Z Z Z ?+=2，此时：
2
2*0U L L U Z Z U &&&?=?-=
所以，衔铁上下移动相同距离时, 输出电压的大小相等, 但方向相反。
4.1.4自感式电感传感器的应用
(1)变隙电感式压力传感器：
原理：当压力进入膜盒时, 膜盒的顶端在压力P的作用下产生与压力P大小成正比的位移。于是衔铁也发生移动, 从而使气隙发生变化, 流过线圈的电流也发生相应的变化, 电流表指示值就反映了被测压力的大小。
(2) 变隙式差动电感压力传感器
传感器原理及应用
温度传感器的应用及原理 温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。 温度是实际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依靠温度来实现，温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述，并介绍与电路系统之间的接口。 热敏电阻器 用来测量温度的传感器种类很多，热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC)，也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中，热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高，但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。 这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的，但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25)，该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比，通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例，25℃时阻值为10KΩ的电阻，在0℃时电阻为28.1KΩ，60℃时电阻为4.086KΩ；与此类似，25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。 图1是热敏电阻的温度曲线，可以看到电阻/温度曲线是非线性的。
虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量，但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值，可以用这个曲线来估计，也可以直接计算出电阻值，计算公式如下： 这里T指开氏绝对温度，A、B、C、D是常数，根据热敏电阻的特性而各有不同，这些参数由热敏电阻的制造商提供。 热敏电阻一般有一个误差范围，用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同，误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换，用于不能进行现场调节的场合，例如一台仪器，用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准，这种热敏电阻比普通的精度要高很多，也要贵得多。 图2是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压，一般它与ADC的参考电压一致，因此如果ADC的参考电压是5V，Vref 也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压，其阻值变化使得节点处的电压也产生变化，该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。
《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/℃、
最新传感器原理与应用实验指导书
传感器原理与应用实 验指导书
实验一压力测量实验 实验目的： 1．了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 2．比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点，了解全桥测量电路的优点。 3．了解应变片直流全桥的应用及电路标定。 二、基本原理： 1．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： ΔR/R=Kε 式中ΔR/R为电阻丝的电阻相对变化值，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，用它来转换被测部位的受力大小及状态，通过电桥原理完成电阻到电压的比例变化，对单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EKε/4。（E为供桥电压）。 2．不同受力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压 U02=EK/ε2，比单臂电桥灵敏度提高一倍。 3．全桥测量电路中，将受力状态相同的两片应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，应变片初始阻值是R1= R2= R3=R4，当其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4
时，桥路输出电压U03=KEε，比半桥灵敏度又提高了一倍，非线性误差进一步得到改善。 4. 电子秤实验原理为实验三的全桥测量原理，通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，将电压量纲(V)改为重量量纲(g)即成为一台原始电子秤。 三、实验所需部件：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g）、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备)、自备测试物。 四、实验步骤： 1、根据图(1-1),应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板左上方的R1、R 2、R 3、R4标志端。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω，加热丝阻值约为50Ω左右。 2、实验模板差动放大器调零，方法为:①接入模板电源±15V(从主控箱引入)，检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置，②将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档)，完毕关闭主控箱电源。 3、参考图（1-2）接入传感器，将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、 R6、R7在模块内已连接好)，接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)，检查接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显示为零。
传感器原理与应用重点
第一章测量技术基础 检测系统的基本概念 检测系统(测试系统 /测量系统 1、定义:确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作 2、被测对象:宇宙万物(固液气体、动物、植物、天体…… 3、被测信息:物理量(光、电、力、热、磁、声、… 化学量(PH 、成份… 生物量(酶、葡萄糖、… 4检测技术是实验科学的一部分, 主要研究各种物理量的测量原理和信号分析处理方法。 检测技术是信息技术的重要组成部分, 它所研究的内容是信息的提取与处理的理论、方法和技术。 5信息与信号 信息是指客观世界物质运动的内容。 如:天气较冷、某处地震、刀具发生了磨损、李四病了。 信号是指信息的表现形式。 如:刀具磨损,切削力会加大;李四病了,可能会发烧;等等。 6检测技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段, 起着人的感官的作用。
简单的检测系统可以只有一个模块, 如玻璃管温度计。它直接将被测温度变化转化为液面示值。没有电量转换和分析电路,很简单,但精度低,无法实现测量自动化。 为提高测量精度和自动化程度, 以便于和其它环节一起构成自动化装置, 通常先将被测物理量转换为电量,再对电信号进行处理和输出。 B ……在电工、电子等课程中讲授,大多数不属于本课程的范围。 检测系统的组成 一般说来,检测系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。 传感器将被测物理量 (如噪声 , 温度检出并转换为电量,中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经 A/D变换后用软件进行信号分析,显示记录装置则将测量结果显示出来,提供给观察者或其它自动控制装置。 第二章传感器概述 传感器的组成和分类 一、传感器定义 传感器是一种以一定的精确度把被测量转成与之有确定关系的, 便于应用的某种物理量的测量装置。 传感器名称:变送器、变换器、探测器、敏感元件、换能器、一次仪表、探头等 二、传感器的组成 三、传感器的分类 按被测参数分类:温度、压力、位移、速度等
传感器原理与应用实验指导书解析
传感器原理与应用 实 验 指 导 书 自动化工程学院
目录 1实验一应变片单臂电桥性能实验 1实验二应变片半桥性能实验 1实验三应变片全桥性能实验 实验四压阻式压力传感器测量压力特性实验 实验五差动变压器的性能实验 实验六差动变压器测位移特性实验 1实验七电容式传感器测位移特性实验 1实验八线性霍尔传感器测位移特性实验 1实验九开关式霍尔传感器测转速实验 1实验十磁电式转速传感器测转速实验 1实验十一光电传感器测量转速实验 实验十二电涡流传感器测量位移特性实验 实验十三被测体材质对电涡流传感器特性影响实验实验十四被测体面积对电涡流传感器特性影响实验* 实验十五气敏传感器实验 实验十六湿度传感器实验
CSY－2000型传感器与检测技术实验台 说明书 一、实验台的组成 CSY－2000型传感器与检测技术实验台由主机箱、传感器、实验电路(实验模板)、转动源、振动源、温度源、数据采集卡及处理软件、实验桌等组成。 1、主机箱：提供高稳定的±15V、±5V、＋5V、±2V～±10V（步进可调）、＋2V～＋24V （连续可调）直流稳压电源；音频信号源（音频振荡器）1KHz～10KHz（连续可调）；低频信号源（低频振荡器）1Hz～30Hz（连续可调）；传感器信号调理电路；智能调节仪；计算机通信口；主机箱上装有电压、气压等相关数显表。其中，直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器都具有过载保护功能，在排除接线错误后重新开机恢复正常工作。主机箱右侧面装有供电电源插板及漏电保护开关。 2、振动源（动态应变振动梁与振动台）：振动频率3Hz～30Hz可调（谐振频率9Hz～12 Hz左右）； 3、转动源：手动控制0转/分～2400转／分、自动控制300～2200转／分。 4、温度源：常温～200℃。 5、气压源：0～20Kpa（连续可调）。 6、传感器：基本型有箔式应变片(350Ω)传感器(秤重200g)、扩散硅压力传感器(20Kpa)、差动变压器(±4mm)、电容式位移传感器(±2.5mm)、霍尔式位移传感器(±1mm)、霍尔式转速传感器(2400转/分)、磁电转速传感器(250转/分～2400转/分)、压电式传感器、电涡流传感器(1mm)、光纤位移传感器(1mm)、光电转速传感器(2400转/分)、集成温度(AD590)传感器(室温～120℃)、K热电偶(室温～150℃)、E热电偶(室温～150℃)、Pt100铂电阻(室温～150℃)、Cu50铜电阻(室温～100℃)、湿敏传感器(10～95％RH)、气敏传感器(50～2000ppm)等。 7、调理电路(实验模板)：基本型有电桥及调平衡网络、差动放大器、电压放大器、电荷放大器、电容变换器、电涡流变换器、光电变换器、温度变换器、移相器、相敏检波器、低通滤波器。增强型增加相应的配套实验模板。 8、实验台：尺寸为1600×800×750mm。实验台桌上预留了计算机及示波器安放位置。 二、电路原理
传感器原理与工程应用考试题库
传感器原理与工程应用习题 一、单项选择题 1、在整个测量过程中，如果影响和决定误差大小的全部因素（条件）始终保持不变，对同一 被测量进行多次重复测量，这样的测量称为（ C ） A．组合测量 B．静态测量 C．等精度测量 D．零位式测量 1.1在直流电路中使用电流表和电压表测量负载功率的测量方法属于（ B ）。 A. 直接测量 B. 间接测量 C. 组合测量 D. 等精度测量 2、1属于传感器动态特性指标的是（ B ） A．重复性 B．固有频率 C．灵敏度 D．漂移 2．1不属于传感器静态特性指标的是（ B ） A．重复性 B．固有频率 C．灵敏度 D．漂移 2.2 以下那一项不属于电路参量式传感器的基本形式的是( D )。 A.电阻式 B.电感式 C.电容式 D.电压式 2.2传感器的主要功能是（ A ）。 A. 检测和转换 B. 滤波和放大 C. 调制和解调 D. 传输和显示 3.电阻式传感器是将被测量的变化转换成( B )变化的传感器。 A.电子 B.电压 C.电感 D.电阻 3.1电阻应变片配用的测量电路中，为了克服分布电容的影响，多采用（ D ）。 A．直流平衡电桥 B．直流不平衡电桥 C．交流平衡电桥D．交流不平衡电桥 3.2电阻应变片的初始电阻数值有多种,其中用的最多的是（ B ）。 A、60Ω B、120Ω C、200Ω D、350Ω 3.3电阻应变片式传感器一般不能用来测量下列那些量（ D ） Ａ、位移Ｂ、压力Ｃ、加速度Ｄ、电流 3.4直流电桥的平衡条件为（ B ） A．相邻桥臂阻值乘积相等 B．相对桥臂阻值乘积相等 C．相对桥臂阻值比值相等 D．相邻桥臂阻值之和相等 3.5全桥差动电路的电压灵敏度是单臂工作时的（ C ）。
传感器原理与应用心得
传感器原理与应用心得 张宝龙电信工二班201400121099 传感器应用极其广泛，而且种类繁多，涉及的学科也很多，通过对传感器的学习让我基本了解了传感器的基本概念及传感器的静、动态特性电阻式、电感式传感器的结构、工作原理及应用。 传感器的特性主要是指输出入输入之间的关系。当输入量为常量或变化很慢时，其关系为静态特性。当输入量随时间变换较快时，其关系为动态特性。 传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。 所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。 传感器的作用主要是感受和响应规定的被测量，并按一定规律
将其转换成有用输出，特别是完成非电量到电量的转换。传感器的组成并无严格的规定。一般说来，可以把传感器看做由敏感元件和变换元件两部分组成，。 通过最近的学习，是我了解到在实际中使用传感器的选择一定要慎重。我们可以根据测量对象与测量环境确定传感器的类型。其次，当我们在选择传感器时要注意传感器的灵敏度，频率响应范围，线性范围，稳定性，精度等。 人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。 新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。 通过对这门课的学习开阔了我的视野，让我了解了以前没有了解的东西。在老师的指导下让我明白了学习要有自觉性，要自己积极主动地去学习。
《传感器原理及应用》实验大纲
《传感器原理及应用》实验教学大纲 课程编号：课程名称：《传感器原理及应用》 课程总学时：54学时总学分：学分 实验学时：8学时实验学分：学分 适应专业：01电子信息工程 编写人：陈欣波编写日期：2000年7月 一、实验课程的目的与任务 传感器原理及应用是实现生产过程自动化的重要手段，通过本课程实验的学习，使学生更好地掌握在生产生活中广泛使用的各类传感器结构、工作原理和特性等，进一步加强学生独立分析、解决问题的能力，同时注意培养学生实事求是、严肃认真的科学作风和良好的实验习惯，为今后工作打下良好的基础。 二、实验教学基本要求 本课程是《传感器原理及应用》课程的一个实践环节，通过实验教学，使学生进一步巩固所学理论知识，提高其分析和解决问题的能力。具体要求如下： 1.进一步巩固和加深对基本理论知识的理解，提高综合应用所学知识、独立设计的 能力。 2.学会自己独立分析问题、解决问题，具有一定的创新能力。 3.能正确使用实验仪器设备，掌握工作原理。 4.能独立撰写实验报告、准确分析实验结果、得出实验结论。 5.课前做好预习，上课严格安装实验步骤认真完成实验内容。 三、实验项目与内容提要
注：开设的实验项目可根据实验室具体设备和条件等进行适当地调整。 四、实验报告格式及要求 （一）、实验报告格式： 攀枝花学院实验报告 实验课程：实验项目：实验日期： 院系：电信班级：姓名: 学号：合作人：指导教师： 成绩： [实验目的和要求] [实验仪器、设备与材料] [实验原理] [实验步骤] [实验原始记录] [实验数据计算结果] 1.相关公式： 2.数据计算： 3.数据分析： 4.实验结论： [实验结果分析，讨论实验指导书中提出的思考题，写出心得与体会] （二）、实验报告要求: 1.实验名称、学生姓名、班号和实验日期； 2.实验目的和要求； 3.实验仪器、设备与材料； 4.实验原理； 5.实验步骤； 6.实验原始记录； 7.实验数据计算结果；
传感器原理与工程应用完整版习题参考答案
《传感器原理及工程应用》完整版习题答案 第1章 传感与检测技术的理论基础（P26） 1—1：测量的定义？ 答：测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。 所以, 测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较， 确定被测量对标准量的倍数。 1—2：什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？ 1－ 3 用测量范围为－50～150kPa 的压力传感器测量140kPa 的压力时，传感器测得示值为142kPa ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。 解： 已知： 真值L ＝140kPa 测量值x ＝142kPa 测量上限＝150kPa 测量下限＝－50kPa ∴ 绝对误差 Δ＝x-L=142-140=2(kPa) 实际相对误差 ％＝ ＝43.11402 ≈?L δ 标称相对误差 ％＝＝41.1142 2≈?x δ 引用误差 ％－－＝测量上限－测量下限＝ 1) 50(1502 ≈?γ 1－10 对某节流元件（孔板）开孔直径d 20的尺寸进行了15次测量，测量数据如下（单位：mm ）： 120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40 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。 答：绝对误差是测量结果与真值之差, 即: 绝对误差=测量值—真值 相对误差是绝对误差与被测量真值之比,常用绝对误差与测量值之比,以百分数表示 , 即: 相对误差=绝对误差/测量值 ×100% 引用误差是绝对误差与量程之比,以百分数表示, 即: 引用误差=绝对误差/量程 ×100%
常用传感器的工作原理及应用
常用传感器的工作原理及应用
3.1.1电阻式传感器的工作原理 应变：物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象 弹性应变：当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变 弹性元件：具有弹性应变特性的物体 3.1.3电阻应变式传感器 电阻应变式传感器利用电阻应变片将应变转换为电阻值变化的传感器。 工作原理：当被测物理量作用于弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生变形，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，引起应变片的电阻值变化，通过测量电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测量的大小。 结构：应变式传感器由弹性元件上粘贴电阻应变片构成。 应用：广泛用于力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量。 1．电阻应变效应 ○
电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。 2．电阻应变片的结构 基片 b l 电阻丝式敏感栅 金属电阻应变片的结构 4．电阻应变式传感器的应用 （1）应变式力传感器 被测物理量：荷重或力 一
二 主要用途：作为各种电子称与材料试验机的 测力元件、 发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。 力传感器的弹性元件：柱式、筒式、环式、悬臂式等 （2）应变式压力传感器 主要用来测量流动介质的动态或静态压力 应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式 弹性元件。 （3）应变式容器内液体重量传感器 感压膜感受上面液体的压力。 （4）应变式加速度传感器 用于物体加速度的测量。 依据：a =F/m 。 3.2电容式传感器 3.2.1电容式传感器的工作原理 由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的 平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为 当被测参数变化使得S 、d 或ε发生变化时， 电容量C 也随之变化。 d S C ε=
传感器原理及其应用考试重点
传感器原理及其应用 第一章传感器的一般特性 1）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。 2）传感器又称变换器、探测器或检测器，是获取信息的工具 广义：传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）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（GB7665-87）：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。 3）传感器的组成： 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某一物理量的元件。 转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。 基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。 4）传感器的静态性能指标 （1）灵敏度 定义: 传感器输出量的变化值与相应的被测量（输入量）的变化值之比, 传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。 ①纯线性传感器灵敏度为常数，与输入量大小无关；②非线性传感器灵敏度与x有关。（2）线性度 定义:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比，称为传感器的“非线性误差”或“线性度”。 线性度又可分为： ①绝对线性度：为传感器的实际平均输出特性曲线与理论直线的最大偏差。 ②端基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差。 端基直线定义：实际平均输出特性首、末两端点的连线。 ③零基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差。 ④独立线性度：以最佳直线作为参考直线的线性度。 ⑤最小二乘线性度：用最小二乘法求得校准数据的理论直线。 （3）迟滞 定义：对某一输入量，传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时的输出量，这一现象称为迟滞。 即：传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。 （4）重复性 定义：在相同工作条件下，在一段短的时间间隔内，同一输入量值多次测量所得的输
传感器原理及工程应用概述
第二章传感器概述 1、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。 2、传感器是由敏感原件和转换原件组成 3、两种分类方法：一种是按被测参数分类，一种是按传感器工作原理分类 4、传感器的基本特性可分为静态特性和动态特性 5、静态特性是指被测量的值处于稳定状态时输入与输出的关系。主要指标有灵敏度、线性度、迟滞、重复性和漂移等。 6、灵敏度是输出量增量ΔY与引起输出量增量ΔY的相应输入量增量ΔX之比。用S表示即S=ΔY\ΔX。 7、线性度是指传感器的输入与输出之间数量关系的线性程度。也叫非线性误差用γL 表示即γL= 8、传感器在相同工作条件下输入量由小到大（正量程）及由大到小（反量程）变化期间输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。迟滞误差用 9、重复性是指传感器在相同的工作条件下输入量按同一方向做全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。最大重复差值 10、漂移是指输入量不变的情况下传感器输出量随着时间变化。产生漂移的原因有两个一是传感器自身结构参数一是周围环境。温度漂移的计算 第三章应变式传感器 1、电阻应变式传感器是以电阻应变片为转换原件的传感器。 2、工作原理是基于电阻应变效应，即导体在外界作用下产生机械变形（拉伸或压缩）是，其电阻值相应发生变化（应变效应）。 3、电阻应变片分为丝式电阻应变片和箔式电阻应变片。 4、电阻在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为变形，而去掉外力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。具有弹性变形特性的物体称为弹性原件。 5、应变片的电阻值是指应变片没有粘贴且未受应变时，在室温下测定的电阻值即初始电阻值。 6、将直的电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，但应变状态不同，应变片敏感栅的电阻变化减小，因而其灵敏系数K较整长电阻丝的灵敏系数K0小，这种现象称为应变片的横向效应。为了减少横向效应产生的测量误差，现在一半多采用箔式应变片。 7、应变片温度误差：由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差。产生的主要因素有以下两个方面：一是电阻温度系数的影响，一是试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。 8、电阻应变片的温度补偿方法：1）线路补偿法2）应变片的自补法9***电阻应变片的测量电路10、压阻效应是指在一块半导体的某一轴向施加一定的压力时，其电阻值产生变化现象， 第四章电感式传感器 1、利用电磁感应原理将被测非电量如、位移、压力、流量、振动等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，这种装置称为电感式传感器。 2、零点残余电压：传感器在零点位移时的输出电压。产生原因主要有以下两点一是由于两电感线圈的电气参数及导磁体几何尺寸不完全对称，因此在两电感线圈上的电压幅值和相位不同，从而形成了零点残余电压的基波分量。一是由于传感器导磁材料磁化曲线的非线性（如铁磁饱和，磁滞损耗）使得激励电流与磁通波形不一致，从而形成了零点残余电压的高次谐波分量。为减小电感式传感器的零点残余电压，可以采取以下措施1）在设计和工艺上，力求做到磁路对称，铁芯材料均匀；要经过热处理以除去机械应力和改善磁性；两线圈毕恭毕敬绕制要均匀，力求几何尺寸与电气特性保持一致。2）在电路上进行补偿。 3、把被测的非电量变化转化为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器。这种传感器
《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 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。 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。 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，如书中图所示。 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。 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 - - ?? === ?? 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=℃、S2=mV、S3=V，求系统的总的灵敏度。 某线性位移测量仪，当被测位移由变到时，位移测量仪的输出电压由减至，求该仪器的灵敏度。
传感器原理及应用习题及答案
第1章 传感器的一般特性 1.1 什么叫传感器？它由哪几部分组成？并说出各部分的作用及其相互间的关系。 1.2 简述传感器的作用和地位及其传感器技术的发展方向。 1.3 传感器的静态特性指什么？衡量它的性能指标主要有哪些？ 1.4 传感器的动态特性指什么？常用的分析方法有哪几种？ 1.5 传感器的标定有哪几种？为什么要对传感器进行标定？ 1.6 某传感器给定精度为2%F·S ，满度值为50mV ，零位值为10mV ，求可能出现的最大误差δ(以mV 计)。当传感器使用在满量程的1/2和1/8时，计算可能产生的测量百分误差。由你的计算结果能得出什么结论? 解：满量程（F?S ）为50﹣10=40(mV) 可能出现的最大误差为： δ＝40?2%=0.8(mV) 当使用在1/2和1/8满量程时，其测量相对误差分别为： % 4%10021408.01=??=γ % 16%10081408 .02=??=γ 结论：测量值越接近传感器（仪表）的满量程，测量误差越小。 1.7 有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数τ和静态灵敏度K 。 1) T y dt dy 5105.1330 -?=+ 式中, y ——输出电压，V ；T ——输入温度，℃。 2) x y dt dy 6.92.44 .1=+ 式中，y ——输出电压，μV ；x ——输入压力，Pa 。 解：根据题给传感器微分方程，得 (1) τ=30/3=10(s)， K=1.5 10 5/3=0.5 10 5(V/℃)； (2) τ=1.4/4.2=1/3(s)， K=9.6/4.2=2.29(μV/Pa)。 1.8 已知一热电偶的时间常数τ=10s ，如果用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540℃至500℃之间接近正弦曲线波动，周期为80s ，静态灵敏度K=1。试求该热电偶输出的最大值和最小值。以及输入与输出之间的相位差和滞后时间。 解：依题意，炉内温度变化规律可表示为 x(t) =520+20sin(ωt)℃ 由周期T=80s ，则温度变化频率f =1/T ，其相应的圆频率 ω=2πf =2π/80=π/40； 温度传感器（热电偶）对炉内温度的响应y(t)为 y(t)=520+Bsin(ωt+?)℃ 热电偶为一阶传感器，其动态响应的幅频特性为 ()()786 010******** 2 2 .B A =??? ? ???π+= ωτ+== ω 因此，热电偶输出信号波动幅值为 B=20?A(ω)=20?0.786=15.7℃ 由此可得输出温度的最大值和最小值分别为 y(t)|m ax =520+B=520+15.7=535.7℃ y(t)|m in =520﹣B=520-15.7=504.3℃ 输出信号的相位差?为 ?(ω)= -arctan(ωτ)= -arctan(2π/80?10)= -38.2? 相应的时间滞后为
传感器原理与应用实验指导书
《传感器原理与应用》实验指导书 朱蕴璞王芳编写 孔德仁审定 南京理工大学 二〇〇九年九月
实验须知 1．传感器实验仪是贵重实验设备，请在每个实验前认真阅读实验指导书，尤
其是每个实验最后的实验注意事项。 2．实验仪器电源的开关原则: 连接测量线路,确认准确无误后，开启仪器电源； 实验完毕，关闭仪器电源，拆除测量线路。 3．稳压电源不可对地短路。 4．实验过程中，心要细、动作要轻，不可有强制性机械动作出现。5．实验严格按操作规程进行，否则，出现损坏责任自负。 6．实验完毕，请一切恢复到实验前的状态，然后离开实验室。
目录 实验一传感器静态标定实验 (3) 实验二应变式传感器特性实验 (10) 实验三电感式、涡流式、电容式、霍尔式位移传感器特性实验 (14) 实验四重量测量实验（选做） (25) 实验五转速测量实验 (29) 实验六温度实验 (34)
实验一 传感器静态标定实验 （注：“压力传感器的静态标定及特性指标的求取”与“光纤位移传感器静态标定及特性指标求取“两实验取其一。） 压力传感器的静态标定及特性指标的求取 1、实验目的 掌握压力传感器静态标定的基本方法以及压力传感器的静态特性指标的求取。 2、实验内容 （1）组建压力测试系统； （2）学习压力测试系统的标定过程； （3）计算压力测试系统静态特性指标。 3、实验原理及方法 4活塞压力计一台，数字万用表一只，动态电阻应变仪一台，压力表一只。 5、实验步骤 （1）反复排除活塞压力计油腔内的空气，最后将压力泵手轮摇出。 （2）把压力传感器装在活塞压力计的联接螺帽上，关闭油杯。 （3）传感器输出接入可调零的桥盒，电桥输出接入数字万用表。当输出量很小，无法直接用万用表测得时，可先将传感器接入动态电阻应变仪桥盒（注意电桥的连接），桥盒的另一端连线接应变仪输入（选择一个通道）；将应变仪专用电源接好；电阻应变仪电压输出接数字万用表。（说明：后者标定是整个系统标定，所求得的指标也为系统指标） （4）压力表指示为零时，开启仪器电源（注意：开启仪器电源前应变仪各通道应处于关闭状态），将应变 图 1 压力传感器标定系统原理框图
传感器原理与工程应用复习题参考答案1
《传感器原理及工程应用》习题答案 第1章 传感与检测技术的理论基础（P26） 1－3 用测量围为－50～150kPa 的压力传感器测量140kPa 的压力时，传感器测得示值为142kPa ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。 解： 已知： 真值L ＝ 140kPa 测量值 x ＝142kPa 测量上限＝150kPa 测量下限＝－50kPa ∴ 绝对误差 Δ＝x-L=142-140=2(kPa) 实际相对误差 ％＝ ＝43.1140 2 ≈?L δ 标称相对误差 ％＝ ＝41.1142 2 ≈?x δ引用误差 ％－－＝测量上限－测量下限＝ 1)50(1502≈?γ
1－10 对某节流元件（孔板）开孔直径d 20的尺寸进行了15次测量，测量数据如下（单位：mm ）： 120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40 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： 对测量数据列表如下： 当n ＝15时，若取置信概率P ＝0.95，查表可得格拉布斯系数G ＝2.41。 则 2072.410.03270.0788()0.104d G mm v σ=?=<=-， 所以7d 为粗大误差数据，应当剔除。然后重新计算平均值和标准偏差。 当n ＝14时，若取置信概率P ＝0.95，查表可得格拉布斯系数G ＝2.37。 则 20 2.370.01610.0382()d i G mm v σ=?=>，所以其他14个测量值中没有坏值。 计算算术平均值的标准偏差 20 0.0043()d mm σσ= = = 20 330.00430.013()d mm σ=?= 所以，测量结果为：20(120.4110.013)()(99.73%)d mm P =±= 1－14 交流电路的电抗数值方程为
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、
传感器原理及应用习题及答案
习题集及答案 第1章概述 1.1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？ 1.2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。 1.3传感器如何分类？按传感器检测的畴可分为哪几种？ 答案 1.1答： 从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 我国国家标准（GB7665—87）对传感器（Sensor/transducer）的定义是：“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”。定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。 1.2答： 组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成； 关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。 1.3答：（略）答： 按照我国制定的传感器分类体系表，传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类，含12个小类。按传感器的检测对象可分为：力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。 第3章电阻应变式传感器 3.1 何为电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？ 3.2 图3-31为一直流电桥，负载电阻R L趋于无穷。图中E=4V，R1=R2=R3=R4=120Ω，试 求：① R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为ΔR1=1.2Ω时，电桥输出电压U0=? ②R1、R2为金属应变片，感应应变大小变化相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U0=? ③R1、R2为金属应变片，如果感应应变大小相反，且ΔR1=ΔR2 =1.2Ω，
传感器原理与应用实验报告
传感器原理与应用 实验报告 分校： 班级： 姓名： 学号：
实验一 电阻应变式传感器实验 实验成绩 批阅教师 一． 实验目的 1．熟悉电阻应变式传感器在位移测量中的应用 2．比较单臂电桥、双臂电桥和双差动全桥式电阻应变式传感器的灵敏度 3．比较半导体应变式传感器和金属电阻应变式传感器的灵敏度 4．通过实验熟悉和了解电阻应变式传感器测量电路的组成及工作原理 二．实验内容 1．单臂电桥、双臂电桥和双差动全桥组成的位移测量电路， 2．半导体应变式传感器位移测量电路。 三．实验步骤 1．调零。开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化。 如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。调零后关闭仪器电源。 2．按图（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R 1、R 2、R 3、和W D 为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R 为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。直流激励电源为±4V 。 图（1） 测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。 3．接线无误后开启仪器电源，预热数分钟。调整电桥W D 电位器，使测试系统输出为零。 1． 旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以悬臂梁水平状态下电路输出电压为零起点，向上和向下移动各6mm ，测微头每移动1mm 记录一 ＋
个差动放大器输出电压值，并列表。2．计算各种情况下测量电路的灵敏度S。S＝△U／△x 表1 金属箔式电阻式应变片单臂电桥 表2 金属箔式电阻式应变片双臂电桥 表3 半导体应变片双臂电桥