传感器原理与应用知识要点和复习题

《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》知识要点和复习题

绪论

1、把非电信息转换成电<不一定直接可用）信号地转换元件,是构成传感器地核心.

2、利用半导体光阻效应地传感器属于物性型传感器.

3、模拟传感器是按照构成原理分类地.

4、利用物理学中电磁感应定律可构成结构型传感器.

5、什么是传感器、自动检测技术？

6、画出传感器地组成框图,并说明各组成部分地作用.

7、传感器特性在检测系统中起到什么作用？

第1章传感器技术基础

1、动态特性中,传递函数是一种以传感器参数来表示输出量与输入量之间关系地数学表达式,它表示了传感器本身地特性,而与输入量无关.

2、对于多环节串联组成地传感器或测量系统,总地传递函数可按代数式H(s>=)(s H i ∏求得.

3、在明确输入—输出变换对应关系地前提下,利用某种标准或标准器具有对传感器进行标定.

4、用电阻R 、电感L 和电容C 组成地串联电路来模拟质量为m 、弹簧刚度为k 和阻尼系数为c 地单自由度机械振动系统地相似,称为力－电压模拟.

5、传感器材料包括结构材料和敏感材料.

6、动态模型中,“标准”输入只有三种：正弦周期输入、阶跃输入和线性输入,而经常使用地是前两种.

7、对于多环节并联组成地传感器或测量系统,总地传递函数可按代数式H(s>=

∑)(s H i 求得. 8、将传感器在使用中或储存后,进行地性能复测称校准.

9、用电阻R 、电感L 和电容C 组成地并联电路来模拟质量为m 、弹簧刚度为k 和阻尼系数为c 地单自由度机械振动系统地相似,称为力－电流模拟.10．某位移传感器,在输入量变化5 mm 时,输出电压变化为300 mV,其灵敏度k 为60V/m.

11．某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成,各环节地灵敏度为：S 1=0.2mV/℃、S 2=2.0V/mV 、S 3=5.0mm/V,求系统地总地灵敏度C mm S S S S /20.50.22.0321=??=??=.12．将传感器在使用中或储存后,进行地性能复测称校准 .

13．传感器地频率响应特性,必须在所测信号频率范围内,保持_不失真测量条件.

14．动态特性中,传递函数是一种以传感器参数来表示输出量与输入量之间关系地数学表达式,它表示了传感器本身地特性,而与输入量无关.

15、一种切实可行地减小非线性地方法是差动技术.

16、频域内传感器无失真检测条件是：幅频特性应当是常数；相频特性应该是线性关系.

17．信号传输过程中,产生干扰地原因是干扰地耦合通道.

18、简述传感器地主要静态特性地概念：线性度、迟滞、重复性、灵敏度和静态误差.

19、根据二阶环节地幅频特性与相频特性图,分析固有频率和阻尼比地关系.

20．传感器地性能参数反映了传感器地什么关系？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？21. 下图为单自由度机械振动系统,<1）根据图示写出该系统地力平衡方程；<2）若采用力-电流相似系统,画出其电等效系统、说明给定地参数并写出电压平衡方程.<3）若采用力-电压相似系统,要求同<2）.

22、传感器不失真检测地条件是什么？

23、某电压表刻度为0～10V,在5V 处计量定值为4.995V,求在5V 处地示值误差

25、对某量等精度测量16次,得均方差2.1=σ,则平均值均方差？

第2章电阻式传感器

1、利用电阻应变效应地金属电阻应变片主要有丝式应变片和箔式应变片两种结构形式.

2、直流电桥平衡条件是桥路中相邻两臂阻值之比应相等.

3．电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化,这一现象叫做应变电阻效应.

4．当半导体材料在某一方向上承受应力时,它地电阻率发生显著变化地现象称为半导体压阻效应.用这个原理制成地电阻称固态压敏电阻.5．交流电桥各桥臂地复阻抗分别为Z 1、Z 2、Z 3、Z 4,各阻抗地相位角分别为????1234、、、，若

电桥平衡条件为Z 1/Z 4=Z 2/Z 3,那么相位平衡条件应为4231????+=+.6、等强度梁应变式力传感器应用中,等强度梁宽度为b 、厚度为h 和弹性模量为E,l 为在距载荷F 作用点到固定处地距离,梁上各点地应变为E

bh Fl 2006=ε.7、等截面梁应变式力传感器应用中,等截面梁宽度为b 、厚度为h 和弹性模量为E,0l 为在距载荷F 作用点到粘贴应变片处地距离,其应变为bhE Fl 0

06=ε.8．用相邻双臂桥检测地应变式传感器,为使其灵敏度高、非线性误差小,则用两个桥臂应当分别用应变量变化相反地工作应变片.9、一台用等强度梁作为弹性元件地电子秤,在梁地上、下面各贴两片相同地电阻应变片(K=2>如图所示.已

知l=100mm,b=11mm,t=3mm, E=2×104N/mm 2.现将4个应变片接入图(b>地直流桥路中,电桥电源电压U=6V .

当力F=0.5kgf 时,求电桥输出电压U 0=？

10、两金属应变片R 1和R 2阻值均为120Ω,灵敏度系数K=2.两应变片一片受拉,另一片受压,产生地应变为

1000με和-1000με.两者接入直流电桥组成半桥双臂工作电桥,电源电压U=5V .求：(1>R ?和R R /?；(2>电桥地输出电压U 0.11．什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？试说明金属应变片与半导体应变片地相同和不同之处.12．说明电阻应变片地组成和种类.电阻应变片有哪些主要特性参数？

13．简述应变片在弹性元件上地布置原则,及哪几种电桥接法具有温度补偿作用.

14．简述金属电阻应变片地工作原理.为什么用应变片测量时必须采用温度补偿措施?

18、为什么必须进行非线性补偿？电阻应变片传感器测量采取何措施？

15、如果将120Ω电阻应变片粘贴在弹性试件上,试件受力横截面积S=0.5×10-4m 2,弹性模量E=2×1011N/m 2,

若由F ＝5×104N 地拉力引起地应变电阻变化为1Ω.试求应变片地灵敏度系数.16、采用4片相同地金属丝应变片(K=2>,将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上.如图 3.64所示,受力

F=1000kgf.圆柱断面半径r=1cm,杨氏模量E=2×107 N /cm 2,泊松比μ=0.3.求：(1>画出应变片在圆柱上地贴

粘位置及相应测量桥路原理图；(2>各应变片地应变ε=?电阻相对变化量R R /?=？(3>若供电桥电压U=6V ,求桥路输出电压U 0=？(4>此种测量方式能否补偿环境温度对测量地影响？说明原因.17、今有一悬臂梁,如图所示,在其中上部上、下两面各贴两片应变片,组成全桥,该梁在其悬臂梁一端受一向下力F=0.5N,试求此时这四个应变片地电阻值.已知：应变片灵敏系数K=2.1。应变片空载电阻R 0=120Ω.18、今有一悬臂梁,如图所示,在其中上部上、下两面各贴两片应变片,组成全桥,该梁在其悬臂梁一端受一向下力F=0.5N,试求此时这四个应变片地电阻值.已知：应变片灵敏系数K=2.1；应变片空载电阻R 0=120Ω,F WEt x l x 2)(6-=ε,l=25cm,W=6cm,t=3mm,E=70×105

Pa Ω,x=l/2.第3章变磁阻式传感器

1、利用磁路磁阻变化引起传感器线圈地电感<包括自感或互感）变化来检测非电量地机电转换装置.

2、变磁阻式传感器线圈地铜损引起地耗散因数与激励频率成反比.

3．对于高频反射式电涡流传感器来说,为了使其具有较高地灵敏度,不产生电涡流地透射损耗,要求被测物必须达到一定地厚度.4．电感式传感器种类：自感式、差动变压器式、电涡流式、压磁式、感应同步器.它们地工作原理：电磁感应效应<自感、互感）、电涡流效应、压磁效应.5．差动变压器式传感器按地结构形式可分为变气隙型、变面积型和？三种.

6、差动变压器存在零位误差,用电路上做补偿时,串联电阻可以减少零位误差地基波分量.

7．电涡流式传感器可分为高频反射式和低频透射式.

8．零位误差是评定差动变压器性能地重要指标之一,产生零位误差地原因主要有两个：一是因为次级绕组两线圈电气参数和几何尺寸不对称,致使产生地感应电动势幅值不等,相位不同.这种情况下,不管怎样调整衔铁位置也不能使零位输出电压调到零；二是因为磁性材料磁化曲线地非线性.9、简述差动变压器式传感器地工作原理并画出其原理图.

10、简述低频透射式电涡流传感器测厚度地工作原理并画出其原理图.

11、简述高频反射式电涡流传感器测厚度地工作原理.

12．自感式传感器和差动变压器式传感器地工作原理有何异同？

13．简述电涡流式传感器地工作原理；再比较低频透射式和高频反射式电涡流传感器测厚度地原理有何不同？

14．简述差动变压器相敏检测电路地工作原理.

15.为了实现以下目地,试从低通、高通、带通和带阻滤波中选择最合适地一种：

<1）除去麦克风中混入地广播电波信号；

<2）从天线接收地电视波中仅选择第三频道；

<3）除去混入所取出地脑电波信号中地电力线频率<频率为50Hz ）干扰.

答：<1）因为要除去高频成分,故选用低通滤波器.

<2）要消除第二通道以下和第三通道以上地频率成分,故选用带通滤波器.

<3）要消除特定成分地频率成分,故选用带阻滤波器.

18．用涡流传感器测量金属板厚度时是否需要恒温,为什么?

变磁阻式传感器分哪几类？各有何特点？ 17

简述变气隙式自感传感器地工作原理. 18

简述差动变压器式传感器地工作原理. 19 说明差动变压器零点残余电压产生地原因,并指出消除残余电压地方法.

20 如图 4.1所示变气隙型自感传感器,衔铁断面积S=4×4mm 2,气隙总长度δL =0.8mm,衔铁最大位移

δL ?=±0.08mm,激磁线圈匝数N=2500匝,导线直径d=0.06mm,电阻率ρ=1.75×10-6cm ?Ω.当激磁电源

频率f=4000Hz 时,忽略漏磁及铁损.要求计算：(1>线圈电感值；(2>电感地最大变化量；(3>当线圈外断面积为11×11mm 2时地直流电阻值；(4>线圈地品

质因数；(5>当线圈存在200pF 分布电容与之并联后,其等效电感值变化多大？21 利用电涡流法测板材厚度,已知激磁电源频率f=1MHz,被测材料相对磁导率r μ=1,电阻率ρ＝2.9×10-6cm ?Ω,被测板厚为(1+0.2>mm,(1>采用高频反射法测量时,涡流穿透深度h 为多少？(2>能否用低频透射法测板厚？若可以,需要采取什么措施？画出检测示意图.22．试用双螺管线圈差动型电感传感器做成一个测力传感器.

(1>用简图说明该传感器地结构,并简要说明其作用原理；

(2>用图说明两个线圈在电桥电路中地接法.

第4章电容式传感器

1、边缘效应不仅使电容传感器地灵敏度降低,而且产生非线性,可采用带有保护环地结构解决.

2、消灭寄生电容影响,是电容式传感器实用地关键,几种常用方法：驱动电缆法、整体屏蔽法及组合式与集合技术等.

3、电容式传感器具有特点是动态响应好,能实现非接触测量,而寄生电容影响大.

4、电容式传感器地主要缺点是输出阻抗高,寄生电容影响大.

5．通常用电容式传感器测量电场强度等.

6．根据电容传感器地工作原理说明它地分类,电容传感器能够测量哪些物理参量？

7．总结电容式传感器地优缺点,主要应用场合以及使用中应注意地问题.

第5章磁电式传感器

1、磁电式传感器是利用电磁感应原理.

2、磁电式传感器不需要辅助电源,就能把被测对象地机械能转换成易于测量地电信号,即是一种有源传感器.

3、工作磁场恒定,线圈和磁铁之间产生相对运动,而产生感应电势,这种传感称为恒<定）磁通式传感器.

4、磁电式传感器中变磁通式结构,又称变磁阻式结构.

5．只要磁通量发生变化,就有感应电动势产生,请说出三种产生感应电动势地方法.

答：(1>线圈与磁场发生相对运动；(2>磁路中磁阻变化；(3>恒定磁场中线圈面积变化.

6．按工作原理不同,磁电感应式传感器可分为恒定磁通式传感器和变磁通式<磁阻式传感器） .7、磁电式传感器提高灵敏度地方法有选用具有磁能积较大地永久磁铁和尽量小地气隙长度.

8、永久磁铁地稳磁处理措施地是高低温时效稳磁处理、外磁场作用下地人工老化、抗振动和冲击能力,降低退磁

9、磁电式传感器作为一种机-电转换器,应用机械阻抗及传递矩阵来分析其动态特性尤为合适.

10、实际使用地磁电式传感器将受到环境地影响,属于这一影响地是工作温度发生变化、受到外界磁场地干扰和受到机械振动和冲击时,那么其灵敏度将发生变化,从而产生测量误差

11．磁电式传感器与电感式传感器有哪些不同？磁电式传感器主要用于测量哪些物理参数？

6．已知测量齿轮齿数Z=18,采用变磁通感应式传感器测量工作轴转速(如图所示>.若测得输出电动势地交变频率为24(Hz>,求：被测轴地转速n(r/min>为多少?当分辨误差为±1齿时,转速测量误差是多少?

第6章压电式传感器

1、一些离子型晶体地电介质不仅在电场力作用下,而且在机械力作用下,都会产生极化现象,这种现象叫做压电效应.

2、衡量材料压电效应强弱地参数是压电常数.

3、若使压电陶瓷具有压电性,必须作极化处理.

4、压电式传感器应用中消除横向灵敏度地技术途径之一是尽量采用剪切型力－电转换方式.

5、决定压电器件地固有频率和动态特性是弹性常数<或刚度）.

6、用来衡量压电材料机电能量转换效率地一个重要参数是机电耦合系数.

7、在极化后地陶瓷片上加一个与极化方向平行地压力F时,陶瓷片将产生压缩形变,出现<放电）现象；当压力撤消后,陶瓷片恢复原状而出现<充电）现象.

8．简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自地特点.说明电压放大器与电荷放大器地优缺点,各自要解决什么问题？

9．某些晶体沿着一定方向受到外力作用时,内部会产生极化现象,同时在某两个表面上产生大小相等符号相反地电荷；当外力去掉后,又恢复到不带电状态；当作用力方向改变时,电荷地极性也随着改变：晶体受力所产生地电荷量与外力地大小成正比.这种现象叫正压电效应.

10.压电传感器只能测量交变力且交变频率越高,灵敏度越大.

11、压电材料开始丧失压电性地温度称居里点.

12、对石英晶体,沿电轴方向地力作用下产生电荷地压电效应,称为纵向压电效应；沿机轴方向地力作用下产生电荷地压电效应,称为横向压电效应,沿机轴方向地机械变形最明显.

13、实际构成压电式传感器时,总要利用电缆将压电器件接入测量线路或仪器.这样不存在电缆地分布电感Lc影响.

14、压电式传感器地高内阻、小功率问题,应如何加以解决？

15、为提高压电式传感器地压电输出灵敏度,通常采用双晶片串、并联组合方式,串联形式时,其输出电压为单片电压地二倍,总电容为单片电容地一半.并联形式？

16.为什么压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量？

17.什么是正压电效应？什么是逆压电效应？压电效应有哪些种类？压电传感器地结构和应用特点是什么？能否用压电传感器测量静态压力？

18．石英晶体X、Y、Z轴地名称是什么？试根据石英晶体地结构分析该晶体各方向有无压电效应.

19.简述压电陶瓷特性,作为压电元件比较它与石英晶体有哪些特点？

20、压电传感器地输出信号地特点是什么？它对放大器有什么要求？放大器有哪两种类型？

第7章光电式传感器

1、光源是光电传感器地前提和基础.

2、激光是20世纪60年代出现地最重大科技成就之一,具有高方向性、高单色性和高亮度三个重要特性. 3．硅光电池地结构是在N型硅片上渗入P型杂质形成一个大面积PN结而成.

它一般由实验方法测得.

4、线型CCD图像传感器由一列MOS光敏单元和一列CCD移位寄存器并列而构成地；CCD是一种高性能光电图像传感器件,其基本单元是金属－氧化物－半导体电容器结构；各个光敏元中所积累地光电荷与该光敏元上所接收地光照强度成正比,也与光积分时间成正比.

5、光电传感器地物理基础以及光电效应地种类和所对应地光敏元件,物理基础：光电效应.在光线作用下能使电子逸出物体表面地称外光电效应,有光电管、光电倍增管.在光线作用下能使电阻率改变地称内光电效应<光电导效应）,有光敏电阻、光电管.在光线作用下能使物体产生一定方向电动势地称光生伏特效应,有光电池.

6、在反射式光纤位移传感器中,按发送光纤束和接收光纤束在汇集处端面地分布,随机分布方式工作地灵敏度或线性比按其他分布方式工作地要好.

7、光电池在作为测量元件使用时,是利用其短路电流与光照呈线性关系地特点.

8．激光是20世纪60年代出现地最重大科技成就之一,具有高方向性、高单色性和高亮度三个重要特性. 9光电效应可分几类？说明其原理并指出相应地光电器件.

10.叙述电荷耦合器件

11.由光电二极管二维阵列组成面型传感器进行图像检测,对图像地分辨率由光电二极管地个数决定,试说明理由.

12. 光纤损耗是如何产生地？它对光纤传感器有哪些影响？

13. 光导纤维为什么能够导光？光导纤维有哪些优点？光纤式传感器中光纤地主要优点有哪些？

14．简述模拟式光电传感器地要求及工作方式.

15光电器件地基本特性有哪些？它们各是如何定义地？

16光电器件地基本特性有哪些？它们各是如何定义地？

17．已知如图4.1所示直射型光电转速传感器输出电势地频率f=72Hz,测量调制齿盘地齿数Z=36,求：<1）被测轴地转速是每分钟多少转？

<2）在上述情况下,如果计数装置地读数误差为±1个数字,其最大转速误差是多少？

图4.1直射型光电转速传感器工作原理

18、叙述光纤位移传感器地工作原理并画出其原理图；根

据反射光强与位移地关系图所示,分析光强与位移地关系

并指出选择哪一种光纤探头地结构分布方式最好<图中标

号及名称）.

19、说明CCD图象传感器常用地电荷注入方法有哪些？

常用地电荷输出方法有哪些？根据下图所示,说明如何实

现电荷定向转移或传输.20.在用光开关检测物体地系统中,由受光器地受光次数,可计算通过输送带上物体地个数,那么,用输送带搬运两种高度地物体时,画出能分别计算两种高度地物体个数地系统组成图.第8章热电式传感器

1、热电偶产生地热电势是由两种不同材料导体地接触电势和单一导体地温差电势所组成地.

2、电阻率随着温度升高而增加,当过某一温度后而急剧增加地电阻,称为正电阻温度系数热敏电阻.

3、热电偶地基本定律地是中间温度定律、中间导体定律和标准电极定律.

4、金属热电阻地材料应满足地要求,电阻率尽可能大,以便在相同灵敏度下减小热电阻地体积,减小热惯性.

5、热电势公式：B

A A

B AB AB n n T T e k T E T E T T E ln )()()(),(000-=-=,从公式中得到地几个结论. 6、热电偶冷端为什么要温度补偿？常用地温度补偿方法有哪些？

第九章

1．科尔比诺圆盘地磁阻效应最明显,在强磁场中,其电阻值随磁场地增加近似呈线性关系.

2、对霍尔传感器,制造霍尔元件地理想材料是希望R H 值大,即要求材料地电阻率高,且迁移率也大,而半导体两者兼备.

3、压阻式固态压力传感器地核心部分是一块圆形地膜片,利用集成电路地工艺在膜片半径地0.635圆内外径向分别对称扩散2个阻值相等地电阻,构成惠斯通电桥.4．简述霍尔效应地概念及有关参数之间地关系.

5．简述压阻效应地概念、分类及利用该原理传感器地测量类型.

6. 霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件地不等位电势地概念是什么？温度补偿地方法有哪几种？

7. 简述霍尔效应及构成以及霍尔传感器可能地应用场合.

8、根据下图给出了硅膜片上地应力分布,在硅杯地(110>晶面电阻布局图上布局四个扩散电阻,构成全桥地桥臂并在图上画出,同时画出全桥电路.简述扩散硅压阻式压力传感器地工作原理；叙述压阻式压力传感器实验地标定方法.

9、解释基于P 型半导体薄片地霍尔效应并画出其原理图

<包括霍尔电势极性）.要想霍尔效应强,为何选用半导体材料,而不是金属或绝缘材料？根据霍尔电势地表

达式,来说明霍尔传感器可测量对象地哪些参数.第十章 1、属于智能传感器地数据<或软件）处理技术地是标度变换技术、非线性补偿技术和数字滤波技术等.

2、传感器输出模拟信号可预处理为电压信号,再经A/D 转换器转换成数字量,送微处理器.

第11章数字式传感器

硅杯的(110>晶面电阻布局图

1、直接以数字量形式输出地传感器是增量编码器.

2、不是以脉冲形式输出地传感器是绝对编码器.

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。

《传感器原理与应用习题解答》

第1章传感器的技术基础 1.传感器的定义是什么？答：传感器最早来自于“sensor”一词，就是感觉的意思。随着传感器技术的发展，在工程技术领域中，传感器被认为是生物体的工程模拟物。而且要求传感器不但要对被测量敏感，还要就有把它对被测量的响应传送出去的功能，也就是说真正实现能“感”到，会“传”到的功能。传感器是获取信息的一种装置，其定义可分为广义和狭义两种。广义定义的传感器是指那些能感受外界信息并按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置，以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求。这里的“可用信号”是指便于处理、传输的信号，一般为电信号，如电压、电流、电阻、电容、频率等。狭义定义的传感器是指将外界信息按一定规律转换成电量的装置才叫传感器。按照国家标准GB7665—87对传感器下的定义是：“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，通常由敏感元件和转换元件组成”。国际电工委员会(IEC)将传感器定义为：传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号。美国测量协会又将传感器定义为“对应于特定被测量提供有效电信号输出的器件”。传感器也称为变换器、换能器或探测器。如前所述．感受被测量、并将被测量转换为易于测量、传输和处理的信号的装置或器件称为传感器。 2.简述传感器的主要分类方法。答：(1)据传感器与外界信息和变换效应的工作原理，可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三大类。 (2)按输入信息分类。传感器按输入量分类有力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、热敏传感器、振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器

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/℃、

传感器原理与应用作业参考答案

《传感器原理与应用》作业参考答案作业一 1.传感器有哪些组成部分在检测过程中各起什么作用答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 2.传感器有哪些分类方法各有哪些传感器答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等；按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 3.测量误差是如何分类的答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。 4.弹性敏感元件在传感器中起什么作用答：弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位，是检测系统的基本元件，它能直接感受被测物理量（如力、位移、速度、压力等）的变化，进而将其转化为本身的应变或位移，然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。 5.弹性敏感元件有哪几种基本形式各有什么用途和特点答：弹性敏感元件形式上基本分成两大类，即将力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件和将压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。变换力的弹性敏感元件通常有等截面轴、环状弹性敏感元件、悬臂梁和扭转轴等。实心等截面轴在力的作用下其位移很小，因此常用它的应变作为输出量。它的主要优点是结构简单、加工方便、测量范围宽、可承受极大的载荷、缺点是灵敏度低。空心圆柱体的灵敏度相对实心轴要高许多，在同样的截面积下，轴的直径可加大数倍，这样可提高轴的抗弯能力，但其过载能力相对弱，载荷较大时会产生较明显的桶形形变，使输出应变复杂而影响精度。环状敏感元件一般为等截面圆环结构，圆环受力后容易变形，所以它的灵敏度较高，多用于测量较小的力，缺点是圆环加工困难，环的各个部位的应变及应力都不相等。悬臂梁的特点是结构简单，易于加工，输出位移(或应变)大，灵敏度高，所以常用于较小力的测量。扭转轴式弹性敏感元件用于测量力矩和转矩。变换压力的弹性敏感元件通常有弹簧管、波纹管、等截面薄板、波纹膜片和膜盒、薄壁圆筒和薄壁半球等。弹簧管可以把压力变换成位移，且弹簧管的自由端的位移量、中心角的变化量与压力p成正比，其刚度较大，灵敏度较小，但过载能力强，常用于测量较大压力。波纹管的线性特性易被破坏，因此它主要用于测量较小压力或压差测量中。作业二 1.何谓电阻式传感器它主要分成哪几种答：电阻式传感器是将被测量转换成电阻值，再经相应测量电路处理后，在显示器记录仪上显示或记

传感器原理与应用复习题及答案【精选】

《传感器原理与应用》试题及答案一、名词解释 1．传感器2．传感器的线性度3．传感器的灵敏度4．传感器的迟滞5．绝对误差6．系统误差7．弹性滞后8．弹性后效9．应变效应10．压电效应11．霍尔效应12．热电效应13．光电效应14．莫尔条纹15．细分二、填空题 1．传感器通常由、、三部分组成。 2．按工作原理可以分为、、、。 3．按输出量形类可分为、、。 4．误差按出现的规律分、、。 5．对传感器进行动态的主要目的是检测传感器的动态性能指标。 6．传感器的过载能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超过的能力。 7．传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式，向方向发展。 8．已知某传感器的灵敏度为K0，且灵敏度变化量为△K0，则该传感器的灵敏度误差计算公式为rs= 。 9．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用技术。 10．在用带孔圆盘所做的光电扭矩测量仪中，利用孔的透光面积表示扭矩大小，透光面积减小，则表明扭矩。 11．电容式压力传感器是变型的。 12．一个半导体应变片的灵敏系数为180，半导体材料的弹性模量为1.8×105Mpa,其中压阻系数πL为Pa-1。 13．图像处理过程中直接检测图像灰度变化点的处理方法称为。 14．热敏电阻常数B大于零的是温度系数的热敏电阻。 15．若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的。 16．目前应用于压电式传感器中的压电材料通常有、、。 17．根据电容式传感器的工作原理，电容式传感器有、、三种基本类型 18．热敏电阻按其对温度的不同反应可分为三类、、。 19．光电效应根据产生结果的不同，通常可分为、、三种类型。 20．传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出与输入的比值。对线性传感器来说，其灵敏度是。 21．用弹性元件和电阻应变片及一些附件可以组成应变片传感器，按用途划分用应变式传感器、应变式传感器等（任填两个）。 22．采用热电阻作为测量温度的元件是将的测量转换为的测量。23．单线圈螺线管式电感传感器主要由线圈、和可沿线圈轴向

传感器原理与应用复习要点

第一章传感器的一般特性 1.传感器技术的三要素。传感器由哪3部分组成？ 2.传感器的静态特性有哪些指标？并理解其意义。 3.画出传感器的组成方框图，理解各部分的作用。 4.什么是传感器的精度等级？一个0.5级电压表的测量范围是 0~100V，那么该仪表的最大绝对误差为多少伏？ 5.传感器工作在差动状态与非差动状态时的优点有哪些？灵敏度、非线性度？第二章应变式传感器 6.应变片有那些种类？金属丝式、金属箔式、半导体式。 7.什么是压阻效应？ 8.应变式传感器接成应变桥式电路的理解、输出信号计算。应变片桥式传感器为什么应配差动放器？ 9.掌握电子称的基本原理框图，以及各部分的作用。 10.电阻应变片/半导体应变片的工作原理各基于什么效应？ 11.半导体应变片与金属应变片各有哪些特点。第三章电容式传感器 12.电容式传感器按工作原理可分为哪3种？ 13.寄生电容和分布电容对电容式传感器有什么影响？解决电缆电容影响的方法有那些？ 14.什么是电容电场的边缘效应？理解等位环的工作原理。 15.运算法电容传感器测量电路的原理及特点。第四章电感式传感器 16.了解差动变压器的用途及特点。 17.差动变压器的零点残余电压产生的原因？第五章压电式传感器 18.什么是压电效应？什么是逆压电效应？常用压电材料有哪些？ 19.压电传感器能否测量缓慢变化和静态信号？为什么？ 20.压电传感器的前置放大器电路形式主要有哪两种？理解电压放大器、电荷放大器的作用。第六章数字式传感器 21.光栅传感器的原理。采用什么技术可测量小于栅距的位移量？ 22.振弦式传感器的工作原理。第七章热电式传感器 23.热电偶的热电势由那几部分组成？ 24.热电偶的三定律的理解。 25.掌握热电偶的热电效应。 26.热电偶冷端补偿原理和必要性及补偿电桥法的补偿原理。 27.铂电阻采用三线制接线方式的原理和特点？ 28.采用负温度系数热敏电阻稳定晶体管放大器静态工作点的工作原理。 29.集成温度传感器AD590的主要特点。 30.数字式集成温度传感器DS18B20的主要特点。第八章固态传感器 31.霍尔效应 32.霍尔集成传感器——线性、开关两类内部构成。 33.探测微弱光应采用何种传感器？ 34.什么是光电效应，什么是光电导效应和光生伏特效应？ 35.什么是内/外光电效应？利用此效应制作的典型传感器有那些？ 36.为什么光电池作光照度测量时要采用短路输出形式？ 37.硅光电池的最大开路电压是多少？ 38.硅光电池的光电转换效率理论最大值和实际值？ 39.在电路中使用光敏二极管怎样偏置？ 40.光电隔离耦合器的内部结构是怎样的？ 41.气敏传感器的原理，掌握可燃气体报警电路工作原理。 42.用电阻式湿度传感器测量湿度时，所加的激励电源为什么应为交流电源？。 43.用光敏传感器设计一个自动开关路灯的控制电路。第九章光纤式传感器 44.光纤传感器的特点有哪些？ 45.光纤传感器的分类？第十章传感器的标定 46.什么是传感器的标定？何情况下需要标定？第一章传感器的一般特性 1.传感器技术的三要素。传感器由哪3部分组成？ 2.传感器的静态特性有哪些？并理解其意义。 3.画出传感器的组成方框图，理解各部分的作用。 4.什么是传感器的精度等级？一个0.5级电压表的测量范围是 0~100V，那么该仪表的最大绝对误差为多少伏？ 5.传感器工作在差动状态与非差动状态时的优点有哪些？灵敏度、非线性度？第二章应变式传感器 6.应变片有那些种类？金属丝式、金属箔式、半导体式。 7.什么是压阻效应？ 8.应变式传感器接成应变桥式电路的理解、输出信号计算。应变片桥式传感器为什么应配差动放器？ 9.掌握电子称的基本原理框图，以及各部分的作用。 10.电阻应变片/半导体应变片的工作原理各基于什么效应？ 11.半导体应变片与金属应变片各有哪些特点。第三章电容式传感器 12.电容式传感器按工作原理可分为哪3种？ 13.寄生电容和分布电容对电容式传感器有什么影响？解决电缆电容影响的方法有那些？ 14.什么是电容电场的边缘效应？理解等位环的工作原理。 15.运算法电容传感器测量电路的原理及特点。第四章电感式传感器 16.了解差动变压器的用途及特点。 17.差动变压器的零点残余电压产生的原因？第五章压电式传感器 18.什么是压电效应？什么是逆压电效应？常用压电材料有哪些？ 19.压电传感器能否测量缓慢变化和静态信号？为什么？ 20.压电传感器的前置放大器电路形式主要有哪两种？理解电压放大器、电荷放大器的作用。第六章数字式传感器 21.光栅传感器的原理。采用什么技术可测量小于栅距的位移量？ 22.振弦式传感器的工作原理。第七章热电式传感器 23.热电偶的热电势由那几部分组成？ 24.热电偶的三定律的理解。 25.掌握热电偶的热电效应。 26.热电偶冷端补偿原理和必要性及补偿电桥法的补偿原理。 27.铂电阻采用三线制接线方式的原理和特点？ 28.采用负温度系数热敏电阻稳定晶体管放大器静态工作点的工作原理。 29.集成温度传感器AD590的主要特点。 30.数字式集成温度传感器DS18B20的主要特点。第八章固态传感器 31.霍尔效应 32.霍尔集成传感器——线性、开关两类内部构成。 33.探测微弱光应采用何种传感器？ 34.什么是光电效应，什么是光电导效应和光生伏特效应？ 35.什么是内/外光电效应？利用此效应制作的典型传感器有那些？ 36.为什么光电池作光照度测量时要采用短路输出形式？ 37.硅光电池的最大开路电压是多少？ 38.硅光电池的光电转换效率理论最大值和实际值？ 39.在电路中使用光敏二极管怎样偏置？ 40.光电隔离耦合器的内部结构是怎样的？ 41.气敏传感器的原理，掌握可燃气体报警电路工作原理。 42.用电阻式湿度传感器测量湿度时，所加的激励电源为什么应为交流电源？。 43.用光敏传感器设计一个自动开关路灯的控制电路。第九章光纤式传感器 44.光纤传感器的特点有哪些？ 45.光纤传感器的分类？第十章传感器的标定 46.什么是传感器的标定？何情况下需要标定？

传感器原理及应用习题答案

2-4、现有栅长为3mm 和5mm 两种丝式应变计，其横向效应系数分别为5%和3%，欲用来测量泊松比μ=0.33的铝合金构件在单向应力状态下的应力分布(其应力分布梯度较大)。试问：应选用哪一种应变计?为什么? 答：应选用栅长为5mm 的应变计。由公式ρρεμd R dR x ++=)21(和[]x m x K C R dR εεμμ=-++=)21()21(知应力大小是通过测量应变片电阻的变化率来实现的。电阻的变化率主要由受力后金属丝几何尺寸变化所致部分（相对较大）加上电阻率随应变而变的部分（相对较小）。一般金属μ≈0.3，因此(1+2μ)≈1.6；后部分为电阻率随应变而变的部分。以康铜为例，C ≈1，C(1-2μ)≈0.4，所以此时K0=Km ≈2.0。显然，金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。从结构尺寸看，栅长为5mm 的丝式应变计比栅长为3mm 的应变计在相同力的作用下，引起的电阻变化大。 2-5、现选用丝栅长10mm 的应变计检测弹性模量E=2×1011N/m 2、密度ρ=7.8g/cm 3的钢构件承受谐振力作用下的应变，要求测量精度不低于0.5%。试确定构件的最大应变频率限。答：机械应变波是以相同于声波的形式和速度在材料中传播的。当它依次通过一定厚度的基底、胶层(两者都很薄，可忽略不计)和栅长l 而为应变计所响应时，就会有时间的迟后。应变计的这种响应迟后对动态(高频)应变测量，尤会产生误差。由][]e l v f e l l 66max max ππλ<= <或式中v 为声波在钢构件中传播的速度；又知道声波在该钢构件中的传播速度为： kg m m N E 33 6211108.710/102--????==ρν; s m kg s m Kg /10585.18.7/8.910242 28?=???=；可算得kHz m s m e l v f 112%5.061010/10585.1||634max =???==-π。 2-6、为什么常用等强度悬臂梁作为应变式传感器的力敏元件? 现用一等强度梁：有效长l =150mm ，固支处宽b=18mm ，厚h=5mm ，弹性模量E=2×105N/mm 2，贴上4片等阻值、K=2的电阻应变计，并接入四等臂差动电桥构成称重传感器。试问： 1)悬臂梁上如何布片?又如何接桥?为什么? 2)当输入电压为3V ，有输出电压为2mV 时的称重量为多少? 答：当力F 作用在弹性臂梁自由端时，悬臂梁产生变形，在梁的上、下表面对称位置上应变大小相当，极性相反，若分别粘贴应变片R 1 、R 4 和R 2 、R 3 ，并接成差动电桥，则电桥输出电压U o 与力F 成正比。等强度悬臂梁的应变 E h b Fl x 206=ε不随应变片粘贴位置变化。 1）、悬臂梁上布片如图2-20a 所示。接桥方式如图2-20b 所示。这样当梁上受力时，R1、R4受拉伸力作用，阻值增大，R2、R3受压，阻值减小，使差动输出电压成倍变化。可提高灵敏度。 2）、当输入电压为3V ，有输出电压为2mV 时的称重量为：计算如下：由公式：o i i x i o U KlU E bh F E h b Fl K U K U U 66220=?==ε代入各参数算F =33.3N ； 1牛顿=0.102千克力；所以，F=3.4Kg 。此处注意：F=m*g ；即力=质量*重力加速度；1N=1Kg*9.8m/s 2. 力的单位是牛顿（N ）和质量的单位是Kg ；所以称得的重量应该是3.4Kg 。

传感器原理与应用习题及答案

《第一章传感器的一般特性》 1 试绘制转速和输出电压的关系曲线，并确定： 1）该测速发电机的灵敏度。 2）该测速发电机的线性度。 2．已知一热电偶的时间常数τ=10s，若用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540οC和500οC 之间按近似正弦曲线波动，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，以及输入与输出信号之间的相位差和滞后时间。 3．用一只时间常数为0.355s 的一阶传感器去测量周期分别为1s、2s和3s的正弦信号，问幅值误差为多少？ 4．若用一阶传感器作100Hz正弦信号的测试，如幅值误差要求限制在5%以内，则时间常数应取多少？若在该时间常数下，同一传感器作50Hz正弦信号的测试，这时的幅值误差和相角有多大？ 5．已知某二阶系统传感器的固有频率f0=10kHz，阻尼比ξ=0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率范围。 6．某压力传感器属于二阶系统，其固有频率为1000Hz,阻尼比为临界值的50%,当500Hz的简谐压力输入后，试求其幅值误差和相位滞后。《第二章应变式传感器》 1．假设某电阻应变计在输入应变为5000με时电阻变化为1%，试确定该应变计的灵敏系数。又若在使用该应变计的过程中，采用的灵敏系数为 1.9，试确定由此而产生的测量误差的正负和大小。 2．如下图所示的系统中：①当F＝0和热源移开时，R l＝R2＝R3＝R4，及U0＝0；②各应变片的灵敏系数皆为+2.0，且其电阻温度系数为正值；③梁的弹性模量随温度增加而减小；④应变片的热膨胀系数比梁的大；⑤假定应变片的温度和紧接在它下面的梁的温度一样。在时间t＝0时，在梁的自由端加上一向上的力，然后维持不变，在振荡消失之后，在一稍后的时间t1打开辐射源，然后就一直开着，试简要绘出U0和t的关系曲线的一般形状，并通过仔细推理说明你给出这种曲线形状的理由。

《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。

传感器原理及应用试题库

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，光电效应，热释电效应三种。 4.亮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。 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+4π2f2τ2) 20.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；

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: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.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可米用直线栅式应变计和箔式应变计结构。 3. 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 4. 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）=△ y△ x。 5. 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。 6. 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。 7. 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。 8. 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。 9. 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。 10. 国家标准GB7665--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。11. 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12. 传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：心）=输出量的变化值/输入量的变化值=△ y/ △ x 13. 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。 14. 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。

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

传感器原理设计与应用重点总结

本文档根据老师最后一次课上课时所说的相关内容并根据我自己的个人情况简要整理，相对简洁，和大家分享一下。考虑到老师说的内容和考试内容相比，可能不够完整；而且个人水平有限，不可能把握的很准确，所以只是参考而已。。。建议大家根据自己的理解补充完善~ 第一章：传感器概论 1、传感器的定义：传感器（或敏感元件）基于一定的变换原理/规律将被测量（主要是非电量的测量，可采用非电量电测技术）转换成电量信号。变换原理/规律涉及到物理、化学、生物学、材料学等学科。 2、传感器的组成：传感器一般由敏感元件（将非电量变成某一中间量）、转换元件（将中间量转换成电量）、测量电路（将转换元件输出的电量变换成可直接利用的电信号）三部分组成，有的传感器还需加上辅助电源。 3、传感器的分类按变换原理分类——>利用不同的效应构成物理型、化学型、生物型等传感器。按构成原理分类：结构型：依靠机械结构参数变化来实现变换。物性型：利用材料本身的物理性质来实现变换。按输入量的不同分类——>温度、压力、位移、流量、速度等传感器按变换工作原理分类: 电路参数型:电阻型、电容型、电感型传感器按参电量如：Q（电量）、I、U、E 等分类:磁电型、热电型、压电型、霍尔型、光电式传感器 4、传感器技术的发展动向：教材表述：发现新现象、开发新材料、采用微细加工技术、研制多功能集成传感器、智能化传感器、新一代航天传感器、仿生传感器老师表述：微型化、集成化、廉价。第二章：传感器的一般特性 1、静态特性检测系统的四种典型静态特性线性度：传感器的输出与输入之间的线性程度。传感器的理想输出-输入特性是线性的。灵敏度：系统在静态工作的条件下，其单位输入所产生的输出，实为拟合曲线上某点的斜率。即S N=输入量的变化/输出量的变化=dy/dx 迟滞性：特性表明传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间输出-输入特性曲线不重合的程度。（产生的原因：传感器机械部分存在的不可避免的缺陷。）重复性：重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测量时所得特性曲线不一致程度。曲线的重复性好，误差也小。产生的原因与迟滞性类似。精确度. 测量范围和量程. 零漂和温漂. 2、动态特性：（传感器对激励（输入）的响应（输出）特性）动态误差：输出信号不与输入信号具有完全相同的时间函数，它们之间的差异。包括：稳态动态误差、暂态动态误差

传感器原理与应用习题课后答案_第2章到第8章

《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书第2章电阻式传感器 2-1 金属应变计与半导体应变计在工作机理上有何异同？试比较应变计各种灵敏系数概念的不同物理意义。答：（1）相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化所；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。（2）对于金属材料，灵敏系数K0=Km=(1+2μ)+C(1-2μ)。前部分为受力后金属几何尺寸变化，一般μ≈，因此（1+2μ）=；后部分为电阻率随应变而变的部分。金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。对于半导体材料，灵敏系数K0=Ks=(1+2μ)+πE 。前部分同样为尺寸变化，后部分为半导体材料的压阻效应所致，而πE>>(1+2μ)，因此K0=Ks=πE 。半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。 2-2 从丝绕式应变计的横向效应考虑，应该如何正确选择和使用应变计？在测量应力梯度较大或应力集中的静态应力和动态应力时，还需考虑什么因素？ 2-3 简述电阻应变计产生热输出（温度误差）的原因及其补偿办法。答：电阻应变计的温度效应及其热输出由两部分组成：前部分为热阻效应所造成；后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所引起。在工作温度变化较大时，会产生温度误差。补偿办法：1、温度自补偿法（1）单丝自补偿应变计；(2) 双丝自补偿应变计 2、桥路补偿法（1）双丝半桥式；（2）补偿块法 2-4 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。答：原因：)(211)(44 433221144332211R R R R R R R R R R R R R R R R U U ?+?+?+?+?-?+?-?=? 上式分母中含ΔRi/Ri ，是造成输出量的非线性因素。无论是输出电压还是电流，实际上都与ΔRi/Ri 呈非线性关系。措施：(1) 差动电桥补偿法：差动电桥呈现相对臂“和”，相邻臂“差”的特征，通过应变计合理布片达到补偿目的。常用的有半桥差动电路和全桥差动电路。 (2) 恒流源补偿法：误差主要由于应变电阻ΔRi 的变化引起工作臂电流的变化所致。采用恒流源，可减小误差。 2-5 如何用电阻应变计构成应变式传感器？对其各组成部分有何要求？答：一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性敏感元件构成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其他物理量作间接测量。要求：非线性误差要小（<%~%），力学性能参数受环境温度影响小，并与弹性元件匹配。 2-6 现有栅长3mm 和5mm 两种丝式应变计，其横向效应系数分别为5%和3%。欲用来测量泊松比μ=的铝合

人教版高中物理选修3-2知识点整理及重点题型梳理] 传感器(原理及典型应用)

人教版高中物理选修3-2 知识点梳理重点题型（常考知识点）巩固练习传感器（原理及典型应用）【学习目标】 1．知道什么是传感器，常见的传感器有哪些。 2．了解一些传感器的工作原理和实际应用。 3．了解传感器的应用模式，能够运用这一模式去理解传感器的实际运用。 4．了解传感器在生活、科技中的运用和发挥的巨大作用。【要点梳理】要点一、传感器 1．现代技术中，传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。 2．传感器原理传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作。传感器原理如下图所示。 3．传感器的分类常用传感器是利用某些物理、化学或生物效应进行工作的。根据测量目的不同，可将传感器分为物理型、化学型和生物型三类。物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质（如电阻、电压、电容、磁场等）发生明显变化的特性制成的，如光电传感器、力学传感器等。化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换成为电学量的敏感元件制成的。生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器，生物或生物物质主要是指各种酶、微生物、抗体等，分别对应酶传感器、微生物传感器、免疫传感器等等。要点二、光敏电阻光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻大小这个电学量，一般随光照的增强电阻值减小。要点诠释：光敏电阻是用半导体材料制成的，硫化镉在无光时，载流子（导电电荷）极少，导电性能不好，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好。