传感器与检测技术第6章 热电式传感器
《传感器与检测技术》高教(4版) 第六章
差动变压器位移计
当铁芯处于中间位置时，输出电压: UU 21 U 220
当铁芯向右移动时，则输出电压: UU 21 U 220
当铁芯向左移动时，则输出电压: UU 21 U 220
输出电压的方向反映了铁芯的运动方向，大小反映了铁 芯的位移大小。
差动变压器位移计
输出特性如图所示。
差动变压器位移计
角度的精密测量。 光栅的基本结构
1、光栅：光栅是在透明的玻璃上刻有大量平行等宽等 距的刻线构成的，结构如图。
设其中透光的缝宽为a，不透光的缝宽为b，
一般情况下，光栅的透光缝宽等于不透光
的缝宽，即a = b。图中d = a + b 称为光
栅栅距（也称光栅节距或称光栅常数）。
光栅位移测试
2、光栅的分类
1、激光的特性
（1）方向性强
（2）单色性好
（3） 亮度高
（4） 相干性好
2、激光器
按激光器的工作物质可分为以下几类： （1）固体激光器：常用的有红宝石激光器、钕玻 璃激光器等。
（2）气体激光器：常用的为氦氖激光器、二氧化 碳激光器、一氧化碳激光器等。
激光式传感器
（3） 液体激光器：液体激光器分为无机液体激光器 和有机液体激光器等。
数小，对铜的热电势应尽可能小，常用材料有： 铜镍合金类、铜锰合金类、镍铬丝等。 2、骨架：
对骨架材料要求形状稳定表面绝缘电阻高， 有较好的散热能力。常用的有陶瓷、酚醛树脂 和工程塑料等。 3、电刷：
电刷与电阻丝材料应配合恰当、接触电势 小，并有一定的接触压力。这能使噪声降低。
电位器传感器
电位计式位移传感器
6.2.2 差动变压器位移计结构
1-测头； 2-轴套； 3-测杆； 4-铁芯；5-线圈架； 6-导线； 7-屏蔽筒；8-圆片弹簧；9-弹簧； 10-防尘罩
《传感与检测技术》习题及解答
第1章 传感与检测技术基础第2章 电阻式传感器 第3章 电感式传感器1、电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理分别是什么？2、说明3、变气隙长度自感式传感器的输出特性与哪些因素有关？怎样改善其非线性？怎样提高其灵敏度？答：根据变气隙自感式传感器的计算式：00022l S W L μ=，线圈自感的大小，即线圈自感的输出与线圈的匝数、等效截面积S 0和空气中的磁导率有关，还与磁路上空气隙的长度l 0有关；传感器的非线性误差：%100])([200⨯+∆+∆= l ll l r 。
由此可见，要改善非线性，必须使l l∆要小，一般控制在0.1~0.2。
（因要求传感器的灵敏度不能太小，即初始间隙l 0应尽量小，故l ∆不能过大。
）传感器的灵敏度：20022l S W dl dL l L K l ⨯-=≈∆∆≈μ，由此式可以看出，为提高灵敏度可增加线圈匝数W ，增大等效截面积S 0，但这样都会增加传感器的尺寸；同时也可以减小初始间隙l 0，效果最明显。
4、试推导 5、气隙型 6、简述 7、试分析 8、试推导 9、试分析 10、如何通过11、互感式12、零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？答：在差动式自感传感器和差动变压器中，衔铁位于零点位置时，理论上电桥输出或差动变压器的两个次级线圈反向串接后电压输出为零。
但实际输出并不为零，这个电压就是零点残余电压。
残差产生原因：①由于差动式自感传感器的两个线圈结构上不对称，如几何尺寸不对称、电气参数不对称。
②存在寄生参数；③供电电源中有高次谐波，而电桥只能对基波较好地预平衡。
④供电电源很好，但磁路本身存在非线性。
⑤工频干扰。
差动变压器的零点残余电压可用以下几种方法减少或消除：①设计时，尽量使上、下磁路对称；并提高线圈的品质因素Q=ωL/R；②制造时，上、下磁性材料性能一致，线圈松紧、每层匝数一致等③采用试探法。
在桥臂上串/并电位器，或并联电容等进行调整，调试使零残最小后，再接入阻止相同的固定电阻和电容。
传感器原理及工程应用习题参考答案
《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—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 ％＝＝41.11422≈∆x δ引用误差％－－＝测量上限－测量下限＝1)50(1502≈∆γ1－10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%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：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。
传感器与检测技术课程标准
《传感器与检测技术》课程原则课程编码：01060404 课程类别：专业理论课程课时：68 ` 学分：6合用专业：电气自动化技术开课学期：第三学期开课单位：信息工程学院撰写人：电气自动化教研室一、课程定位和设计思绪（一）课程定位《传感器与检测技术》是电子类各专业一门重要旳职业技术必修课，学生通过本大纲所规定旳所有教学内容旳学习，可以获得误差理论、传感器、自动检测工程应用方面旳基本知识。
（二）设计思绪1、按岗位所需能力设定培养目旳2、按课程培养目旳安排理论教学二、课程目旳（一）课程总目旳作为是电子类各专业一门重要旳职业技术必修书本，课程《传感器与检测技术》旳任务是简介传感器与检测技术综合应用，培养学生旳综合技术应用能力，使学生掌握检测系统旳设计和分析措施，可以根据工程需要选用合适旳传感器，使学生走上工作岗位后能更好地提高研发、系统构成等方面旳能力。
（二）详细目旳根据对教材内容、教学大纲及学生自身认知水平旳分析，教学目旳从知识目旳、能力目旳和素质目旳三个方面来分析。
1、知识目旳①掌握传感器旳基本概念、特性等；②理解传感器旳分类；③掌握传感器与检测技术旳目旳和意义。
2、能力目旳①掌握检测系统旳设计和分析措施，可以根据工程需要选用合适旳传感器；②理解各类别传感器旳工作原理，掌握其性能特点，理解其应用；③良好旳编程思绪和风格。
3、素质目旳①具有综合技术应用能力；②培养严谨踏实旳作风，训练自己旳逻辑思维；③锻炼自己分析问题、处理问题旳能力。
三、课程内容、规定及课时安排（一）课程内容及规定（二）课程课时安排四、实行提议（一）选用教材宋雪臣.《传感器与检测技术》. 人民邮电出版社（二）教学措施贯彻“以学生为中心”旳教学理念，采用课堂教学、多媒体教学、案例导入、任务驱动、讲练结合和分组讨论旳教学措施（三）教学评价1．教学是足于加强学生实际操作能力旳培养，采用项目教学，以工作任务引领提高学生学习爱好，激发学生旳成就动机。
热电式传感器工作原理
热电式传感器是一种常用的温度测量装置，它基于热电效应来实现温度的检测和测量。
其工作原理可以归纳如下：
1.热电效应：热电效应是指当两个不同金属或半导体材料形成一个闭合回路时，在两个接
点处存在温差时会产生电势差。
这种现象称为热电效应，主要有两种类型：塞贝克效应和佩尔丹效应。
2.塞贝克效应：塞贝克效应是指当两种不同金属材料的接点处存在温差时，由于热电效应
产生的电势差。
这个电势差与温差之间的关系是线性的，即温差越大，产生的电势差越大。
3.佩尔丹效应：佩尔丹效应是指当两种不同半导体材料的接点处存在温差时，由于热电效
应产生的电势差。
与塞贝克效应类似，佩尔丹效应也具有线性关系。
4.传感器结构：热电式传感器通常由两种不同金属或半导体材料组成的热电偶或热敏电阻
构成。
其中一个接点暴露于待测温度环境，而另一个接点则与参考温度保持恒定。
当两个接点存在温差时，通过测量产生的热电势差就可以确定温度。
5.信号读取：为了读取热电势差并将其转换为温度值，通常使用热电偶仪表或热敏电阻仪
表。
这些仪器测量和解释由热电效应产生的微弱电信号，并将其转化为相应的温度值。
总结起来，热电式传感器利用热电效应来测量温度变化。
通过测量不同金属或半导体材料之间的热电势差，可以确定温度差异并将其转化为实际温度值。
这种原理使得热电式传感器在许多应用领域中被广泛使用，如工业过程控制、温度监测等。
传感器与检测技术ppt课件
y kxb
(1-8)
若实际校准测试点有n个，则第i个校准数据与拟合直线上相
应值之间的残差为
i yi (kxi bi)
(1-9)
最新课件
18
最小二乘法
n
最小二乘法拟合直线的原理就是使
2 i
为最小值，也
i1
就是使
n
2 i
对k和b的一阶偏导数为零，即
i1
k
i22 (y kix b i)( x i)0
(1-2)
y a 1 x a 2 x 2 a 4 x 4 ... a 2 n x 2 n n=1,2… (1-3)
3、仅有奇次非线性项：
y a 1 x a 3 x 3 a 5 x 5 ... a 2 n 1 x 2 n 1 n=1,2… (1-4)
最新课件
11
动态数学模型
一般采用微分方程和传递函数描述。
最新课件
38
测量方法
1、偏差式测量
在测量过程中，用仪表指针的位移（即偏差）决定 被测量的测量方法称为偏差式测量。
最新课件
39
压力表
图1-8所示的压力表就是这类仪表的一个示例。
图1-8 压力表
最新课件
40
测量方法
2、零位式测量
在测量过程中，用指零仪表的零位指示，检测测量系统 的平衡状态；在测量系统达到平衡时，用已知的基准量决定 被测未知量的测量方法，称为零位式测量法。
1.微分方程：
dny
dn1y
dy
an dnt an1 dn1t a1 dt a0y
bm
dmx dmt
bn1
dm1x dm1t
b1
dx dt
b0x
（1-5）
测试与传感器作业答案
第一章 测试技术基础1.用测量范围为-50～150kPa 的压力传感器测量140kPa 压力时，传感器测得示值为+142kPa ，试求该示值的绝对误差、相对误差、标称相对误差和引用误差。
解：绝对误差2kPa140142=-=∆p相对误差 1.43%100%1401401420=⨯-=∆=p p p δ标称相对误差1.41%100%142140142=⨯-=∆='p p p δ引用误差 1%100%50150140142m =⨯+-=∆=p p p γ2．某压力传感器静态标定的结果如下表所示。
试求用端点连线拟合法拟合的该传感器输出与输入关系的直线方程，并试计算其非线性误差、灵敏度和迟滞误差。
解： 端点连线拟合法拟合的直线方程 p p U 450200==非线性误差0.1%100%2000.2100%=⨯=⨯∆=FS Y L max γ灵敏度 4mV/Pa =∆∆=pUS 迟滞误差0.3%100%2001.221100%21=⨯⨯=⨯∆=FS H Y H max γ或0.6%100%2001.2100%max =⨯=⨯∆=FS H Y H γ3.玻璃水银温度计的热量是通过玻璃温包传导给水银的，其特性可用微分方程表示（式中y 为水银柱高度，单位m ；x 为输入温度，单位℃）。
x y dtdy310123-⨯=+试确定温度计的时间常数τ、静态灵敏度k 和传递函数及其频率响应函数。
解：x y dtdy310123-⨯=+x y D 3101)23(-⨯=+x y D 31021)123(-⨯=+时间常数静态灵敏度s 51.=τC m/1050o 3-⨯=.k 传递函数 频率响应函数1511050(s)3+⨯=-s H ..15.1105.0)(j 3+⨯=-ωωj H 4. 某热电偶测温系统可看作一阶系统，已知其时间常数为0.5s ，静态灵敏度。
试计1=k 算其幅频特性误差不大于5%的最高工作频率。
传感器技术 传感器与检测技术 PPT课件
本课程的性质及适应对象
本课程为电子信息工程专业选修课程。
本科教学计划安排
章次
内容
1 绪论
2 电阻式传感器原理与应用
3 变阻抗式传感器原理与应用
4 光电式传感器原理与应用
基础知识
定义、分类 发展趋势 选用原则 一般特性
检测电路 现代检测系统
传感器原理 检测技术
参考网站
[1]传感器课程 [2]仪表技术与传感器 [3]传感器世界 [4]中国传感器 [5]传感器技术 [6]21IC中国电子网 [7]传感技术学报网
[8]传感器资讯网
参考文献
1．王化祥,张淑英.传感器原理及应用（第3版）[M].天津:天津 大学出版社, 2007
2．杨万海.多传感器数据融合及其应用[M].西安:西安电子科技 大学出版社,2004
思考题与习题
第7章 流量检测
7.1 流量的基本概念 7.2 差压式流量计 7.3 电磁流量计 7.4 涡轮流量计 7.5 涡街流量计 7.6 超声流量计 7.7 质量流量计
思考题与习题
第8章 成分检测
8.1 概述 8.2 热导式气体分析仪 8.3 磁性氧量分析仪 8.4 氧化锆氧量分析仪 8.5 红外气体分析仪 8.6感器概述 1.3 测量误差与数据处理 1.4 传感器的一般特性 1.5 传感器的标定和校准
思考题与习题
第2章电阻式传感器原理与应用
2.1 应变式传感器 2.2 电阻式传感器
思考题与习题
第3章 变阻抗式传感器原理与应用
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应当指出的是，在金属导体中自由电子数目很 多以致温度不能显著地改变它的自由电子浓度， 所以，在同一种金属导体内，温差电势极小， 可以忽略。
因此，在一个热电偶回路中起决定作用的，是 两个接点处产生的与材料性质和该点所处温度 有关的接触电势。故上式可以近似改变为
6.1.2 分类方法
温度传感器按测温方法的不同，分为接触式和非接触式两种。
1）接触式温度传感器
接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的 接触，通过热传导或热对流达到热平衡，从而使传 感器输出的电信号能直接表示被测对象的温度。其 特点是测量精度高；在一定测温范围内，可测量物 体内部的温度分布。
2）摄氏温标 1742年，瑞典天文学家摄尔修斯制成了摄氏温度计。摄
氏温标规定：标准大气压下纯水的冰水融体为0℃，沸 点为100℃，在0℃~100℃之间分成100等分，每一等分 为摄氏1度，符号位℃。 3）热力学温标 19世纪中叶，英国物理学家开尔文根据热力学卡诺循环 理论，提出了热力学温标及绝对零度的概念。热力学温 标规定：分子运动停止时的温度为均对零度，从绝对零 度算起，水的冰点为273.15K，沸点为373.15K。此外每 度的大小仍是水的冰点至沸点之间的温度差的百分之一， 热力学温标的单位为开尔文，符号为K。热力学温标又 称开尔文温标，或绝对温标。 4）国际温标 以热力学温标为基础的国际温标（ITS—90）于1990年 发度布T90，的记关为系T记90为，单位是开尔文，符号为K，它与摄氏温
第6章 热电式传感器
6.1 温度传感器的分类及温标
6.1.1 温度与温标 1.温度 温度是表征物体冷热程度的物理量。热力学理论认为，
温度是物体内部分子无规则运动剧烈程度的标志，温度 高的物体分子平均动能大，温度低的物体分子平均动能 小。温度与自然界的各种物理和化学过程相联系。 温度的性质：当两个冷热程度不同物体接触后就会产生 热传导和热交换，使两个物体具有相同的温度，并处于 热平衡状态；温度不具有叠加性，例如两杯100℃的开 水倒在一起温度仍是100℃，而不是200℃。热平衡是 温度测量的基础。 另外，不同温度的物体会发出不同波长和不同强度的热 辐射，通过对热辐射强度的测量也可以准确地获得物体 的温度。
2）非接触式温度传感器
非接触式温度传感器的敏感元件与被测对象互不接 触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量 运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速对象 的表面温度，也可以用来测量温度场的温度分布。
非接触式温度传感器是利用光电传感器通过检测物 体发出的红外线来测量物体的温度，可进行遥测。
（3）热电偶回路热电势
对于由导体A、B组成的热电偶闭合回路，当温度T ＞T0，nA＞nB时，闭合回路总的热电势为EAB（T， T0），如图6-4所示。并可用下式表示
由此可以得出如下结论：
①如果热电偶两电极材料相同，即nA＝nB，σA ＝σB，虽然两端温度不同，但闭合回路的总热 电势仍为零，因此热电偶必须用两种不同材料 作为热电极；
6.2 热电偶传感器
6.2.1 热电偶的工作原理 1.热电效应 热电偶传感器的测温原理是基于热电效应。把两种不同
的导体或半导体材料A、B连接成闭合回路，如图6-1所 示的热。源当中它，们则的在两该个回接路点内分就别会置产于生温热度电为动T及势T（0（简设称T热＞电T0） 势我）们，把可 两种用不EAB同（导T，体T或0）半表导示体，的这这种种现组象合称称为为热热电电效偶应，。 A和B称为热电极，温度高的接点称为热端（或工作端）， 温度低的接点称为冷端（或自由端）。
在工程中，常用上式来表征热电偶回路的总 热电势。从该式可以看出，回路的总电势是随T 和T0而变化的，即总电势为T和T0的函数差，这 在实际使用中很不方便。为此，在标定势电偶 时，使T0为常数，即
3．热电偶的基本定律 （1）均质材料定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的截面和长
度如何，都不能产生热电势。反之，如果回路中有电势 存在则材料必为非均质。 这条规律要求组成热电偶的两种材料必须各自都是均质 的，否则会由于温度梯度存在，产生附加电动势。 （2）中间导体定律 在热电偶回路中插入第三种（或多种）均质材料，只要 所插入的材料两端接点温度相同则所插入的第三种材料 不影响原回路热电势。 根据这个定律，可采取任何方式焊接导线，可以将热电 动势通过导线接至测量仪表进行测量，且不影响测量精 度。
2. 接触电势和单一导体的温差电势
（1）接触电势
所有金属中都有大量自由电子，而不同的金属 材料其自由电子密度不同。当两种不同的金属 导体接触时，在接触面上因自由电子密度不同 而发生电子扩散，电子扩散速率与两导体的电 子密度有关，并和接触区的温中，如果两端温度不同，在两端间会产生 电势，即单一导体的温差电势。这是由于导体内自 由电子在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩 散，结果高温端因失去电子而带正电荷，低温端因 得到电子而带负电荷，从而形成一个静电场，如图 6-3所示。该电场阻碍电子的继续扩散，当达到动态 平衡时，在导体的两端便产生一个相应的电位差， 该电位差称为温差电势。温差电势的大小可表示为
2.温标
用来度量物体温度数值的标尺称为温标，它规定了 温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位， 是衡量温度高低的尺度。目前，常用的温标有华氏 温标、摄氏温标、热力学温标和国际温标。
1）华氏温标
1714年，德国物理学家华仑海特以水银为测温体， 利用其体积随温度变化的特性制作了水银温度计， 并提出了在标准大气压下的温度标定值。华氏温度 规定：在标准大气压下，纯水的冰水融体为32℃， 沸点为212℃，中间的温度为180等分，每一等分为 华氏1度，以°F表示，华氏温标在欧美国家广泛使 用。