测试技术复习资料传感器第四章-考试重点教学教材
(完整版)传感器期末复习重点知识点总结必过
第一章传感器概述人的体力和脑力劳动通过感觉器官接收外界信号，将这些信号传送给大脑，大脑把这些信号分析处理传递给肌体。
如果用机器完成这一过程，计算机相当人的大脑，执行机构相当人的肌体，传感器相当于人的五官和皮肤。
1.1.1传感器的定义广义：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的输出器件和装置。
狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
国家标准对传感器定义是：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以上定义表明传感器有以下含义：1、它是由敏感元件和转换元件构成的检测装置；2、能按一定规律将被测量转换成电信号输出；3、传感器的输出与输入之间存在确定的关系；按使用的场合不同又称为: 变换器、换能器、探测器1.1.2传感器的组成传感器由敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成：图示：被测量---敏感原件-----转换原件----基本电路-------电量输出电容式压力传感器-------------------压电式加速度传感器----------------------电位器式压力传感器1.1.3传感器的分类1）按传感器检测的范畴分类：生物量传感器、化学量传感器、物理量传感器、2）按输入量分类：速度、位移、角速度、力、力矩、压力、流速、液面、温度、湿度3）按传感器的输出信号分类：模拟传感器数字传感器4）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5）按传感器的功能分类：智能传感器、多功能传感器、单功能传感器6）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。
7）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、生物类传感器三大门类；1.2 传感器的地位与作用在基础学科研究中，传感器更有突出的地位。
宏观上的茫茫宇宙、微观上的粒子世界、长时间的天体演化、短的瞬间反应。
传感器与检测技术 第四章
4.1传感器的工作原理及类型 4.2电容传感器的灵敏度及非线性 4.3电容传感器的特性等效电路 4.4电容传感器的设计要点 4.5电容式传感器的转换电路 4.6电容式传感器的应用举例 本章要点
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4.1 电容式传感器的工作原理及类型
电容式传感器是将被测量(如尺寸、压力等)的变化 转换成电容量变化的--种传感器。 一、工作原理 由物理学可知，两个平行金属极板组成的电容器， 如果不考虑其边缘效应，其电容为 ε S ε rε 0 S C d d 式中 ε -- 两个极板间介质的介电常数； ε r -- 介质的相对介电常数； ε 0 -- 真空介电常数（ε 0 =8.85×10-12F/m）； s -- 两个极板相对有效面积； d -- 两个极板间的距离
4.3.2
电容式传感器的等效电路
图4-4 电容式传感器的等效电路 对高频有：
Ce
C 1 LC
2
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4.4 电容传感器的设计要点
一、保证绝缘材料的绝缘性能 必须从选材、结构、加工工艺等方面来减 小温度等误差和保证绝缘材料具有高的绝缘性 能。 二、消除和减小边缘效应 边缘效应不仅使电容传感器的灵敏度降低 而且产生非线性，因此应尽量消除或减小它。
电容式传声器（Microphone）
电容传声器核心是平板电容器，振动膜片是一片表面经 过金属化处理的轻质弹性薄膜，当膜片随着声波的压力的大 小产生振动时，膜片与后极板之间的相对距离发生变化，膜 片与极板所构成电容器的量就发生变化。极板上的电荷随之 变化，电路中的电流也相应变化，负载电阻上也就有相应的 电压输出，从而完成了声音信号与电信号的转换。
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《传感器与测试技术》复习资料.docx
上海开大《传感器与测试基础》复习资料（参考答案）（注意：考试时，答题使用答题纸）一、填空题（20分）1.传感器的特性一般指输入、输出特性，有动、静之分。
静态特性指标的有灵敏度、线性度、分辨力、迟滞误差、稳定性等。
P18—P202.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，可以分为模拟式测量和数字式测量。
P73.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在线测量和离线式测量。
P74.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，可以分为偏位式测量、微差式测量和零位式测量。
P75.某0. 1级电流表满度值x m =100mA ,测量60仇4的绝对误差为±0. 1mA。
6、服从正态分布的随机误差具有如下性质集中性、对称性、有界性。
P137.硅光电池的光电特性中，当负载短路时，光电流在很大范围内与照度呈线性关系。
P2308、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室压蚩的基本原理制成的，其次级绕绢.都用差动形式连接,所以又叫差动变压器式传感器。
P679、霍尔传感器的霍尔电势U H为KNB 若改变I或—就能得到变化的霍尔电势。
P18310、电容式传感器中，变极距式一般用来测量微小的位移。
11、压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不适宜测量频率太低的被测量，特别是不能测量一静态值。
12、差动电感式传感器与单线圈电感式传感器相比,线性好灵感度提高二_____ 倍、测量精度高。
13.热电偶冷端温度有如下补偿方法：冷端恒温法（冰浴法）、计算修正法、电桥补偿法、仪表机械零点调整法。
P21014.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差动式电容传感器。
15.从原理来分，电容式传感器结构类型有：变面积式、变极距式、变介电常数式。
16.变极距式电容传感器的电容变化与极板间距之间的关系是成关系，为了减小这种关系带来的测量误差，常采用差动结构来解决。
传感器与检测技术第四章
测量误差可能来源于测量设备、测量方法、测量环境、测 量人员等多个方面。
测量误差的处理方法
针对不同类型的测量误差，可以采取不同的处理方法，如 校准测量设备、改进测量方法、控制测量环境、提高测量 人员技能等。
信号调理与数据采集系统设计
信号调理的定义
信号调理是指对传感器输出的微弱信号进行放大、滤波、转换等处理，以便于后续的数据采集和 处理。
济性等因素。
06
压电式传感器原理及应用
压电式传感器工作原理及特点
工作原理
高灵敏度
宽频带
结构简单
耐高温高压
压电式传感器是基于压 电效应的传感器。压电 材料在受到外力作用时 ，会在其表面产生电荷 ，从而实现非电量到电 量的转换。
压电式传感器具有高灵 敏度，能够测量微小的 压力或力变化。
压电式传感器的频响范 围宽，适用于动态测量 。
温度传感器
用于测量温度，广泛应用于家 电、汽车、工业等领域。
位移传感器
用于测量物体位置变化，常用 于机械、建筑等领域。
化学传感器
对化学物质敏感，用于环境监 测、医疗诊断等领域。
02
检测技术基础
检测技术概述及发展历程
检测技术的定义
检测技术是研究和应用各种物理、化学、生物等原理和方法，对物 质成分、结构、性质、状态等进行测量、分析和判断的技术。
电阻式传感器性能评价及选用原则
性能评价
评价电阻式传感器的性能主要包括测量精度、稳定性、响应速度、线性度、重复性等方面。其中，测 量精度和稳定性是评价传感器性能的重要指标。
选用原则
在选用电阻式传感器时，应根据实际需求考虑传感器的测量范围、精度等级、稳定性要求、输出信号 类型及接口等因素。同时，还需要注意传感器的安装和使用环境，以确保传感器的正常工作和使用寿 命。
《传感器与检测技术》教学课件 第四章
传感器与检测技术
第四章 电容式传感器
图4-8为变介电常数型电容式传感器的原理图， 此时δ和S为常数，
图4-8 变介电常数型电容传感器原理图
传感器与检测技术
第四章 电容式传感器
当有一厚度为d的相对介电常数为εr的固体电介 质通过极板间的间隙时，电容器的电容可等效为
两个电容串联而成，总电容为
C 0S d dr
容的初始电容C0为：
C0
0A
0ab
•（4-2）
当动极板移动△x后，两板极间的电容变为：
C
0b(a
x)
C0
0b
x
•（4-3）
电容的变化量为：
C
C
C0
0b x
C0
x a
•（4-4）
传感器与检测技术
灵敏度K0为：
K0
C x
0b
第四章 电容式传感器
（4-5）
图4-3是改变极板间遮盖面积的差动电容传感器 的原理图。上、下两个圆筒是固定极板，而中间 的为可动极板，当可动极板向上移动时，与上极 板的遮盖面积增加，而与下极板的遮盖面积减小， 两者变化的数值相等，传感器输出为两电容之差。
传感器与检测技术
第四章 电容式传感器
•学习目标
掌握变面积、变极距、变 介质电容传感器的组成和 工作原理；了解电容传感 器的测量电路；掌握电容 传感器的基本使用方法。
传感器与检测技术
第四章 电容式传感器
第一节电容式传感器的结构、工作原理和特性
•以电容器作为敏感元件，将被测物理量 的变化转换为电容量的传感器称为电容式 传感器。当忽略边缘效应时，平板电容器 的电容量C可以表示为：
L
2 d (1 ( d )2 ) 2 d
传感器与检测技术第四版 第四章
要求各个码道刻划精确，彼此对准，给码盘制作造成很大困难 有—个码道提前或延后改变，就可能造成输出的粗大误差
消除粗大误差方法： (1) 双读数头法，循环码代替二进制码
六位循环码码盘
特点：
(1) n位循环码码盘具有2n种不同编码；
(2) 循环码码盘具有轴对称性， 其最高位相反，其余各位相同
二进制码转换为循环码的电路
循环码转变为二进制码的电路
循环码是无权码，直接译码有困难， 一般先转换为二进制码再译码
单盘与多盘编码器：
单盘编码器： 全部码道在一个圆盘上，结构简单，使用方便
多盘编码器： 几个码盘通过机械传动装置连成一起，可大大提高分辨率
4.2.4 光电码盘的应用
光学码盘测角仪
脉冲当量变换
(3) 循环码为无权码 (4) 循环码码盘转到相邻区域时，编码中只有一位发生变化，
不会产生粗误差
4.2.3 二进制码与循环码的转换
十进制数 0 1 2 3 4 5 6 7
二进制码 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
循环码 0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100
阻挡层光电效应(光生伏特效应)： 在光线作用下使物体产生一定方向的电动势的现象。 如光电池、光敏晶体管
4.1.1 光电管
4.1.2 光电倍增管
特点：放大光电流。 结构：光电阴极+若干倍增极+阳极 工作原理： 二次电子发射系数 σ =二次发射电子数／入射电子数 若倍增极有n，则倍增率为σn
4.1.3 光敏电阻
4.1.6 光电式传感器的应用
1. 模拟式光电传感器的应用 原理： 光电器件的光电流随光通量而变化，是光通量的函数。 光通量随被测非电量而变化，这样光电流就是被测非电量的函数 光电比色高温计
测试技术第四章复习提纲doc
第一节1、什么是“传感器”？2、机械工程领域中，传感器的输出信号一般为什么类型的信号？3、传感器一般由、和组成？4、实现了非电量到电信号的转换，是传感器的核心元件?5、敏感元件一定是一个单一元件，这种说法对吗？6、敏感元件一定不是一个单一元件，这种说法对吗？7、敏感元件输出的电信号可分为两类：一类是、及，另一类是、和等电参数。
8、同一种传感器，只可以用于测量一种被测量，这种说法对吗？9、同一种被测量，只可以用一种传感器来测量，这种说法对吗？10、根据被测量即传感器的用途进行分类，可将传感器分为力、、等？11、根据传感器的工作原理或信号转换原理分类，可将传感器分为、、等？12、电气式传感器可分为、、、、等?13、按信号变换特征可将传感器分为与？14、什么是“物性型传感器”，请举例说明？15、什么是“结构型传感器”，请举例说明？16、根据敏感元件与被测对象之间的能量关系，传感器也可分为与 ?17、什么是“能量转换型”，请举例说明？18、什么是“能量控制型”，请举例说明？19、按输出信号的性质不同可分为和传感器?20、数字式传感器有什么优点？21、按构成传感器的功能材料不同，可将传感器分为、、、等。
第二节22、机械式传感器一般以作为敏感元件？23、简述机械式传感器的工作原理？24、举几个机械式传感器的应用实例？25、简述弹簧秤的工作原理？第三节26、电阻式传感器的敏感元件是？27、简述电阻式传感器的工作原理？28、根据其敏感元件工作原理的不同，可分为和两类。
29、变阻器式传感器的转换元件是？30、简述变阻器式传感器的工作原理？31、常用变阻器式传感器有、和等？32、变阻器式传感器的测量电路一般采用电路？33、举一个变阻器式传感器的应用实例？34、电阻应变片的转换元件是？35、按敏感栅材料的不同，电阻应变片可分为电阻应变片和电阻应变片两大类？36、根据应变片形状的不同，金属电阻应变片可分为、和三种。
37、半导体电阻应变片有、和三种。
传感器复习大纲
第一章测试的基础知识1、计量的概念：实现测量单位统一和量值准确传递2、测量的概念：测量是以确定被测对象的量值3、测试的概念：测试则是具有试验性质的测量第二章信号分析基础1、信号分为：连续、离散、能量、功率、确定（周期、非周期）、随机（平稳、非平稳）信号2、周期信号的频谱有以下特点：离散性、谐波性、收敛性第三章测试系统的特性1、对测试系统的基本要求是实现不失真的测试2、理想的测试系统应该具有：单一性、输入与输出关系3、测试系统的静态特性指标：灵敏度（输入与输出之比）、线性度、回程误差（迟滞误差）、重复性、精度、稳定性和漂移（稳定度、环境影响）、分辨力、可靠性第四章传感器技术概论1、传感器的组成：敏感组件、变换组件、信号调理电路、（Extra ：辅助电源提供转换能量）2、弹性敏感组件的基本特性：● 刚度：外力作用时抵抗变形的能力（k=dF/dx ）● 灵敏度：外力作用下产生变形的大小（S=1/k=dx/dF ）● 弹性滞后原因：分子间存在内摩擦）● 弹性后效与载荷、时间有关）● 温度特性：αt 表示膨胀系数、0L 表示温度为0t °C 时的长度则t °C 时的长度为]t -t 1[0t 0）（α+=L L ● 固有频率：em k 21f π= （k ：刚度e m ：振动质量）机械品质因数：Q 值越大，弹性敏感组件消耗的能量越少，储能效率越高，工作频带越窄3、弹性敏感组件的要求：极限强度高、滞后温度小、抗氧化绝缘耐腐蚀第五章电阻应变式传感器1、电阻应变片的结构：敏感栅、基底、引线、覆盖层、粘合剂、电极2、电阻应变片原理：电阻应变效应、压阻效应3、电阻应变效应：电阻值随机械变形而变化的物理现象4、压阻效应：受到载荷应力作用，电阻产生变化5、公式：AL R ρ=（L ：长度A ：截面积（4d 2π=A ）ρ：电阻率） 6、电阻应变片种类：丝式、箔式、半导体、薄膜应变片7、电阻应变片材料要求：灵敏度、电阻率高而稳、电阻系数小热稳定、抗氧化耐腐蚀、无机械滞后8、测量电桥：电桥是电阻（电感或电容）所组成的一个四端网络,参与测量的桥臂数越多，电桥的灵敏度越高计算方法：图，详见书46页当L R →∞时，电桥输出电压为）（4332110R R R R R R U U I +-+= 当电桥平衡时，0U =0则有：1R 4R =2R 3R 或4321R R R R = 结论：电桥若平衡，相对两臂的乘积相等，或相邻两臂电阻的比值必定相等 半桥单臂：I U RR U ∆=410只有一个电阻工作，其他都为0 半桥双臂：I U RR U ∆=210只有两个电阻工作，其他都为0 全臂：I U RR U ∆=0所有电阻都相等 第六章电感式传感器1、电感式传感器分为：自感、互感、电涡流式2、自感式（线圈、铁心、衔铁组成）：变气隙式、变面积式、螺管式、差动式自感传感器变间隙型：图详见53页：m2R N L =（N 为线圈匝数，m R 磁路总电阻）差动式自感传感器：两个结构相同的自感线圈组合在一起形成差动式电感传感器，提高灵敏度，减少测量误差3、互感式电感传感器:即差动变压器工作原理类似变压器，但接线方式是差动的，用来测量被测量转化为互感系数M 的变化4、电涡流式传感器：根据电磁感应定律，块状金属在变化的磁场或做切割磁感线运动时，导体内将产生旋涡状的感应电流，称为电涡流电涡流式传感器结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、干扰能力强第七章电容式传感器1、电容式传感器工作原理和结构：d AC ε=（12-100.9⨯=ε为介电常数A 为面积d为间距）两块平行金属板组成的平板电容器。
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26.当电阻应变片式传感器拉伸时，该传感器电阻（A）
A.变大B.变小C.不变D.不定
27.极距变化型电容传感器的灵敏度与（D）
A.极距成正比B.极距成反比
C.极距的平方成正比D.极距的平方成反比
28.压电式加速度传感器的工作频率应（C）其固有频率
16.电容式传感器中，灵敏度最高的是（C）。
A.面积变化型B.介质变化型C.极距变化型D.不确定
17.极距变化型电容传感器适宜于测量微小位移量是因为（B）
A.电容量微小影响灵敏度
B.灵敏度与极距的平方成反比，间距变化大则产生非线性误差
C.非接触测量
D.两电容极板之间距离变化小
18.高频反射式涡流传感器是基于（A）和集肤效应来实现信号的感受和变化的。
C.有用信息D.频域信号
22.压电式传感器是属于（B）型传感器
A.参量型B.发电型C.电感型D.电容型
23.莫尔条纹光栅传感器是（B）的
A.数字脉冲式B.直接数字编码式
C.调幅式D.调频式
24.磁电式绝对振动速度传感器的动态数学模型是（C）
A.一阶环节B.二阶环节C.比例环节D.积分环节
25.电涡流传感器是利用被测（A）的电涡流效应
A.远高于B.等于C.远低于D.不确定
29.调频式电涡流传感器的解调电路是（C）
A.电荷放大器B.相敏检波器C.鉴频器D.鉴相器
30.高频反射式电涡流传感器，其等效阻抗分为等效电阻R和等效电感L两部分，M为互感系数。当线圈与金属板之间距离δ减少时，上述等效参数变化为（B）
A. R减小，L不变，M增大B. R增大，L减小，M增大
C. R减小，L增大，M减小D. R增大，L增大，M增大
31.为消除压电传感器联接电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用（B）
A.电压放大器B.电荷放大器C.相敏检波器D.鉴相器
32.在测量位移的传感器中，符合非接触式测量且不受油污等介质影响的是（D）传感器
A.电容式B.压电式C.电阻式D.电涡流式
A.电压灵敏度B.电荷灵敏度C.电压和电荷灵敏度D.保持不变
7.调频式电涡流传感器的解调电路是（C）。
A.整流电路B.相敏检波电路C.鉴频器D.包络检波电路
8.压电式加速度传感器的工作频率应该（C）其固有频率。
A.远高于B.等于C.远低于D.没有要求
9.下列传感器中哪个是基于压阻效应的？（B）
A.金属应变片B.半导体应变片C.压敏电阻D.磁敏电阻
33.半导体热敏电阻随温度上升，其阻值（B）
A.上升B.下降C.保持不变D.变为0
34.为使电缆的长短不影响压电式传感器的灵敏度，应选用（B）放大器
A.电压B.电荷C.微分D.积分
35.涡流式位移传感器的输出与被测对象的材料（C）
A.无关B.不确定C.有关D.只限于测铜
37.自感型传感器的两线圈接于电桥的相邻桥臂时，其输出灵敏度（B）
10.压电式振动传感器输出电压信号与输入振动的（B）成正比。
A.位移B.速度C.加速度D.频率
11.石英晶体沿机械轴受到正应力时，则会在垂直于（B）的表面上产生电荷量。
A.机械轴B.电轴C.光轴D.晶体表面
12.石英晶体的压电系数比压电陶瓷的（C）。
A.大得多B.相接近C.小得多D.不确定
13.光敏晶体管的工作原理是基于（B）效应。
A.很低B.很高C.较低D.较高
45.极距变化型电容式传感器，其灵敏度与极距（D）
A.成正比B.平方成正比C.成反比D.平方成反比
46.随电缆电容的增加，压电式加速度计的输出电荷灵敏度（A）
A相应减小B比例增加C保持不变D不确定
47.压电式加速度计，其压电片并联可提高（B）
A.电压灵敏度B.电荷灵敏度C.电压和电荷灵敏度D.电流灵敏度
A.很大B.很低C.不变D.随意
42.半导体应变片的灵敏度和电阻应变片的灵敏度相比（A）
A.半导体应变片的灵敏度高B.二者相等
C.电阻应变片的灵敏试验高D.不能确定
43.若石英晶体沿机轴受到正应力，则会在垂直于（C）的面上产生电荷
A.机轴B.电轴C.光轴D.都不
44.压电式传感器是个高内阻传感器，因此要求前置放大器的输入阻抗（B）
A.一阶环节B.二阶环节C.比例环节D.高阶环节
4.磁电式绝对振动速度传感器的测振频率应（A）其固有频率。
A.远高于B.远低于C.等于D.不一定
5.随着电缆电容的增加，压电式加速度计的输出电荷灵敏度将（C）。
A.相应减小B.比例增加C.保持不变D.。
A.外光电B.内光电C.光生电动势D.光热效应
14.一般来说，物性型的传感器，其工作频率范围（A）。
A.较宽B.较窄C.较高D.不确定
15.金属丝应变片在测量构件的应变时，电阻的相对变化主要由（B）来决定的。
A.贴片位置的温度变化
B.电阻丝几何尺寸的变化
C.电阻丝材料的电阻率变化
D.电阻丝材料长度的变化
A.涡电流B.纵向C.横向D.压电
19.压电材料按一定方向放置在交变电场中，其几何尺寸将随之发生变化，这称为（D）效应。
A.压电B.压阻C.压磁D.逆压电
20.下列传感器中，能量转换型传感器是（A）
A.光电式B.应变片C.电容式D.电感式
21.测试工作的任务主要是从复杂的信号中提取（C）
A.干扰噪声信号B.正弦信号
48.（B）的基本工作原理是基于压阻效应
A.金属应变片B.半导体应变片C.压敏电阻D.压电陶瓷
49.可变磁阻式电感传感器，当线圈匝数N及铁芯截面积Ａ0确定后，原始气隙δ0越小，则电感L（B）
测试技术复习资料传感器第四章-考试重点
测试技术传感器第四章题型小结
一、选择题
1.电涡流式传感器是利用什么材料的电涡流效应工作的。（A）
A.金属导电B.半导体C.非金属D.
2.为消除压电传感器电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用（B）。
A.电压放大器B.电荷放大器C.前置放大器D.电容放大器
3.磁电式绝对振动速度传感器的数学模型是一个（B）。
A.提高很多倍B.提高一倍
C.降低一倍D.降低很多倍
38.变间隙式电容传感器测量位移量时，传感器的灵敏度随（A）而增大
A.间隙的减小B.间隙的增大
C.电流的增大D.电压的增大
40.压电式振动传感器输出电压信号与输入振动的（C）成正比
A.位移B.速度C.加速度D.时间
41.压电式传感器是高阻抗传感器，要求前置放大器的输入阻抗（A）