传感器与检测技术2.1 应变式传感器-4复习
传感与检测技术2-1-电阻应变式传感器
件的轴向应变ε使敏感栅电阻发生变化，而其横向应变εr也使敏感栅
半圆弧部分的电阻发生变化。 应变片的这种既受轴向应变影响，又受横向应变影响而引起电阻变化的 现象称为横向效应。 3.机械滞后、零漂及蠕变 应变片粘贴在被测试件上，当温度恒定时，其加载特性与卸载特性不 重合，即为机械滞后。
2.1.3 电阻应变式传感器的基本特性
器就是利用类似的原理制作的。
2.1.1 电阻应变式传感器的基本原理
对于一长为L、横截面积为A、电阻率为ρ的金属丝，其电阻值R为：
L R A
如果对电阻丝长度作用
均匀应力，则ρ、L、A的变 化 (dρ、 dL 、 dA) 将引起电 阻R变化dR ，dR可通过对上 式的全微分求得：
（ 21 ）
2.1.1 电阻应变式传感器的基本原理
2.1.2 电阻应变式传感器的结构
(3)金属薄膜应变片 薄膜应变片是采用真空蒸发或真空沉淀等方法在薄的绝缘基片上形成 0.1μm 以下的金属电阻薄膜的敏感栅, 最后再加上保护层。 优点：应变灵敏系数大，允许通过的电流较大。
问题：尚难控制电阻与温度，电阻与时间的变化关系。
2.1.2 电阻应变式传感器的结构
剂固化不充分等。
如果在一定温度下，使应变片承受恒定的机械应变，其电阻值随时间增 加而变化的特性称为蠕变。一般蠕变的方向与原应变量的方向相反。 产生原因：由于胶层之间发生“滑动”，使力传到敏感栅的应变量逐渐 减少。
2.1.3 电阻应变式传感器的基本特性
4.应变极限 在一定温度下，应变片的指示应变对测试值的真实应变的相对误差 不超过规定范围（一般为10%）时的最大真实应变值。 真实应变是由于工 作温度变化或承受机械
令 dL 应变 r
由材料力学的知识：在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长，
传感器与检测技术第2章1_应变式传感器
。(C是金属材料的某个常数。)
d dV C V
传感器与检测技术（二）
dR (1 2 C（ 1 2 ) ） K R
比例系数KS称为金属丝的应变灵敏系数。实验也证明： 金属丝电阻的相对变化与金属丝的伸长或缩短之间存在 比例关系。 可将微分dR、dρ改写成增量ΔR、Δρ
传感器与检测技术（二）
金属电阻的灵敏系数
k0 R R
k0
1 2 材料的几何尺寸变化引起的
/
1 2
/
材料的电阻率ρ 随应变引起的（压阻效应）
金属材料：k0以前者为主，则k0≈1+2μ =1.7~3.6 半 导 体：k0值主要是由电阻率相对变化所决定
2.1.4 电阻应变片的测量电路
应变片将应变的变化转换成电阻相对变化 ΔR/R，要把电阻的变化转换成合适的电压或电 流的变化，才能用电测仪表进行测量。
（一）直流（交流）电桥 （二） 非线性误差及其补偿
传感器与检测技术（二）
（一）直流电桥
• 1、直流电桥的工作原理
R1 R4 - R2 R3 IL U RL ( R1 R2 )(R3 R4 ) R1 R2 ( R3 R4 ) R3 R4 ( R1 R2 )
应变片工作时，其电阻变化ΔR
( R1 R1 )(R4 R4 ) ( R2 R2 )(R3 R3 ) U0 U ( R1 R1 R2 R2 )(R3 R3 R4 R4 )
t R t K t g s t K R t
上式为应变片粘贴在试件表面上，当试件不受外力作 用，在温度变化Δt 时，应变片的温度效应（或热输出 ）。
传感器检测技术复习提纲(完整)
《传感器检测技术》复习提纲Chap. 1传感器的用途（非电量电量）传感器是将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。
现代信息产业的三大支柱随着科学技术的发展，传感器技术、通信技术和计算机技术构成了现代信息产业的三大支柱产业，分别充当信息系统的“感官”、“神经”和“大脑”，他们构成了一个完整的自动检测系统。
应用领域传感器几乎渗透到所有的技术领域。
如工业生产、宇宙开发、海洋探索、环境保护、资源利用、医学诊断、生物工程、文物保护等等广泛领域，并逐渐深入到人们的生活中。
传感器命名规则传感器产品的名称，应由主题词及四级修饰语构成。
（1）主题词——传感器。
（2）第一级修饰语——被测量，包括修饰被测量的定语。
（3）第二级修饰语——转换原理，一般可后续以“式”字。
（4）第三级修饰语——特征描述，指必须强调的传感器结构、性能、材料特征、敏感元件及其他必须的性能特征，一般可后续以“型”字。
（5）第四级修饰语——主要技术指标（量程、精确度、灵敏度等）。
本命名法在有关传感器的统计表格、图书索引、检索以及计算机汉字处理等特殊场合使用。
例1 传感器，绝对压力，应变式，放大型，1～3500kPa；例2 传感器，加速度，压电式，±20g。
在技术文件、产品样书、学术论文、教材及书刊的陈述句子中，作为产品名称应采用与上述相反的顺序。
例1 1～3500kPa 放大型应变式绝对压力传感器；例2 ±20g 压电式加速度传感器。
静态特性曲线优劣性比较传感器的静态性能指标：线性度、灵敏度、精确度、迟滞、重复性、零点漂移、温漂、分辨率和阈值灵敏度的定义：灵敏度是传感器在稳态下输出增量与输入增量的比值。
Chap. 2力的测量原理（静力效应，动力效应）力的计量单位为牛顿。
电桥（单臂、双臂、全桥，需要会推导输出表达式）如下图所示为恒压源供电的直流电桥测量电路。
其特点是，当被测量无变化时，电桥平衡时输出为零。
《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。
(完整word版)《传感器与检测技术》期末考试复习要点
一．填空题1．传感器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或装置，通常由灵敏元件和转换元件组成。
其中灵敏元件是指能够感受被测量的部分，转换元件是指将灵敏元件的输出转换为适于传输和测量的电信号部分。
2．传感器的分类:a.按输入量分类：位移传感器，速度传感器，温度传感器，压力传感器等b.按工作原理分类：应变式，电容式，电感式，压电式，热电式等c.按物理现象分类：结构型传感器，特性型传感器d.按能量关系分类：能量转换型，能量控制型e.按输出信号分类：模拟式传感器，数字式传感器3. 传感器技术的主要发展趋势：一是开展基础研究，发现新现象，开发传感器新材料和新工艺；二是实现传感器的集成化和智能化。
4. 检测技术属于信息科学的范畴，与计算机技术、自动控制技术和通信技术构成完整的信息技术。
5. 传感器的静态特性的主要指标是：线性度，迟滞，重复性，分辨力，稳定性，温度稳定性和各种抗干扰稳定性等。
6. 电阻式传感器的种类繁多，应用广泛，其基本原理是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路而最后显示值的变化。
7. 电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置，可以用来测量位移、振动、压力流量、重量、力矩应变等物理量。
8. 自感式传感器中，调幅电路用得较多，调频、调相电路用得较少。
9. 当金属导体置于变化的磁场中，导体内就会产生感应电流，称之为电涡流或涡流。
这种现象称为涡流效应。
10. 感应同步器是应用电磁感应原理来测量直线位移或转角位移的一种器件。
测量直线位移的称为直线感应同步器，测量转角位移的称为圆感应同步器。
11. 利用电容器的原理，将非电量转化为电容量，进而实现非电量到电量的转化的器件称为电容式传感器。
12. 在应用中电容式传感器可以有三种基本类型：变极距型，变面积型和变介电常数型。
而它们的电极形状又有平板型，圆柱形和球平面型三种。
13. 电容式传感器把被测量转化成电路参数C。
(完整版)传感器与检测技术第二版知识点总结
传感器知识点一、电阻式传感器1) 电阻式传感器的原理：将被测量转化为传感器电阻值的变化，并加上测量电路。
2) 主要的种类：电位器式、应变式、热电阻、热敏电阻 ● 应变电阻式传感器1) 应变：在外部作用力下发生形变的现象。
2) 应变电阻式传感器：利用电阻应变片将应变转化为电阻值的变化a. 组成：弹性元件+电阻应变片b. 主要测量对象：力、力矩、压力、加速度、重量。
c. 原理：作用力使弹性元件形变发生应变或位移应变敏感元件电阻值变化通过测量电路变成电压等点的输出。
3) 电阻值：ALR ρ=(电阻率、长度、截面积)。
4) 应力与应变的关系：εσE =(被测试件的应力=被测试件的材料弹性模量*轴向应变)5) 应力与力和受力面积的关系：（面积）（力）（应力）A F =σ应注意的问题：a. R3=R4；b. R1与R2应有相同的温度系数、线膨胀系数、应变灵敏度、初值；c. 补偿片的材料一样，个参数相同；d. 工作环境一样；二、电感式传感器1) 电感式传感器的原理：将输入物理量的变化转化为线圈自感系数L 或互感系数M的变化。
2) 种类：变磁阻式、变压器式、电涡流式。
3) 主要测量物理量：位移、振动、压力、流量、比重。
● 变磁阻电感式传感器1) 原理：衔铁移动导致气隙变化导致电感量变化，从而得知位移量的大小方向。
2) 自感系数公式：)(2002气隙厚度（截面积）（磁导率）δμA L N=。
3) 种类：变气隙厚度、变气隙面积4) 变磁阻电感式传感器的灵敏度取决于工作使得当前厚度。
5) 测量电路：交流电桥、变压器式交变电桥、谐振式测量电桥。
P56 6)应用：变气隙厚度电感式压力传感器（位移导致气隙变化导致自感系数变化导致电流变化）● 差动变压器电感式传感器1) 原理：把非电量的变化转化为互感量的变化。
2) 种类：变隙式、变面积式、螺线管式。
3) 测量电路：差动整流电路、相敏捡波电路。
● 电涡流电感式传感器1) 电涡流效应：块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中做切割磁感线的运动，磁通变化，产生电动势，电动势将在导体表面形成闭合的电流回路。
《传感器与检测技术》知识点总结
《传感器与检测技术》（传感器部分）知识点总结第一章 概述1.传感器的定义与组成（1）定义：能感受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。
（2）共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量转换成电量。
（3）功能：检测和转换。
（4）组成：5.开展基础理论研究寻找新原理6.传感器的集成化第二章 传感器的基本特性1.线性度（传感器的静态特性之一）（1）定义：传感器的输入、输出间成线性关系的程度。
（2）非线性特性的线性化处理：Y FSy Y FSy Y FSyo（a ）切线或割线X mxo（b ）过零旋转X mxo（c ）端点平移X mx（3）非线性误差：γL = ± Δ L ma xY FS式中，γL ——非线性误差（线性度）；ΔL m a x ——输出平均值与拟合直线间的最大偏差绝对 值；Y F S ——满量程输出。
2.灵敏度（传感器的静态特性之二）传感器在稳态信号作用下输出量变化对输入量变化的比值。
0 S n ＝ y x xS n = dy dx (a) 线性测量系统(b) 非线性测量系统 0S n y = f x ) dy dx = C x 0 S n y = f ( )dy x 0 S n y = f (x ) dy dx(c) 灵敏度为常数(d) 灵敏度随输入增加而增加 (e) 灵敏度随输入增加而减小3.分辨率/分辨力（传感器的静态特性之三）分辨率是指传感器能够感知或检测到的最小输入信号增量。
分辨率可以用增量的绝对值 或增量与满量程的百分比来表示。
4.迟滞/回程误差（传感器的静态特性之四）（1）定义：在相同测量条件下，对应于同一大小的输入信号，传感器正、反行程的输出信 号大小不相等的现象。
开发新材料 采用新工艺 探索新功能具有同样功能的传感器集成化，即将同一类型的单个传感元件用集成工艺在同一平面上 排列起来，形成一维的线性传感器，从而使一个点的测量变成对一个面和空间的测量。
电大《传感器与检测技术》期末复习题及详细答案参考
电大《传感器与检测技术》期末复习题及详细答案参考传感器与检测技术复习题基础知识自测题第一章传感器的通常特性1.传感器是检测中首先感受，并将它转换成与有确定对应关系的的器件。
2.传感器的基本特性通常用其特性和特性去叙述。
当传感器转换的被测量处在动态时，测出的输入一输出关系称作特性。
3.传感器变换的被测量的数值处在稳定状态下，传感器输出与输入的关系称为传感器的特性，其主要技术指标有：、、和等。
4.传感器实际曲线与理论直线之间的称作传感器的非线性误差，其中的与输入满度值之比称作传感器的。
5.传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，变化量与化量的比值。
对传感器来说，其灵敏度是常数。
6.传感器的动态特性就是指传感器测量时，其输入对输出的特性。
7.传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成关系的其它量的元件称为元件。
8.只体会由敏感元件输入的，并且与成确认关系的另一种非电量，然后输入电量的元件，称作元件。
第二章电阻式传感器1.电阻应变片就是将被测试件上的转换成的传感元件。
2.电阻应变片由、、和等部分共同组成。
3.应变式传感器中的测量电路是将应变片转换成的变化，以便显示或记录被测非电量的大小。
4.金属电阻应变片脆弱栅的形式和材料很多，其中形式以式用的最少，材料Infreville的最为广为。
5.电阻应变片的工作原理就是依据快速反应效应创建与变形之间的量值关系而工作的。
6.当应变片主轴线与试件轴线方向一致，且受到一维形变时，应变片灵敏系数k就是应变片的与试件主应力的之比。
7.电阻应变片中，电阻丝的灵敏系数小于其灵敏系数的现象，称为应变片的横向效应。
8.电阻应变片的温度补偿中，若使用电桥补偿法测量应变片时，工作应变片粘贴在表面上，补偿应变片粘贴在与被测试件完全相同的上时，则补偿应变片不。
9.用弹性元件和及一些附件可以共同组成快速反应式传感器.10.应变式传感器按用途划分有：应变式传感器、应变式传感器、应变式传感器等。
11.电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以，同时还能起到的作用。
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2.1 应变式传感器 2.1.1 金属电阻应变片的工作原理 2.1.2 电阻应变片的特性 2.1.3 电阻应变片的测量电路 2.1.4 电阻应变片传感器的应用 2.2 压阻式传感器 2.2.1 半导体的压阻效应 2.2.2 体型半导体电阻应变片 2.2.3 扩散型电阻式压力传感器 2.2.4 压阻式加速度传感器 2.2.5 测量桥路及温度补偿
K URt
Rt
U = Ui - URt
K
1. 直流电桥
直流电桥的工作原理
R1 R4 - R2 R3 IL U RL ( R1 R2 )(R3 R4 ) R1 R2 ( R3 R4 ) R3 R4 ( R1 R2 )
I L 0 时电桥平衡
ห้องสมุดไป่ตู้
R1+⊿R1
R2
IL RL
l / l , r / r , / E
R (1 2 E ) R
ε为导体的纵向应变，其数值一般很小，常以微应变度量； μ为电阻丝材料的泊松比，一般金属μ=0.3~0.5； λ为压阻系数，与材质有关；σ为应力值；E为材料的弹性模量；
产品来测定，取平均值及允许公差值。
电阻应变片的灵敏系数k < 电阻丝的灵敏系数k0
原因：
粘结层传递变形失真
还存在有横向效应
（二）横向效应
敏感栅是由多条直线和圆弧部分组成 直线段：沿轴向拉应变εx，电阻 圆弧段：沿轴向压应度εy 电阻 εy εx K (箔式应变片)
εy
（三）温度误差及其补偿
1、试件材料的线膨胀引起的误差。当温度变化△t时，因试件 材料和敏感栅材料的线膨胀系数不同，应变片将产生附加拉长 （或压缩），引起的电阻相对变化 。
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2.1.1 工作原理
1.金属的电阻应变效应
电阻应变效应：当金属丝在外力作用下发生机械变形时 其电阻值将发生变化
l R＝ A
F
Δ l、Δ A 、Δρ
ΔR
l dR dl 2 dA d A A A
l
电阻的灵敏系数
R A R l A l
对于半径为r的圆导体，A=πr2，ΔA/A=2Δr/r 又由材料力学可知，在弹性范围内，
② 应变片的自补偿法
粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温度变化
时，产生的附加应变为零或相互抵消，这种应变片称 为温度自补偿应变片。利用这种应变片来实现温度补 偿的方法称为应变片自补偿法。 a. 选择式自补偿应变片 b. 双金属敏感栅自补偿应变片
③热敏电阻补偿
R5 分流电阻
T
R1＋⊿R U R3 U0 R4 R2 Rt Ui
平衡条件 :
R1R4=R2R3
R1/R2=R3/R4
R3
R4 U
2.非线性误差及其补偿
单臂电桥，即R1桥臂变化ΔR，理想的线性关系
U R U 4 R
' 0
实际输出电压
R U R 1 R U0 U 1 4R 2R 4 R 2 R
1
电桥的相对非线性误差为
2. 测量电路
恒压源
U 0 UR /( R Rt )
电桥输出电压与ΔR / R成正比，输出电压受环境温度的影响。 恒流源
U 0 I R
电桥输出电压与ΔR成正比，环境温度的变化对其没有影响。
1. 恒流源供电电桥
假设ΔRT为温度引起的电阻变化
I ABC I ADC 1 I 2
电桥的输出为
U 0 U BD 1 1 I ( R R RT ) I ( R R RT ) 2 2 IR
恒流源供电的全桥差动电路
电桥的输出电压与电阻变化成正比，与恒流源电流成正比， 但与温度无关，因此测量不受温度的影响。
2.温度漂移及其补偿
温度变化而变化，将引起零漂和灵敏度漂移
① 电桥补偿法
R1 U0 Rb
F
R4
R1 Rb
F
R3
U
U0 A[(R1 R1t )R4 (RB RBt )R3 ] 0
U0 A( R1R4 RB R3 )
U0 A[(R1 R1t R1 )R4 (RB RBt )R3 ] 0
R1 R1K
金属电阻的灵敏系数
k0 R R
1 2
/
k0
1 2 材料的几何尺寸变化引起的
/
材料的电阻率ρ 随应变引起的（压阻效应）
金属材料：k0以前者为主，则k0≈1+2μ =1.7~3.6
半 导 体：k0值主要是由电阻率相对变化所决定
R k 0 R
2. 应变片的基本结构与种类
敏感栅 丝绕式 直径为0.025mm左右的合金电阻丝 基 底 绝缘 弹性敏 感元件 保护 应变
覆盖层
位移、力、力矩、加速度、压力 外力作用 应变片
被测对象表面产生微小机械变形
应变片敏感栅随同变形
电阻值发生相应变化
（一）灵敏系数
k R / R
“标称灵敏系数”：受轴向单向力（拉或压），试件材料 为泊松系数μ=0.285的钢等。一批产品中只能抽样5％的
lT1 lT1 l0 l0 s T
lT 2 lT 2 l0 l0 g T
lT lT 2 lT1 l0 (g s )T
T
lT l0 ( g s )T
RT R0 K0T R0 K0 (g s )T
全桥差动电路
输出电压为：
R1＋⊿R1
R2－⊿R2
U0 R3－⊿R3
U0 U
R
R
R4＋⊿R4
U
2.2.1 半导体的压阻效应
固体受到作用力后，电阻率就要发生变化，这种 效应称为压阻效应
半导体材料的压阻效应特别强。
压阻式传感器的灵敏系数大，分辨率高。频率响 应高，体积小。它主要用于测量压力、加速度和 载荷等参数。 因为半导体材料对温度很敏感，因此压阻式传感 器的温度误差较大，必须要有温度补偿。
VD
Rp
R1 R2
零
漂
扩散电阻值随温度变化 压阻系数随温度变化 串、并联电阻 串联二极管
灵敏度漂移
R4
U
Rs R3
零位温漂 灵敏度温漂
串联电阻Rs起调零作用 并联电阻RP起补偿作用
U0
End the 2.2
U0 1 R 1 R 1 1 R ' 1 1 1 K 1 1 2 R 2 R 2 U0 2 R
1
减小非线性误差 采用的措施为：
（1）采用半桥差动电桥
R1
F
R3 R4 U R1＋⊿R1 R2－⊿R2
U0
R2
R3 R1 R1 U0 U[ ] R1 R1 R2 R2 R3 R4