传感器与检测技术第二版胡向东著现代检测技术资料讲义
传感器与检测技术第二版胡向东著第二章 传感器的基本特性讲义
其中：
y — 输出量；
x — 输入量；
a0 — 零点输出； a1 — 理论灵敏度； a2,a3…an — 非线性项系数
静态特性曲线需要进行线性化处理
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在非线性误差不太大的情况下，通常采用直线 拟合的方法来线性化。
采用直线拟合的方法来线性化时，输入—输出 的校正曲线与其拟合直线之间的最大偏差，称为非
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解： ①理论线性度：
L
Lm a x yFS
100 %
0.2 12.05
100 %
1.66%
②端点线性度： y 1.97x 0.23
由两端点做拟合直线
中间四点与拟合直线误差：0.17 0.16 0.11 0.08
所以，
L
Lm a x yFS
100 %
0.17 12.05
100 %
1.41%
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线性度 精度 灵敏度 迟滞 重复性 分辨率 稳定性 可靠性
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一、线性度
传感器的线性度是指其输出量与输入量之间的关系
曲线偏离理想直线的程度，又称为非线性误差。在不考
虑迟滞、蠕变等因素的情况下，其静态特性可用下列多
项式代数方程来表示：
y a0 a1x a2 x2 ... anxn
可靠度R(t) 完成规定功能的概率P(T>t) 可靠寿命
失效率(t) 在t时刻后单位时间发生失效的概率
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2.2 传感器的动态特性
传感器对随时间变化的输入量的响应特性（测量 值大小、变化规律）
周期复 正杂 弦
传感器与检测技术第2版教学大纲作者胡向东实验指导.doc
“传感器与检测技术”实验指导书1实验教学大纲一、适用专业：口动化、测控技术与仪器、电气工程与口动化、机械设计制造及其口动化等专业二、地位、作用和任务《传感器与检测技术》课程属于适用专业大学本科学生的必修专业基础课程。
传感器具有检测某种变量并把检测结果传送出去的功能，它们广泛应用于牛产实践和科学研究小，是获取、处理、传送各种信息的基本元件。
特别是现代大规模工业生产，儿乎全都依靠各种控制仪表或计算机实现口动控制，为保证口动控制系统的正常运行，必须随时随地把生产过程的各种变最提供给控制仪表或计算机。
要想正确及时地掌握生产过程或科研对象的各种信息, 就必须具备传感器与检测技术方面的知识。
本部分旨在以实验和课程设计的形式进一步加强学生対各类传感器与检测技术的原理与应用的深入理解，将理论与实践有机地结合起來，学以致用。
主要任务是：1、通过理论学习和实验操作，掌握各类传感器的棊木工作原理；2、了解各类传感器的特性和应用方法；3、学握基本的误差与测量数据处理方法。
三、教学基本要求通过传感器与检测技术实验的棊木训练，使学生在冇关传感器与检测技术的实验方法和实验技能方血达到下列要求：（1）能够自行或在教师的指导下正确完成实验和实验报告等主要实验程序；（2）能够学握常用传感器的性能、调试和使用方法；（3）能够通过实验完整学握各类传感器的基本工作原理；（4）能够在接受传感器与检测技术基本实验技能的训练后，进行开放性实验，以提高综合实验能力。
四、实验内容实验一金属应变片：单臂、半桥、全桥功能比较（验证）实验二差动变压器特性及应用（综合）实验三差动螺线管电感式传感器特性（设计）实验四差动变面积式电容传感器特性（验证）实验五压电加速度传感器特性及应川（验证）实验六磁电式传感器特性（验证）实验七崔尔式传感器特性（验证）实验八热敏电阻测温特性（设计）实验九光纤位移传感器特性及应川（验证）实验十汽车防撞报警系统设计（设计）五、实验教材主要教材：《传感辭与检测技术学习指导（实验部分）》六、考核方法根据实验操作效果、实验态度、实验报告撰写结果等进行综合评定。
传感器与检测技术第二版胡向东著
L1 弹簧
测量杆 工件
衔铁 L2
线圈2 铁芯2
R
U
U o
R
电感测微仪 返回
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4.2 差动变压器 电感式传感器
将被测量的非电量转换为互感变化量的传感器称为互 感式传感器。这种互感传感器是根据变压器的基本原理 制成的，并且次级绕组都用差动形式连接，故称差动变 压器式传感器，简称差动变压器。在这种传感器中，一 般将被测量的变化转换为变压器的互感变化，变压器初 级线圈输入交流电压，次级线圈则互感应出电动势。
L N 2 N 20 A0
Rm
2
（4-6）
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L N 2 N 20 A0
Rm
2
上式表明：当线圈匝数为常数时，电感L仅仅是磁
路中磁阻Rm的函数，改变δ或A0均可导致电感变化， 因此变磁阻电感式传感器又可分为变气隙厚度δ的传感
器和变气隙面积A0的传感器。
目前使用最广泛的是变气隙厚度电感式传感器。
N 20S 2(0 )
N 20S ( 0 0 ) 20 0 0
2L0
0
1
1
(
)2
0
电感的相对变化量为
L L0
2
0
1
1
(
)2
0
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当 1 时，上式用泰勒级数展开成级数形式为
0
L L0
2
0
1
(
0
)2
（ 0
）4 （ 0
）8
＜ 3
非线性：
L / L0
2
0
2
L /
L0
0
灵敏度：忽略高次项
CH13新型传感器传感器与检测技术第2版胡向东授课教案
第13章新型传感器（知识点）知识点1 智能传感器智能传感器是基于人工智能、信息处理技术实现的具有分析、判断、量程自动转换、漂移、非线性和频率响应等自动补偿，对环境影响量的自适应，自学习以及超限报警、故障诊断等功能的传感器。
与传统的传感器相比，智能传感器将传感器检测信息的功能与微处理器的信息处理功能有机地结合在一起，充分利用微处理器进行数据分析和处理，并能对内部工作过程进行调节和控制，从而具有了一定的人工智能，弥补了传统传感器性能的不足，使采集的数据质量得以提高。
13.1.1 智能传感器的特点与传统传感器相比，智能传感器有以下持点:（1）精度高（2）高可靠性与高稳定性（3）高信噪比与高分辨率（4）自适应性强（5）性能价格比高13.1.2 智能传感器的作用一般来说，智能传感器具有以下三方面的作用。
（1）提高测量精度（2）增加功能（3）提高自动化程度13.1.4 智能传感器的实现（1）集成化实现（2）非集成化实现（3）混合实现知识点2 模糊传感器出现于20世纪80年代末，近年迅速发展起来的模糊传感器是在传统数据检测的基础上，经过模糊推理和知识合成，以模拟人类自然语言符号描述的形式输出测量结果的一类智能传感器。
显然，模糊传感器的核心部分就是模拟人类自然语言符号的产生及其处理。
模糊传感器的“智能”之处在于：它可以模拟人类感知的全过程，核心在于知识性，知识的最大特点在于其模糊性。
它不仅具有智能传感器的一般优点和功能，而且还具有学习推理的能力，具有适应测量环境变化的能力，并且能够根据测量任务的要求进行学习推理。
另外，模糊传感器还具有与上级系统交换信息的能力，以及自我管理和调节的功能。
模糊理论应用于测量中的主要思想是将人们在测量过程中积累的对测量系统及测量环境的知识和经验融合到测量结果中，使测量结果更加接近人的思维。
模糊传感器由硬件和软件两部分构成。
模糊传感器的突出特点是其具有丰富强大的软件功能。
模糊传感器与一般的基于计算机的智能传感器的根本区别在于它具有实现学习功能的单元和符号产生、处理单元，能够实现专家指导下的学习和符号的推理及合成，从而使模糊传感器具有可训练性。
CH4电感式传感器传感器与检测技术第2版胡向东授课教案
第4章 电感式传感器（知识点）知识点1 电感式传感器的概念电感式传感器是建立在电磁感应基础上的，电感式传感器可以把输入的物理量（如位移、振动、压力、流量、比重）转换为线圈的自感系数L 或互感系数M 的变化，并通过测量电路将L 或M 的变化转换为电压或电流的变化，从而将非电量转换成电信号输出，实现对非电量的测量。
知识点2 变磁阻电感式传感器的工作原理变磁阻电感式传感器的结构如图所示。
它由线圈、铁心、衔铁三部分组成。
在铁心和衔铁间有气隙，气隙厚度为δ，当衔铁移动时气隙厚度发生变化，引起磁路中磁阻变化，从而导致线圈的电感值变化。
通过测量电感量的变化就能确定衔铁位移量的大小和方向。
图 变磁阻电感式传感器的结构线圈中电感量近似为：（）式表明：当线圈匝数N 为常数时，电感L 只是磁阻m R 的函数。
只要改变δ或0A 均可改变磁阻并最终导致电感变化，因此变磁阻电感式传感器可分为变气隙厚度和变气隙面积两种情形，前者使用最为广泛。
由式（）可知，电感L 与气隙厚度δ间是非线性关系。
设变磁阻电感式传感器的初始气隙厚度为0δ，初始电感量为0L ，则有：200002N A L μδ=（） （1）当衔铁上移δ∆时传感器气隙厚度相应减小δ∆，即0δδδ=-∆，则此时输出电感为：20000002()1N A L L L L μδδδδ=+∆==∆-∆- （） 当1/0<<∆δδ时，可将式（）用泰勒（Tylor ）级数展开得到：（） （2）当衔铁下移δ∆时按照前面同样的分析方法，此时，0δδδ=+∆，可推得：（）对式（）、式（）作线性处理并忽略高次项，可得：00L L δδ∆∆= （） 灵敏度定义为单位气隙厚度变化引起的电感量相对变化，即：（） 将式（）代入可得：（） 由式（）可见，灵敏度的大小取决于气隙的初始厚度，是一个定值。
但这是在做线性化处理后所得出的近似结果，实际上，变磁阻电感式传感器的灵敏度取决于传感器工作时气隙的当前厚度。
42870《传感器与检测技术(第2版)》胡向东(书中课后习题解答)
100% 40%
0.28
tp
0.8 d
d 3.93
d n 1 2 =4.1Hz
2.12 在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率 216 Hz 处，并得到最大的 幅值比为 1.4，试估算该传感器的阻尼比和固有角频率的大小。
2
《传感器与检测技术(第 2 版)》习题参考答案(20150914 版)
压力为 0 MPa 时输出为 0 mV ，压力为 0.12 MPa 时输出最大且为 16.50 mV 。
输出值/ mV 压力/ MPa 第一循环 正行程 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.56 3.96 7.40 10.88 14.42 反行程 0.66 4.06 7.49 10.95 14.42 第二循环 正行程 0.61 3.99 7.43 10.89 14.47 反行程 0.68 4.09 7.53 10.93 14.47 第三循环 正行程 0.64 4.03 7.45 10.94 14.46 反行程 0.69 4.11 7.52 10.99 14.46
a x 0 a1
1 1 A 1 1 1
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.02 0.04 5 0.3 0.06 0.3 0.022 0.08 0.10
∴
1 1 1 1 1 1 1 AA 1 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 1 1
y(t)
当 2.9
玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程来表示。现已知某
6
《传感器与检测技术(第 2 版)》习题参考答案(20150914 版)
传感器与检测技术第2版教学课件ppt作者胡向东第8章
热敏电阻的温度特性；8.1 热电偶传感器 1. 热电偶测温原理热电效应：两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势的现象。
热电势、热电偶、热电极热端（测量端或工作端）、冷端（参考端或自由端）接触电动势的数值取决于两种不同导体的材料特性和接）可表示为(T,T ，热电偶的热电势可表示为：)()AB e T 0()AB e T•影响因素取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关S型(铂铑10-铂)热电偶分度表0t t ：利用热电偶进行测温，必须在回路中引入连接导线和仪表，接入导线和仪表后不会影响回路中的热电势。
AB (,)(t t E t ==测量仪表及引线作为第三种导体的热电偶回路中间温度定律的应用•根据这个定律，可以连接与热电偶热电特性相近的导体A′和B，将热电偶冷端延伸到温度恒定的地方，这就为热电偶回路中应用补偿导线提供了理论依据。
•该定律是参考端温度计算修正法的理论依据。
在实际热电偶测温回路中, 利用热电偶这一性质, 可对参考端温度不为0℃的热电势进行修正。
标准导体（电极）定律000t t －标准导体定律的意义⏹通常选用高纯铂丝作标准电极⏹只要测得它与各种金属组成的热电偶的热电动势，则各种金属间相互组合成热电偶的热电动势就可根据标准电极定律计算出来。
例子⏹热端为100℃，冷端为0℃时，镍铬合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为2.95mV，而考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势为－4.0mV，则镍铬和考铜组成的热电偶所产生的热电动势应为：⏹2.95－(－4.0)=6.95(mV) 均质导体定律由两种均质导体组成的热电偶，其热电动势的大小只与两材料及两接点温度有关，与热电偶的大小尺寸、形状及沿电极各处的温度分布无关。
即热电偶必须由两种不同性质的均质材料构成。
意义：有助于检验两个热电极材料成分是否相同及材料的均匀性。
9.1.2 热电偶的结构与种类•普通型热电偶•特殊热电偶－铠装型热电偶－薄膜热电偶等。
传感器与检测技术第二版胡向东著.
（4-2）
气隙很小，可以认为气隙中的磁场是均匀的。 若忽略磁 路磁损， 则磁路总磁阻为
L1 L2 2 Rm 1 A1 2 A2 0 A0
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（4-3）
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通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻， 即
2 l1 0 A0 1 A1 2 l2 0 A0 2 A2
• 衔铁移：
L L0 非线性部分 0 0
2 3
• 衔铁下移：
L － － L0 非线性部分 0 0
2 3
• 无论衔铁上移或下移，非线性都将增大。故实际应用 中广泛采用差动式结构。
2 L L0 1 0 0 0 2 L 1 L0 0 0 0
(4-10)
(4-11)
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4.1 变磁阻电感式传感器 4.1.1 工作原理
变磁阻电感式传感器是把被测量的变化通过磁阻的 变化转换成自感L的变化，通过一定的转换电路转换成
电压或电流输出。
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线圈中电感量可由下式确定：
N L I I
（4-1）
根据磁路欧姆定律： IN Rm 式中, Rm为磁路总磁阻。
3
（4-12）
（4-13）
对式（4-11）、（4-13）作线性处理，即忽略高次项后，可得
L L0 0
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（4-14）
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灵敏度为
L L0 1 K 0