传感器第三章 例题
教科版高中物理选修3-2练习：第三章传感器第3(1)
[推荐]教科版高中物理选修3-2练习：第三章传感器第3第4节实验探究：简单的光控和温控电路1．在家用电器中使用最多的是______传感器，其次是______、______、____、磁、压力、烟雾、声敏等传感器．2．模糊洗衣机中的传感器有：______传感器、________传感器、________传感器、______传感器、________传感器、脏污程度传感器、脱水传感器等．3．集成电路又称IC，是在______上集合各种电子器件，实现某种特定功能的电路模块，它是__________中最重要的部分．4．传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是( )A．生物传感器 B．红外传感器C．温度传感器 D．压力传感器5．下列器件是应用力传感器的是( )A．鼠标器 B．火灾报警器C．测温仪 D．电子秤6．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上是电视机中的传感器把光信号转化为电信号的过程．下列属于这类传感器的是( )A．红外报警装置B．走廊照明灯的声控开关C．自动洗衣机中的压力传感装置D．电饭锅中控制加热和保温的温控器【概念规律练】知识点一生活中的传感器1．如图1所示为某种电冰箱内温度控制器的结构．铜制的测温泡1、细管2和弹性金属膜盒3连通成密封的系统，里面充有氯甲烷和它的蒸气，构成了一个温度传感器．膜盒3为扁圆形(图中显示它的切面)，右表面固定，左表面通过小柱体与弹簧片4连接．盒中气体的压强增大时，盒体就会膨胀．测温泡1安装在冰箱的冷藏室中.5、6分别是电路的动触点和静触点，控制制冷压缩机的工作．拉簧7的两端分别连接到弹簧片4和连杆9上．连杆9的下端是装在机箱上的轴．凸轮8是由设定温度的旋钮(图中未画出)控制的，逆时针旋转时凸轮连杆上端右移，从而加大对弹簧7的拉力．(1)为什么当冰箱内温度较高时压缩机能够自动开始工作，而在达到设定的低温后又自动停止工作？(2)为什么用凸轮可以改变设定的温度？图12．温度传感器是应用最广泛的传感器之一，一般由半导体材料的热敏电阻制成，它可以把热信号转换为电信号，进行自动控制，电饭锅、电饭煲的自动加热和保温就是借助于温度传感器来完成的．电饭锅中应用了温度传感器，它的主要元件是感温铁氧体．感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的，它的特点是：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约103℃时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了．这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”．电饭锅的结构如图2所示，试回答以下问题：(1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态？为什么？(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度？为什么？(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？(4)如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？图2知识点二简单的光控电路和温控电路3．路灯晚上为我们照亮道路，天亮之后熄灭，它是通过光线来实现自动控制的，使电路在天亮时自动切断，天黑则自动导通，图3可以模拟光控自动照明电路，其中各元件的参数如下，其中发光二极管相当于路灯．图3如何调试来实现天暗时自动发光，天亮时自动熄灭？4．使用电熨斗时，必须控制电加热过程，以免过热损坏衣服．这就要求，电熨斗的温度低于指定值时电加热器供电加热，温度高于指定值时要将电源关闭，请仿照上题中的光控电路设计一个温控电路．【方法技巧练】传感器问题的分析技巧5．电熨斗在达到设定的温度后就不再升温，当温度降低时又会继续加热，使它总与设定的温度相差不多．在熨烫不同的织物时，设定的温度可以不同，进行这样的控制，靠的是温度传感器．电熨斗中装有双金属片温度传感器，这种双金属片的作用是控制电路的通断，如图4所示为电熨斗的结构图，图中双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属的膨胀系数，请结合所学知识回答以下问题：图4(1)常温下，上、下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将起怎样的作用？(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？6．如图5所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的滑线电阻，阻值为R，长度为L，两边分别有P1、P2两个滑动头，P1可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动，弹簧处于原长时，P1刚好指着A端，P1与托盘固定相连，若P1、P2间出现电压，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小．已知弹簧的劲度系数为k，托盘自身质量为m0，电源电动势为E，内阻不计，当地的重力加速度为g.求：图5(1)托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，P1离A的距离x1；(2)托盘上放有质量为m的物体时，P1离A的距离x2；(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调节P2，使P2离A的距离也为x1，从而使P1、P2间的电压为零．校准零点后，将物体m放在托盘上，试推导出物体质量m与P1、P2间的电压U之间的函数关系式．1．如图6所示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时表针的偏角为θ，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为θ′，则可判断( )A．θ′＝θ B．θ′<θC．θ′>θ D．不能确定θ和θ′的关系2．在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是( )A．光传感器 B．温度传感器C．声传感器 D．压力传感器3. 惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中，这个系统的重要元件之一是加速度计．加速度计构造和原理的示意图如图7所示：沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为m的滑块，滑块两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连；两弹簧的另一端与固定壁相连．滑块原来静止，弹簧处于自然长度，滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导．设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为x，则这段时间内导弹的加速度( )图7A．方向向左，大小为kx/mB．方向向右，大小为kx/mC．方向向左，大小为2kx/mD．方向向右，大小为2kx/m 4．某小型电磁继电器，其中L为含铁芯的线圈．P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱．电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求如图8所示．其工作方式是( )A ．A 与B 接信号电压，C 与D 跟被控电路串联B ．A 与B 接信号电压，C 与D 跟被控电路并联C ．C 与D 接信号电压，A 与B 跟被控电路串联D ．C 与D 接信号电压，A 与B 跟被控电路并联5．下列器件不是应用温度传感器的是( )A ．电熨斗B ．话筒C ．电饭锅D ．测温仪6．某市为了节约能源，合理适时地使用路灯，要求夜晚亮、白天熄，利用半导体的某种特性制成自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制．这是利用半导体的( )A ．压敏性B ．光敏性C ．热敏性D ．三种特性都利用了7．如图9所示为一种自动跳闸的闸刀开关，O 是转动轴，A 是绝缘手柄，C 是闸刀卡口，M 、N 接电源线，闸刀处于垂直纸面向里、B ＝1 T 的匀强磁场中，CO 间距离为10 cm ，当磁场力为0.2 N 时，闸刀开关会自动跳开．则要使闸刀开关能跳开，CO 中通过的电流的大小和方向为( )图9A ．电流方向C→O B．电流方向 ．电流大小为．电流大小为8．利用传感器和计算机可以研究快速变化的力的大小．实验时，把图10甲中的小球举高到绳子的悬点O 处，然后让小球自由下落．用这种方法获得的弹性绳的拉力随时间的变化图线如图乙所示．根据图线所提供的信息，以下判断正确的是( )图10A．t2时刻小球所处位置是运动中最高点B．t1～t2期间小球速度先增大后减小C．t3时刻小球动能最小D．t2与t5时刻小球速度大小不同9．如图11所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、电键K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中．两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为＋q的小球．K断开时传感器上有示数，K闭合时传感器上恰好无示数．则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是( )图11A．正在增加，＝ B．正在减弱，＝mgdnqC．正在减弱，＝ D．正在增加，＝mgdnq10．一般的电熨斗用合金丝做发热元件，合金丝电阻随温度t变化的关系如图12中实线①所示．由于环境温度以及熨烫的衣服厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大的范围内波动，易损坏衣物．有一种用主要成分为BaTiO3，被称为“PTC”的特殊材料做发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点．PTC材料的电阻随温度变化的关系如图12中实线②所示．图12根据图线分析：(1)为什么处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普遍电熨斗升温快？(2)通电一段时间后电熨斗温度t自动地稳定在______＜t＜______范围之内．11．青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制．光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0：照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大．利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开．电磁开关的内部结构如图13所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接．当励磁线圈中电流大于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50 mA时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA.图13(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图．光敏电阻R1，符号灯泡L，额定功率40 W，额定电压36 V ，符号保护电阻R2，符号电磁开关，符号蓄电池E，电压36 V，内阻很小；开关S，导线若干．(2)回答下列问题：①如果励磁线圈的电阻为200 Ω，励磁线圈允许加的最大电压为__________V，保护电阻R2的阻值范围为________Ω.②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通．为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明．答：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________.③任意举出一个其它的电磁铁应用的例子．答：________________________________________________________________________.第3节生活中的传感器第4节实验探究：简单的光控和温控电路答案课前预习练1．温度湿度气体光2．水位负载量水温布质洗涤粉3．硅板电子设备4．C [空调机根据温度调节工作状态，所以内部使用了温度传感器，故C正确．] 5．D [鼠标器中的传感器是红外线接收管，属于光传感器；火灾报警器中传感器是光电三极管，属于光传感器；测温仪用的是温度传感器；电子秤的敏感元件是应变片，是力传感器，D正确．] 6．A [遥控器发出红外线，电视中的传感器感知红外线，是红外线传感器，所以A选项正确．]课堂探究练1．见解析解析(1)冰箱内温度较高时，密封系统中的压强增大，盒体膨胀，膜盒 3通过小柱体带动弹簧片4，使动触点5与静触点6接触，控制压缩机自动开始工作，而在达到设定的温度时弹簧带动弹簧片4将触点5、6断开，使压缩机停止工作．(2)凸轮逆时针转动会加大连杆9对弹簧7的拉力，该拉力与弹性金属膜盒3共同控制弹簧片4的运动，而弹簧7上弹力的变化会改变设定的温度．2．见解析解析(1)开始煮饭时用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸触点接通，电热板通电加热；手松开后，由于永磁体与感温磁体的吸引，按钮不会恢复到图示状态．(2)煮饭时，水沸腾后锅内保持100℃不变，因为水的沸点为100℃，只要有水温度就不变．(3)水分被大米吸收后，锅底温度升高，当温度升至“居里点103℃”时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热．(4)如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持100℃不变，温度低于“居里点103℃”电饭锅不能自动断电，只有水烧干后，温度升高到103℃才能自动断电．3．见解析解析将光敏电阻用黑纸包住使它不被光照亮，如果发光二极管不亮，则调节电位器R1，直到发光二极管发光为止．然后将包裹光敏电阻的黑纸打开，看它是否熄灭，如果此时发光二极管不熄灭，则再调节电位器．反复使光敏电阻遮光或见光，直到可以实现发光二极管在光敏电阻有光照时熄灭，无光照时发光为止．4．见解析解析只需将上题光控电路中的光敏电阻RG换成热敏电阻RT即可，用讯响器发声代表电加热器通电，电路如下图所示调试时：调试R1使RT的温度低于某一指定值时M741后面的电路接通，使RT的温度高于某一指定值时M741后面的电路断开．5．(1)常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片上、下表面受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小．则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热，温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性铜片升降，从而改变触点接触的位置，达到控制不同温度的目的．6．(1) (2)m＋m0g,k) (3)m＝U解析托盘的移动带动P1移动，使P1、P2间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小，由于R为均匀的滑线电阻，则其阻值与长度成正比．(1)由力的平衡知识知m0g＝kx1，解得x1＝m0gk(2)放上重物重新平衡后m0g＋mg＝kx2解得x2＝m＋m0g,k)(3)由闭合电路欧姆定律知E＝IR，由部分电路欧姆定律知U＝IR串，由＝，其中x为P1、P2间的距离，则x＝x2－x1＝mgk联立解得m＝U方法总结分析传感器问题要注意四点(1)感受量分析要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等．(2)输出信号分析明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律．(3)电路结构分析认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律．(4)执行机构工作分析传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程．课后巩固练1．B [光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，开始时有光照射，光敏电阻的阻值较小，当手掌挡住部分光线时，光敏电阻的阻值增大，因为欧姆表的零刻度在表盘的右侧，所以欧姆表测电阻时，阻值越大，指针张角越小，所以选项B正确．] 2．D [当电梯门碰到人或其他障碍物时立即停止关门以防挤伤人，故为压力传感器．] 3．D [滑块随导弹一起做加速运动，向左偏离O点的距离为x，使左侧弹簧被压缩，右侧弹簧被拉长，则滑块所受合力为2kx，方向向右，故加速度方向向右．由牛顿第二定律得：2kx＝ma，滑块加速度大小为：a＝2kx/m，故选D.] 4．A [A、B接电磁继电器线圈，所以A、B应接信号电压，线圈随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用．故正确答案为A.]5．B 6．B [题目中半导体应能感知光照强度变化，并输出电信号，控制电路通断，所以利用了半导体的光敏性，故B正确．]C，由B＝得I＝＝2 A．→C，由B＝得I＝＝2 A．]8．B [小球下落的轨迹如右图所示，B处为绳子原长处，C处为小球重力与绳上拉力相等处，D处为小球下落的最低点，在F－t图中，0～t1小球在OB间下落，t1～t2小球在BD间下落，t2～t3小球由D回到B 处，t3～t4小球在BO间上升，而后下落至B点．由F－t图知，小球在t2时刻下落到最大距离，然后最大距离在逐渐减小，由以上分析知，小球的最大速度出现在C点，对应于t1～t2之间，A错，B对．小球动能最小出现在t2时刻或t3～t4间某时刻，C错误．t2和t5分别对应小球先后两次下落过程中经过最低点的时刻，速度大小为零，D错误．] 9．D [K闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向上的电场力，且电场力大小等于重力．由楞次定律可判断磁场B正在增强，根据法拉第电磁感应定律E＝n＝U，又q＝mg得＝，故D正确．]10．(1)见解析(2)T6 T7解析(1)由于冷态时PTC材料电阻很小，故由P＝知，其发热功率很大，所以升温很快．(2)在T6～T7之间，电熨斗放出的热量和产生的热量才有可能相等，达到热平衡状态，所以电熨斗温度t自动地稳定在T6＜t＜T7范围之内．11．(1)见解析(2)①20160～320②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开③电磁起重机解析(1)要使光敏电阻能够对电路进行控制，且有光照时路灯熄灭，光敏电阻应与1、2串联，3、4与路灯串联，则电路图如右图所示．(2)①由U＝IR得励磁线圈允许加的最大电压Um＝ImR＝0.1×200V＝20 V；依据允许通过励磁线圈的电流最大值和最小值计算得R2min ＝＝Ω＝160 Ω，R2max＝＝Ω＝320 Ω，因此保护电阻R2的阻值范围为160～320 Ω；②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开．③电磁起重机．。
传感器与检测技术第3章 传感器基本特性参考答案
第3章传感器基本特性一、单项选择题1、衡量传感器静态特性的指标不包括（）。
A. 线性度B. 灵敏度C. 频域响应D. 重复性2、下列指标属于衡量传感器动态特性的评价指标的是（）。
A. 时域响应B. 线性度C. 零点漂移D. 灵敏度3、一阶传感器输出达到稳态值的50%所需的时间是（）。
A. 延迟时间B. 上升时间C. 峰值时间D. 响应时间4、一阶传感器输出达到稳态值的90%所需的时间是（）。
A. 延迟时间B. 上升时间C. 峰值时间D. 响应时间5、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（）A．线性度、灵敏度、阻尼系数B．幅频特性、相频特性、稳态误差C．迟滞、重复性、漂移D．精度、时间常数、重复性6、传感器的下列指标全部属于动态特性的是（）A．迟滞、灵敏度、阻尼系数B．幅频特性、相频特性C．重复性、漂移D．精度、时间常数、重复性7、不属于传感器静态特性指标的是（）A．重复性 B．固有频率 C．灵敏度 D．漂移8、对于传感器的动态特性，下面哪种说法不正确（）A．变面积式的电容传感器可看作零阶系统B．一阶传感器的截止频率是时间常数的倒数C．时间常数越大，一阶传感器的频率响应越好D．提高二阶传感器的固有频率，可减小动态误差和扩大频率响应范围9、属于传感器动态特性指标的是（）A．重复性 B．固有频率 C．灵敏度 D．漂移10、无论二阶系统的阻尼比如何变化，当它受到的激振力频率等于系统固有频率时，该系统的位移与激振力之间的相位差必为（）A. 0°B.90°C.180°D. 在0°和90°之间反复变化的值11、传感器的精度表征了给出值与( )相符合的程度。
A.估计值B.被测值C.相对值D.理论值12、传感器的静态特性，是指当传感器输入、输出不随( )变化时，其输出-输入的特性。
A.时间B.被测量C.环境D.地理位置13、非线性度是测量装置的输出和输入是否保持( )关系的一种度量。
传感器习题及答案第三章
第三章3-8 有一应变式测力传感器，弹性元件为实心圆柱，直径D=40mm 。
在圆柱轴向和周向各贴两片应变片（灵敏度系数s=2.），组成差动全桥电路，供桥电压为10v 。
设材料弹性模量E=2.1⨯1011pa ，泊松比υ=0.3。
试求测力传感器的灵敏度（该灵敏度用μv/kN 表示）。
解：设受压缩 F,轴向贴的应变片 R S R R ξ=∆=∆31 横向贴的应变片：SR R R μξ=∆=∆43设原电阻 4321R R R R === ，则受力F 后：11R R R ∆-= , 33R R R ∆-=, 22R R R ∆-= , 44R R R ∆-= 电桥输出电压变化： x U R R R R R R R R U ))((43214231+-=∆xxxURR R UR R R R R UR R R R R R 22)(21212122121∆+∆-≈∆+∆-∆+∆-=∆++∆-∆+∆-=xUS U U 2)1(ξ+-=∆∴Er FErFAF 22πσξπσ∆=∆=∆=∆=∆∴ 代入上式xUEr FSU U 22)1(π∆+-=∆∴测力传感器灵敏度 Er SU U FU K x22)1(π+=∆∆=)(101.2)(02.0)(1022)3.01(1122Pa m V ⨯⨯⨯⨯⨯+=π又因为： 218.91002.11m N Pa ⨯⨯=- 所以： )(8.9102.1101.202.0)(103.11112N V K ⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-πN V 10102.32103.1-⨯⨯⨯=N V 91089.41-⨯= KN V μ4189.0=3-10 一个二阶测试系统，受激励力F o sin ωt 作用，共振时测得振幅为20mm ，在0.8倍的共振频率时测得振幅为12mm ，求系统的阻尼系数ξ（提示，假定在0.8倍的共振频率时，阻尼项可忽略）。
解： 两阶系统22224)1(1)(211)(λξλλξλλλ+-=+-=j H j j H谐振峰 ：20122=-ξξF (1)r f 8.0 时，1214)1(202220=-=+-λλξλF F (2))2()1( 得：122012122=--ξξλ)21(64.0218.08.0222ξλξλλ-=-⨯==r 代入上式61012)21(64.0122=---ξξξ即：66.482.36645924=+-ξξ0129.022,1=ξ 或 0.786 0.786 不符合要求，舍去。
现代传感技术第三章课后习题答案
思考题1.传感器一般包括哪些部分，各部分的作用是什么？答：1、敏感元件：直接感受被测量，以确定的关系输出某一物理量（包括电学量）。
2、转换元件：将敏感元件输出的非电量物理量转换为电学量（包括电路参数量）。
3、转换电路：将电路参数（如电阻、电容、电感）量转换成便于测量的电学量（如电压、电流、频率等）。
2.从传感器的结构形式来划分，可将传感器按其构成方法分为哪几类？各类型的特点是什么？并画出各类型的结构简图。
答:1.通用型、2.参比型、3.差动型、4.反馈型。
1.通用型根据组成可分为：能量变换基本型、能量控制基本型、能量变换特殊型（辅助能源型）、电路参数型和多级变换型。
（1）能量变换基本型特点：（1）只由敏感元件构成。
（2）不需外加电源，敏感元件就是能量变换元件，能量从被测对象获得，输出能量较弱。
（3）利用热平衡现象或传输现象中的一次效应制成是可逆的。
（4）对被测对象有负荷效应（因输出逆效应而影响输入）。
（5）输出能量不可能大于被测对象的能量。
（2）能量控制基本型特点：（1）也由敏感元件组成，但需外加电源才能将被测非电量转换成电量输出。
（2）输出能量可大于被测对象具有的能量。
（3）无需变换电路即可有较大的电量输出。
（3）能量变换特殊型（辅助能源型）特点：（1）只由敏感元件构成。
（2）能量从被测对象获得，属能量变换型。
（3）辅助能源是为了增加抗干扰能力或提高稳定性，或取出信号，或为原理所需要而使用固定磁场。
（4）电路参数型特点：(1) 敏感元件对输入非电信号进行阻抗变换。
(2) 转换电路含有该敏感元件。
(3) 电源向转换电路提供能量从而输出电量，属于能量控制型。
(4) 输出能量远大于输入能量。
(5) 利用传输现象中的二次效应都属于此类传感器。
5)多级变换型2.参比补偿型特点：(1) 采用两个（或两个以上）性能完全相同的敏感元件。
其中一个感受被测量和环境量，另一个只感受环境量作补偿用。
(2) 两个敏感元件同时接到电桥的相邻两臂或反串。
第三章 电容式传感器
C d 2 C0 d0 非线性误差为： d 3 2 d0 d r 100% 100% d d0 d0
减小
C C0 A 2 2 2 灵敏度： S d d0 d0
提高一倍
18
差动式比单极式灵敏度提高一倍，且非线性误差大为减 小。由于结构上的对称性，它还能有效地补偿温度变化所 造成的误差。
弹性体
绝缘材料 定极板
极板支架
动极板
36
在弹性钢体上高度相同处打一排孔，在孔内形成一排平行 的平板电容，当称重时，钢体上端面受力，圆孔变形，每
个孔中的电容极板间隙变小，其电容相应增大。由于在电
路上各电容是并联的， 因而输出反映的结果 是平均作用力的变化， 测量误差大大减小 F
（误差平均效应）
电容式称重传感器
T1 T2 UA U 1 ，U B U1 T1 T2 T1 T2
UA、UB—A点和B点的矩形脉冲的直流分量； T1、T2 —C1和C2充电至Ur的所需时间； U1—触发器输出的高电位。
29
C1、C2的充电时间T1、T2为：
U1 T1 R1C1 ln U1 U r U1 T2 R2C2 ln U1 U r
0 A
dg
g
d0
云母片的相对介电常数是空气的7倍，其击穿电压不小于 1000 kV/mm，而空气的仅为3kV/mm。 有了云母片，极板间起始距离可大大减小,同时传感器的输 出特性的线性度得到改善。
12
13
14பைடு நூலகம்
差动电容式传感器
定极板 动极板 C1 d1 C2 d2 定极板
15
初始位置时，
3
电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三 种类型。
传感器与检测技术第3章 传感器基本特性参考答案
第3章传感器基本特性一、单项选择题1、衡量传感器静态特性的指标不包括（）。
A. 线性度B. 灵敏度C. 频域响应D. 重复性2、下列指标属于衡量传感器动态特性的评价指标的是（）。
A. 时域响应B. 线性度C. 零点漂移D. 灵敏度3、一阶传感器输出达到稳态值的50%所需的时间是（）。
A. 延迟时间B. 上升时间C. 峰值时间D. 响应时间4、一阶传感器输出达到稳态值的90%所需的时间是（）。
A. 延迟时间B. 上升时间C. 峰值时间D. 响应时间5、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（）A．线性度、灵敏度、阻尼系数B．幅频特性、相频特性、稳态误差C．迟滞、重复性、漂移D．精度、时间常数、重复性6、传感器的下列指标全部属于动态特性的是（）A．迟滞、灵敏度、阻尼系数B．幅频特性、相频特性C．重复性、漂移D．精度、时间常数、重复性7、不属于传感器静态特性指标的是（）A．重复性B．固有频率C．灵敏度D．漂移8、对于传感器的动态特性，下面哪种说法不正确（）A．变面积式的电容传感器可看作零阶系统B．一阶传感器的截止频率是时间常数的倒数C．时间常数越大，一阶传感器的频率响应越好D．提高二阶传感器的固有频率，可减小动态误差和扩大频率响应范围9、属于传感器动态特性指标的是（）A．重复性B．固有频率C．灵敏度D．漂移10、无论二阶系统的阻尼比如何变化，当它受到的激振力频率等于系统固有频率时，该系统的位移与激振力之间的相位差必为（）A. 0°°° D. 在0°和90°之间反复变化的值11、传感器的精度表征了给出值与( )相符合的程度。
A.估计值B.被测值C.相对值D.理论值12、传感器的静态特性，是指当传感器输入、输出不随( )变化时，其输出-输入的特性。
A.时间B.被测量C.环境D.地理位置13、非线性度是测量装置的输出和输入是否保持( )关系的一种度量。
A.相等B.相似C.理想比例D.近似比例14、回程误差表明的是在( )期间输出-输入特性曲线不重合的程度。
第3章应变式传感器
(c)当试件材料变化时，只需要调整1和2的长度。
23
3.4 测量电路
一.测量电路的作用、组成及分类 1.作用 (1)转化功能：把电阻的变化转化成电压或电流的变化。 (2)放大功能：机械应变一般很小，对应的电阻变化也很小， 就需要放大。 2. 组成 (1)转化功能对应转化电路，由电桥电路实现。 (2)放大功能对应放大电路，由集成运放实现。 本节只讨论转化电路。 3. 电桥电路的分类 根据电源的不同可分为：直流电桥和交流电桥。
说明:
E
(a)当R1和RB变化较小时，A可看成常数。
(b)当R1和RB变化较大时，A可看成常数会带来非线性误差（参 见3.4节）。
20
U 0 A( R1R4 RB R3 )
④补偿电路的工作原理 (a)试件无应变 t=t0时, 令R1=RB=R3=R4=R0 , 则 Uo=A（R1R4-RBR3）=0 t=t0+△t时, ΔRt1=ΔRtB=ΔRt，R1=RB=R0+ΔRt，则 Uo=0 (b)试件存在应变ε R1存在电阻变化：△R1′=KεR0 t=t0时, RB=R3=R4=R0，R1=R0+△R1′=R0+KεR0 则 Uo=AR02K ε∝ ε t=t0+△t时, R1=R0+ KεR0 +ΔRt，RB=R0+ΔRt, 则 Uo=AR02Kε∝ ε 结论：经过线路补偿，输出只与ε成正比，而与t无关。
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自身因素引起的电阻相对变化：ΔRt /R0=α0Δt 外界因素引起的电阻相对变化： ΔRβ/R0= K0 (βg-βs)Δt
(3)总的温度误差 总电阻相对变化量：
Rt R R R0 R0 R0
[ 0 K 0 ( g s )]t
【 汽车传感器结构原理及典型故障案例】1_第三章 掌握速度和减速度传感器的
1)关闭点火开关。
2)将车支起，使四个轮胎离地10cm左右。
3)拔下轮速传感器的导线插接器插头并用导线将线束插头与轮 速传感器插头的电源端子相连。
4)将万用表(用交流电压档)的两表笔分别搭接在轮速传感器的 信号输出端子(注意+、-极性)，测量传感器的输出电压。
5)打开点火开关，用手转动车轮，万用表应显示交流电压在7～ 14V范围。
二、霍尔效应式轮速传感器
1.结构原理
图3-6 霍尔效应式轮速传感器的磁路 a)磁场较弱时 b)磁场较强时
2.检测方法
1)关闭点火开关。 2)将车支起，使四个轮胎离地10cm左右。 3)拔下轮速传感器的导线插接器插头并用导线将线束插头与轮 速传感器插头的电源端子相连。 4)将万用表(用交流电压档)的两表笔分别搭接在轮速传感器的 信号输出端子(注意+、-极性)，测量传感器的输出电压。 5)打开点火开关，用手转动车轮，万用表应显示交流电压在7～ 14V范围。
1)检测传感器的电源电压。
2)检测传感器线束的导通性。
图3-15 检测传感器线束的导通性
1.结构原理 2.检测方法
三、光敏式车速传感器
1.结构原理
图3-16 光敏式车速传感器 a)结构示意图 b)实物图
1.结构原理
图3-17 光敏式车速传感器的工作原理 1—遮光板 2—光敏晶体管
1.结构原理
3.检测举例
图3-5 轮速传感器与ECU的连接电路
1)检测传感器的信号电压。
表3-1 各轮速传感器信号电压的标准值
2)检测传感器的电阻值。
表3-2 各轮速传感器电阻值的标准值
3)检测传感器与齿圈的气隙。
表3-3 轮速传感器与齿圈的间隙
4)检测传感器线束的电阻值。