传感器与检测技术第七章
传感器与检测技术ppt课件
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重复性
图1-4所示为校正曲线的重复特性。
正行程的最大重复性偏差为△Rmax1, 反行程的最大重复 性偏差为△Rmax2，重复性误差取这两个最大偏差中之较 大者为△Rmax，再以满量程输出的百分数表示，即
rR
Rmax yFS
100%
（1-15）
式中 △Rmax----输出最大不重复误差。
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现代人们的日常生活中，也愈来愈离不开检测技术。例 如现代化起居室中的温度、湿度、亮度、空气新鲜度、防火、 防盗和防尘等的测试控制，以及由有视觉、听觉、嗅觉、触 觉和味觉等感觉器官，并有思维能力机器人来参与各种家庭 事务管理和劳动等，都需要各种检测技术。
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自动检测系统的基本组成
自动检测系统是自动测量、自动资料、自动保护、自动 诊断、自动信号处理等诸系统的总称，基本组成如图1-7。
图1-10 微差法测量稳压电源输出电压的微小变化
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误差处理 主要内容
• 一、误差与精确处理 • 二、测量数据的统计处理 • 三、间接测量中误差的传递 • 四、有效数字及其计算法则
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误差与精确处理
主要内容
(1)绝对误差与相对误差 (2)系统误差、偶然误差和疏失误差 (3)基本误差和附加误差 (4)常见的系统误差及降低其对测量结果影响的方法
（1-17）
由于种种原因，会引起灵敏度变化，产生灵敏度误差。灵 敏度误差用相对误差来表示
k10% 0 sk
（1-18）
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分辨率
分辨率是指传感器能检测到的最小的输入增量。 分辨率可用绝对值表示，也可以用满量程的百分比表 示。
第七章 光电型传感器与测量电路
2．光生伏特效应及器件 光生伏特效应是光照引起PN结两端产生电动势的效应。 当PN结两端没有外加电场时，在PN结势垒区内仍然存在着 内建结电场，其方向是从N区指向P区，如图7-12所示。 当光照射到结区时，光照 产生的电子一空穴对在结电场 作用下，电子推向N区，空穴推 向P区；电子在N区积累和空穴 在P区积累使PN结两边的电位 发生变化，PN结两端出现一个 因光照而产生的电动势，这一 现象称为光生伏特效应。由于 它可以像电池那样为外电路提 供能量，因此常称为光电池。
图7-8 金属封装的CdS光敏电阻
图7-9 光电二极管原理图
(2) 光敏二极管PN结可以光电导效应工作，也可以光生伏特 效应工作。如图7-9所示，处于反向偏置的PN结，在无光照时 具有高阻特性，反向暗电流很小。当光照时，结区产生电子一 空穴对，在结电场作用下，电子向N区运动，空穴向P区运动， 形成光电流，方向与反向电流一致。光的照度愈大，光电流愈 大。由于无光照时的反偏电流很小，一般为纳安数量级，因此 光照时的反向电流基本上与光强成正比。
图7-3 光电管
光电倍增管的结构如图7-4 所示。在玻璃管内除装有光电 阴极和光电阳极外，尚装有若 干个光电倍增极。光电倍增极 上涂有在电子轰击下能发射更 多电子的材料。光电倍增极的 形状及位置设置得正好能使前 一级倍增极发射的电子继续轰 击后一级倍增极。在每个倍增 极间均，依次增大加速电压。 光电倍增管的主要特点是： 光电流大，灵敏度高，其倍增 率为N=δn，其中δ为单极倍增 率(3～6)，n为倍增极数(4～14)。
7.3常用光电器件
光电器件是光电传感器的重要组成部分，对传感器的性能 影响很大。光电器件是基于光电效应工作的，种类很多。所谓 光电效应，是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的 能量而产生的电效应。一般地，光电效应分为外光电效应和内 光电效应两类。因此，光电器件也随之分为外光电器件和内光 电器件两类。 7.3.1 外光电效应及器件 在光的照射下，电子逸出物体表面而产生光电子发射的现 象称为外光电效应。 根据爱因斯坦假设：一个电子只能接受一个光子的能量。 因此要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子能量ε大于该 物体的表面逸出功A。各种不同的材料具有不同的逸出功A， 因此对某特定材料而言，将有一个频率限νo(或波长限λ0)，称 为“红限”，不同金属光电效应的红限见表7-2。
高校工科类专业融合课程思政的实践与探索——以传感器与检测技术课程教学为例
80AUTO TIMEAUTOMOBILE EDUCATION | 汽车教育高校工科类专业融合课程思政的实践与探索——以传感器与检测技术课程教学为例随着科技的飞速发展，如今，诸如传感器、检测等一众设备与技术均被广泛运用到了人们日常的生产与生活。
据估计，截至2022年，我国的传感器市场规模便会达到2327亿元。
足以表明传感器的运用范围之广。
而就人们所熟知的传感器而言，其主要具有自动感知、检测与控制等一众功能，而基于上述功能，不仅能帮助人们在工作中处理大量的信息，同时也能样张传感器来进行数据获取。
除此之外，在传感器的支撑下，物体也便具备了与人相类似的感官功能，譬如味觉、嗅觉、触觉等，这将让物体也能如同人类一般可以变得更加生动且直观。
基于此，当代理工科学生更应全面了解传感器的工作原理并掌握传感器在现代检测技术中的应用。
如今，诸多高校也纷纷开设了传感器与检测技术课程，且因该科学所融合的学科知识较为繁杂，加之学科本身又具有极强的应用性，故许多专业也将该课程作为了必修课，如电子信息、人工智能、机械自动化及遥感技术等。
本文亦将基于高校工科类专业与课程思政协同融合的角度，采用案例式的教学方法，就如何将思政元素渗透至工科类专业课程展开相近探讨，以期能够在促进工科类专业课程与思政教育的双向奔赴同时产生协同效益，继而为学生“三观”的正确形成打下坚实基础。
1 思政元素融入专业教学第一课堂爱国是每一名中华儿女均应自觉承认起的责任与义务，不能只流于表明。
一个国家的伟大，其民众必定具有强烈的家国情怀。
因此，要想实现中华民族伟大复兴的梦想，每一名中华儿女也均应树立起强烈的爱国情怀，无论身处何地都应将爱国放到首位。
当然，作为承担着祖国建设者责任的新生代学生更要怀着民族自豪感，为祖国的明天而努力学习。
作为现代工业自动化接收外界信息第一道窗口的传感器，自其研发之日起便在工业领域发挥着无可替代的重要作用。
在我国，传感器也得到了极其广泛的运用。
山东交通学院成人高等教育期末考试传感器与检测技术复习题精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版《传感与测试技术》A复习题7月无纸化考试复习专用一、单选题1.所指测试系统的输出与输入间实际曲线偏离所求直线的程度的描述。
A.灵敏度B.线性度C.重复性参考答案：B知识点：第3章难度：3解析：测试系统的静态特性定义之一。
2. 把被测量转换为感应电动势的常规传感器之一是：。
A. 电容传感器B. 压电传感器C. 变磁阻电感传感器参考答案：C知识点：第4章难度：3解析：传感器的分类方法。
3.测量值与被测量真值之差，称为。
A.测量残差B.测量标准差C.测量误差参考答案：C知识点：第6章难度：3解析：测量误差的定义。
4. 信号的幅值和独立变量均为连续量。
A. 模拟B. 数字C. 离散参考答案：A知识点：第2章难度：3解析：信号分类描述方法。
5. 随机误差的绝对值相等的正误差与负误差出现的次数相等，称为。
A. 单峰型B. 对称性C. 有界性参考答案：B知识点：第6章难度：3解析：第六章第二节关于随机误差的统计意义。
也是以算数平均值代替真值的依据。
6. 传感器将非电量转换为电能量。
A. 电阻B. 无源C. 有源参考答案：B知识点：第4章难度：3解析：传感器分类方法之一。
7.通过测量仪器，将被测量参数与同一物理量的标准量直接比较的测量是。
A. 直接测量B. 间接测量C. 感官测量参考答案：A知识点：第7章难度：3解析：测量依靠仪器，且进行直接比较所的结果，称为直接测量。
8.实现模拟量到数字量转换的装置称为 _____。
A. A/DB. D/AC. F/V参考答案：A知识点：第7章难度：3解析：计算机测试系统的核心部件定义。
二、填空题1.按滤波器的通频带分为: 滤波器、滤波器、滤波器和滤波器。
参考答案：低通、高通、带通和带阻知识点：第5章难度：3解析：第五章第三节关于滤波器的基本分类。
2.测量结果通常用、和来表达。
参考答案：数字、图形和经验公式知识点：第7章难度：2解析：第七章第一节关于测试结果的表示方法。
现代检测技术(海涛)第七章课后习题答案
由上式可算出纸张的厚度 d。 7.6 习题 7.5 中，若要求使用变极距型电容式传感器进行测量，且要求输出电 压与纸张厚度呈线性关系。请画出原理框图和测量电路图并说明其原理。 答：将纸页夹在变极距型电容器的两极板之间，原理框图如下：
纸张厚度 d
变极距型 电容式传 感器
测量 电路 电压值
电压表转 换显示
设纸页的厚度为 d，介电常数为ε ，此时，变极距型电容传感器的电容为： Cx = εS d
将电容传感器代入下图中Z1 、Z2 。
用固定电容C0 代替，则电路的输出电压为： U0 = E ωC0 EC0 = ∙d ωCx εS
在此处键入公式。
差压传感器及其仪表带在潜水员身边，差压传感器高压侧进气孔敞开与潜水员 身边的水相通，低压侧进气孔通过一根很长的橡胶“背压管”与水面上的大气 相通。差压传感器的差压与潜水员所潜入的深度被测液位 H 成正比，此差压由 测量电路转换成与之成正比的电压读数，这样，潜水员就能从该电压表的读数 知道自己所潜入的深度 H。 7.5 使用变介电常数型电容传感器设计一个纸张厚度测量电路，请画出原理框 图并说明其原理。 答：将纸页夹在变气隙式自感传感器的线圈铁心与活动衔铁之间。原理框图如 下：
纸张厚度 d
变介电常 数型电容 式传感器
测量 电路 电压值
电压表转 换显示
由C =εS δ=ε0 εr S δ式中：S—极板面积； —极板间距离；ε0 --真空介电常熟； 介电常熟； --电容极板间介质的介电常数。如下图：
εr —相对
当极板面积 S、极板间间距保持不变，而插入相对介电常数为εr 的介质，此时 构成的电容传感器为变介电常数电容传感器，保持介电常数不变而改变介质的 厚度。 C= ε0 S d a−d+ε
技术《认识传感器》课件及其教案
通用技术《认识传感器》课件及其教案第一章：课程导入教学目标：1. 激发学生对传感器的兴趣和好奇心。
2. 引导学生了解传感器在日常生活和工业应用中的重要性。
教学内容：1. 介绍传感器的基本概念和作用。
2. 举例说明传感器在各个领域的应用。
教学步骤：1. 利用多媒体课件展示各种传感器实物，引导学生关注传感器在日常生活中的存在。
2. 讲解传感器的作用和原理，让学生了解传感器如何将非电学量转换为电学量。
3. 分享一些传感器在工业、医疗、交通等领域的应用案例，让学生认识到传感器的重要性。
教学评价：1. 观察学生在课堂上的参与程度和兴趣。
2. 收集学生对传感器应用案例的思考和讨论。
第二章：传感器的基本原理教学目标：1. 帮助学生理解传感器的工作原理。
2. 让学生掌握常见传感器的类型和特点。
教学内容：1. 介绍传感器的基本原理。
2. 讲解常见传感器的类型和特点。
教学步骤：1. 通过多媒体课件讲解传感器的基本原理，如光电效应、磁电效应等。
2. 介绍常见的传感器类型，如温度传感器、湿度传感器、光传感器等，并讲解其特点和应用。
教学评价：1. 观察学生在课堂上的理解程度和参与程度。
2. 收集学生对常见传感器类型和特点的掌握情况。
第三章：传感器的应用案例分析教学目标：1. 帮助学生了解传感器在实际应用中的作用。
2. 培养学生运用传感器解决实际问题的能力。
教学内容：1. 分析传感器在实际应用中的案例。
2. 引导学生思考如何运用传感器解决实际问题。
教学步骤：1. 通过多媒体课件展示一些传感器在实际应用中的案例，如自动门、智能家居等。
2. 引导学生分析案例中传感器的作用和原理，让学生了解传感器在实际应用中的重要性。
3. 鼓励学生思考如何运用传感器解决自己生活中的实际问题。
教学评价：1. 观察学生在课堂上的参与程度和思考深度。
2. 收集学生对实际应用案例的分析和对解决实际问题的想法。
第四章：传感器的选择与使用教学目标：1. 帮助学生了解如何选择合适的传感器。
传感器部分课后习题答案1
《传感器与检测技术》部分习题（共37题）（信阳师范学院周胜海，2015）第二章温度检测2-1．在有些热电阻传感器测温实践中，热电阻测量电桥须用三线（四线）连接法（不能用二线连接法）。
请给出三线（四线）连接法示意图，并请简要说明采用三线（四线）连接法的理由和连线注意事项。
2-2.请给出一款由NTC型热敏电阻传感器、晶体管、二极管、继电器等元器件，构成的温度控制器原理图，并简要说明控制原理。
2-3．请给出一款由NTC热敏电阻传感器、电阻器、电压表、电池等元器件，构成的温度计原理图，并简要说明测量原理。
2-4．请定量说明热电偶传感器测量温度的原理。
2-5．请给出一款由半导体集成温度传感器AD590构成的摄氏温度计的原理电路，并简要说明测量原理。
2-6．给出一款用两个半导体集成温度传感器AD590测量两点温差的原理电路，并定量说明测量原理。
2-7．请选用半导体集成温度传感器AD590、电压比较器、晶体管、二极管、继电器、交流接触器等元器件，为某型电热锅炉设计一款温度自动控制（温控）电路，加热器功率为9 kW，使用三相交流电源。
要求：①给出温控电路原理图；②简要说明温控原理；③说明温控灵敏度调节方法；④说明抑制在临界点附近干扰引起抖动的措施。
2-8. 请给出由半导体集成温度传感器AD590构成的智能多点温度巡检系统的构成框图，并简要说明巡检原理。
第三章压力检测3-1．请定量说明金属丝式应变片传感器测量应变的原理，给出半桥（全桥）差动测量电桥示意图，说明半桥（全桥）差动测量电桥较单臂测量电桥的两个主要优点。
3-2. 压电传感器测量电路之一是电荷放大器。
请给出该放大器的原理电路，并证明该放大器的输出不受传感器与放大器连接电缆寄生电容（分布电容）的影响。
3-3． 请给出变极距式电容传感器结构示意图（不计边缘效应），并定量说明其测位移原理（设0d d <<∆）。
*3-4. 请证明非差动变极距式电容传感器测量微小线位移（即0d d <<∆）时，其特性近似是线性的。
《传感器与检测专业技术》第二版部分计算题解答
-《传感器与检测技术》第二版部分计算题解答————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第一章 传感器与检测技术概论作业与思考题1．某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm 变到5.0mm 时，位移测量仪的输出电压由3.5V 减至2.5V ，求该仪器的灵敏度。
依题意：已知X 1=4.5mm ； X 2=5.5mm ； Y 1=3.5V ； Y 2=2.5V求：S ；解：根据式（1-3） 有：15.45.55.35.21212-=--=--=∆∆=X X Y Y X Y S V/mm 答：该仪器的灵敏度为-1V/mm 。
2．某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：铂电阻温度传感器：0.35Ω/℃；电桥：0.01V/Ω；放大器：100（放大倍数）；笔式记录仪：0.1cm/V求：（1）测温系统的总灵敏度；（2）纪录仪笔尖位移4cm 时。
所对应的温度变化值。
依题意：已知S 1=0.35Ω/℃； S 2=0.01V/Ω； S 3=100； S 4=0.1cm/V ； ΔT=4cm求：S ；ΔT解：检测系统的方框图如下：ΔT ΔR ΔU 1 ΔU 2 ΔL（3分）（1）S=S 1×S 2×S 3×S 4=0.35×0.01×100×0.1=0.035（cm/℃） （2）因为：TL S ∆∆=所以：29.114035.04==∆=∆S L T （℃） 答：该测温系统总的灵敏度为0.035cm/℃；记录笔尖位移4cm 时，对应温度变化114.29℃。
3．有三台测温仪表，量程均为0_600℃，引用误差分别为2.5%、2.0%和1.5%，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5%，选哪台仪表合理？依题意，已知：R=600℃； δ1=2.5%； δ2=2.0%； δ3=1.5%； L=500℃； γM =2.5% 求：γM1 γM2 γM3解：铂电电桥放大记录（1）根据公式（1-21）%100⨯∆=Rδ 这三台仪表的最大绝对误差为：0.15%5.26001=⨯=∆m ℃0.12%0.26002=⨯=∆m ℃0.9%5.16003=⨯=∆m ℃（2）根据公式（1-19）%100L 0⨯∆=γ 该三台仪表在500℃时的最大相对误差为：%75.2%10050015%10011=⨯=⨯∆=L m m γ %4.2%10050012%10012=⨯=⨯∆=L m m γ %25.2%1005009%10013=⨯=⨯∆=L m m γ 可见，使用2.0级的仪表最合理。
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教学重点： 热电效应和热电偶的基本定律。 教学难点： 热电偶冷端补偿的常用方法。
2019年7月8日星期一
热电偶测温的主要优点
1.它属于自发电型传感器：测量时可以不 需外加电源，可直接驱动动圈式仪表； 2.测温范围广：下限可达-270 C ，上限 可达1800 C以上； 3.各温区中的热电势均符合国际计量委员 会的标准。
第7章 热电偶传感器
2019年7月8日星期一
1 7.1 热电偶传感器的工作原理 2 7.2 热电偶的材料、结构及种类 3 7.3 热电偶的冷端补偿
2019年7月8日星期一
教学目标
知识目标： (1)了解热电偶的材料、结构和种类。 (2)掌握热电偶传感器的工作原理。 (3)掌握热电偶的冷端补偿方法。
2019年7月8日星期一
热电极A
左端称为： 测量端 （工作端、 热端）
7.1 热电偶传感器的工作原理
先看一个实验——热电偶工作原理演示 热电势 热电极B
A
右端称为： 自由端
（参考端、
冷端）
B
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。 6
2019年7月8日星期一
7.1.1 热电效应
热电偶的工作原理是基于物体的热电效应。两种不同的金属导 体组成闭合电路，用酒精灯加热其中的一个连接点，发现放在 回路中的指南针发生了偏转。如果用两个酒精灯对两个结点同 时进行加热，指南针偏转的角度反而减小，由此可知，闭合电 路中存在电动势并且有电流产生，电流的强弱与两结点的温差 有关，这种现象称为热点效应。两种不同材料的导体所组成的 回路称为“热电偶”。组成热电偶的导体称为“热电极”。热 电偶所产生的电动势称为热电动势。热电偶的两个结点中，置 于温度为T的被测对象中的结点称之为测量端，又称为工作端或 热端，而置于参考温度为T0的另一结点称之为冷端，又称自由 端或参考端。
2019年7月8日星期一
热电势主要由温差电势和接触电势组成。 1.温差电势 温差电势是由于同一种热电极两端温度不同而产生的一种电 势。如果两端温度t>t0时，热电极内的自由电子就会从温度高 的一端向温度低的一端转移，这样就会有温差电势的产生。
图7-2 温差电势的产生原理
2019年7月8日星期一
2.接触电势 热电偶回路的总电势主要是由接触电势引起。
EAB (t, t0 ) EAC (t, t0 ) ECB (t, t0 )
（7-3）
图7-7 接入标准电极的热电偶回路
2019年7月8日星期一
7.1.2 热电偶的基本定律
1.均质导体定律 由两种均质导体组成的热电偶，其热电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、电极各处 的温度分布无关。
如果热电偶回路中的两个热电极的材料相同，不管其是否存 在温差，热电偶回路中的热电势均为零；如果热电偶回路中 的两个热电极的材料不均匀，则当热电极各处在不同温度时， 热电偶回路中将产生附加热电势，造成测量误差。
2019年7月8日星期一
2.中间导体定律 若在热电偶回路中插入中间导体，只要中间导体两端温度相 同，则对热电偶回路的总热电动势无影响。这就是中间导体 定律。
图7-5连接导线、显示仪表和接插件等 均可看成是中间导体，只要保证中间导体两端的温度相同， 则对热电偶的热电动势没有影响。因此中间导体定律对热电 偶的实际应用是非常重要的。
2019年7月8日星期一
从实验到理论：热电效应
1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回 路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放 在回路中的指南针发生偏转（说明什么？），如果用两盏酒 精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说 明什么？） 。
显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在 回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。
EAB (t, t0 ) EAB (t, tn ) EAB (tn , t0 )
（7-2）
2019年7月8日星期一
4.标准电极定律 如图7-7所示，当热电偶的热端温度为t，冷端温度为 t0时， 用热电极A和热电极B组成的热电偶回路的总电势等于热电偶 AC的热电势和热电偶CB的热电势的代数和，即
EAB （ t 0 ）为冷端的电势（V）。
热电势大致与两个结点的温差Δt 成正比
2019年7月8日星期一
热电偶产生的热电动势由上式可以得出下列结论：
①如果热电偶两电极材料相同，即使两端温度不同( t≠t0 ），但总输 出电动势仍为零。 因此必需由两种不同材料才能构成热电偶； ②如果热电偶两结点温度相同,则回路总的热电动势必然等于零,温差 越大，热电动势越大； ③热电动势的大小只与材料和结点温度有关，与热电偶的尺寸形状无 关。
技能目标： （1）能够使用常用仪器检查热电偶传感器性能，判 别其好坏。 （2）能够运用所学知识设计制作基本检测单元模块 电路。 （3）能够对制作的模块电路进行简单的测试。
2019年7月8日星期一
情感目标： （1）养成良好的工作责任心、坚强的意志力和严谨 的工作作风。 （2）具有工作与学习良好的交流与团队合作能力 。
2019年7月8日星期一
根据中间导体定律，可以在热电偶回路中接入一个电位计E， 只要保证电位计与热电偶连接处结点的温度相等，就不会影 响到热电偶回路的总电势
（a）冷端接入电位计（b）热端与冷端之间接入电位计 图7-6 电位计接入热电偶回路
2019年7月8日星期一
3.中间温度定律 在两种不同热电极材料组成的热电偶回路中，如果热端温度 为t，冷端温度为t0，中间温度为tn，则热电偶回路的总电势 等于t与tn热电势和tn与t0热电势的代数和，即
图7-3 接触电势的产生原理
两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的密 度不同，在两金属A和B的接触点处会发生自由电子的扩散现 象。
2019年7月8日星期一
热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势与冷端热 电势之差，是两个结点的温差Δt 的函数：
EAB（t，t0）=EAB （ t ）- EAB （ t 0 ） 式中， EAB （ t ）为热端的电势（V）；