传感器原理及应用

传感器原理及应用
传感器原理及应用

《传感器原理及应用》

测控技术实验室

实验一金属箔式应变片----单臂、半臂、全桥性能实验

一、实验目的:了解金属箔式应变片的应变效应,单臂、半臂、全电桥工

作原理和性能。

二、基本原理:电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化,

这就是电阻应变效应,描述电阻应变效应的关系式为:ΔR/R=Kε式中:ΔR/R 为:ΔR/R电阻丝电阻相对变化, K为应变灵敏系数, ε=ΔL/L为电阻丝长度相对变化, 金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件,通过它转换被测部件受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化,电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压Uο1=Ek?/4。在半桥性能实验中,不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边,电桥输出灵敏度提高,非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时,其桥路输出电压Uο2=Ek?/2。在全桥测量电路中,将受力性质相同的两应变片接入电桥对边,不同的接入邻边,当应变片初始阻力值:R1=R2=R3=R4,其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时,其桥路输出电压Uο3=Ek?。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍,非线性误差和温度误差均得到改善。

三、实验设备:应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、

±15V、±4V直流电源、万用表。

四、实验方法和要求:

1、根据电子电路知识,实验前设计出实验电路连线图。

2、独力完成实验电路连线。

3、找出这三种电桥输出电压与加负载重量之间的关系,并作出V o=F(m)

的关系曲线。

4、分析、计算三种不同桥路的系统灵敏度S=ΔU/ΔW(ΔU输出电压变化

量,ΔW重量变化量)和非线性误差:δf1=Δm/yF·s×100%式中Δm为

输出值(多次测量时为平均值)与拟合直线的最大偏差:yF·s满量程

输出平均值,此处为200g。

五、思考题

1、单臂电桥时,作为桥臂电阻应变片应选用:(1)正(受拉)应变片(2)

负(受压)应变片(3)正、负应变片均可以。

2、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时,应放在:(1)

对边(2)邻边。

3、全桥测量中,当两组对边(R1、R3为对边)电阻值R相同时,即R1=R3,

R2=R4,而R1≠R2时,是否可以组成全桥:(1)可以(2)不可以。

实验二压阻式压力传感器的压力测量实验

一、实验目的:了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。

二、基本原理:扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P

型或N型电阻条,接成电桥。在压力作用下,根据半导体的压阻效应,

基片产生应力,电阻条的电阻率产生很大变化,引起电阻的变化,我

们把这一变化引入测量电路,则其输出电压的变化反映了所受到的压

力变化。

三、实验设备:压力源、压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实

验模板、流量计、三通连接导管、数显单元、直流稳压源±4V、±15V。

四、实验方法和要求:

1、根据电子电路知识完成电路连接,主控箱内的气源部分、压缩泵、

储气箱、流量计在主控箱内部已接好。将标准压力表放置传感器支

架上,三通连接管中硬管一端插入主控板上的气源快速插座中(注

意管子拉出时请用双指按住气源插座边缘往内压,则硬管可轻松拉

出)。其余两根软导管分别与标准表和压力传感器接通。将传感器

引线插头插入实验模板的插座中。

2、先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮,开通流量计。

3、合上主控箱上的气源开关,启动压缩泵,此时可看到流量计中的滚

珠浮子在向上浮起悬于玻璃管中。

4、逐步关小流量计旋钮,使标准压力表指示某一刻度,观察数显表显

示电压的正、负,若为负值则对调传感器气咀接法。

5、仔细地逐步由小到大调节流量计旋钮,使压力显示在4—14KP之

间,每上升1KP分别读取压力表读数,记下相应的数显表值。

6、计算本系统的灵敏度和非线性误差。

五、思考题:

如果本实验装置要成为一个压力计,则必须对其进行标定,如何标定?

实验三压电式传感器测震动实验

一、实验目的:了解压电式传感器的测量震动的原理和方法。

二、基本原理:压电式传感器由惯性量块和受压的压电片等组成。(仔细观

察实验用压电加速度计结构)工作时传感器感受与试件相同频率的震

动,质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上,由于压电效应,压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。

三、实验设备:震动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电

式传感器实验模板、双线示波器。

四、实验方法和要求:

1、压电传感器已装在震动台面上。

2、将低频震荡器信号接入到台面三源板震动源的激励插孔。

3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端,与传

感器外壳相连的接线端接地,另一端接R1。将压电传感情实验模

板电路输出端V o1接R6。将压电传感器实验模板电路输出端V02

接入低通滤波器输入端V i,低通滤波器输出V o与示波器相连。

4、合上主控箱电源开关,调节低频震荡器的频率和幅度旋钮使震动台

震动,记录示波器波形。

5、改变低频震荡器的频率,记录输出波形变化。

6、用示波器的两个通道同时记录低通滤波器输入端和输出端波形。

7、求出压电传感器的振动方程。

五、思考题:

根据压电传感器的振动方程,是否能得到其速度和加速度方程。

实验四差动变压器的性能实验

一、实验目的:差动变压器的工作原理和特性。

二、基本原理:差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成,

根据内外层排列不同,有二段和三段式,本实验是三段式结构。当传感器随着被测体移动时,由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化,一只次级感应电势增加,另一只感应电势则减少,将两只次级反向串接(同名端连接),就引出差动输出。其输出电势反映出被测体的移动量。

三、实验设备:差动变压器实验模板、测微头、双线示波器、差动变压器、

音频信号源(音频震荡器)、直流电源、万用表。

四、实验方法和要求:

1、将差动变压器装在差动变压器实验模板上。

2、将传感器引线插头插入实验模板的插座中,接好外围电路,音频震荡

器信号必须从主控箱中的L v端子输出,调节音频震荡器的频率,输出

频率为4—5KHZ(可用主控箱的频率表输入Fin来检测)。调节输出幅

度为峰-峰值V p-p=2V(可用示波器检测)

3、旋转测微头,使示波器第二通道显示的波形峰-峰值V p-p最小,这时

可以左右位移,假设其中一个方向为正位移,另一个方向位移为负,

从V p-p最小开始旋动测微头,每隔0.2mm从示波器上读出输出电压

V p-p值,至少记录一个周期的数据。在实验过程中,注意左、右位移

时,初、次级波形的相位关系。

4、在实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残

余电压大小。画出输出电压峰值V op-p—位移X曲线,作出量程为±

1mm、±3mm灵敏度和非线性误差。

五、思考题:

1、用差动变压器测量较高频率的振幅,可以吗?差动变压器测量频率的

上限受什么影响?

2、试分析差动变压器与一般电源变压器的异同?

实验五位移传感器特性实验

-霍尔式、电涡流式、电容式

(一)霍尔式传感器位移特性实验

一、实验目的:了解霍尔式传感器原理与应用。

二、基本原理:根据霍尔效应,霍尔电势Uн=KнIB,当霍尔元件处在梯

度磁场中运动时,它就可以进行位移测量。

三、实验设备:霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流电源、测微头、数

显单元。

四、实验方法和要求:

1、将霍尔传感器安装于实验模板的支架上。再将传感器引线插头接入

实验模板的插座中,完成实验电路的连线。

2、开启电源,调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置并使数显表指示为

零。

3、测微头向轴向方向推进,每转动0.2mm记下一个输出电压读数,

直到读数近似不变。

4、作出V—X曲线,计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。

五、思考题:

本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化?

(二)电涡流传感器位移实验

一、实验目的:了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。

二、基本原理:通以高频电流的线圈产生磁场,当有导电体接近时,因导电

体涡流效应产生涡流损耗,而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关,因

此可以进行位移测量。

三、实验设备:电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单

元、测微头、铁圆片。

四、实验方法和要求:

1、将电涡流传感器安装在实验模板的支架上。

2、观察传感器结构,这是一个平绕扁线圈。

3、将电涡流传感器输出线接入实验模板标有L的两端插孔中,作为震

荡器的一个元件。

4、在测微头端部装上铁质金属圆片,作为电涡流传感器的被测体。

5、用连接导线从主控台接入±15V直流电源接到模板上标有+15V的

插孔中。

6、使测微头与传感器线圈端部接触,开启主控箱电源开关,记下数显

表读数,然后每隔0.2mm读一个数,直到输出电压几乎不变为止。

7、画出V—X曲线,根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时

的最佳工作点,试计算量程为1mm、3mm及5mm时的灵敏度和线

性度(可以用端基法或拟合直线法)。

六、思考题:

1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关?

2、电涡流传感器进行非接触位移测量时,如何根据量程选用传感器。(三)电容式传感器的位移实验

一、实验目的:了解电容式传感器结构及其特点。

二、基本原理:利用平板电容C=εA/d和其它结构的关系式,通过相应的

结构和测量电路可以选择ε、A、d三个参数中,保持两个参数不变,而只改变其中一个参数,则可以有测谷物干燥度(ε变),测微小位移

(d变)和测量液位(A变)等多种电容传感器。

三、实验设备:电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、滤

波模板、数显单元、直流稳压电源。

四、实验方法和要求:

1、将电容传感器装于电容传感器实验模板上,将传感器引线插头插入

实验模板的插座中。

2、将电容传感器实验模板的输出端V o1与数显表单元V i相接,R w

调节到中间位置。

3、接入±15V电源,旋转测微头推进电容传感器动极板位置,每间隔

0.2mm记下位移X与输出电压值。

4、计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δf。

五、思考题:

试设计利用ε的变化测谷物湿度的传感器原理及结构?能否叙述一下

在设计中应考虑哪些因素?

实验六转速的测量-磁电式、光电式、霍尔式

(一) 磁电式转速传感器测速实验

一、实验目的:了解磁电式传感器测量转速的原理。

二、基本原理:基于电磁感应原理,N匝线圈所在磁场的磁通变化时,线

圈中感应电势е=–dφ/dt发生变化,因此当转盘上嵌入N个磁棒时,每转一周线圈感应电势产生Ν次的变化,通过放大、整形和计数的电路即可以测量转速。

三、实验设备:磁电式传感器、数显单源测速档、直流电源2—24V。

四、实验方法和要求:

1、根据磁电式传感器原理,独立完成实验电路的连线。磁电式传感器端

面离转动盘面2mm左右,并且将磁电传感器中心对准磁钢中心。

2、使转速电机带动转盘旋转,将转速电源从5V起,每增加5V电压记录

一组转速数椐。

3、作出转速与转速电压关系曲线。

五、思考题:为什么说磁电式传感器不能测很低速的转动,请说明理由。(二) 光电转速传感器测速实验

一、实验目的:掌握光电转速传感器测量转速的原理及方法。

二、基本原理:光电式转速传感器有反射型和透射型两种,在透射型的实验装置上,传感器端部有发光管和光电管,发光管发出的光通过转盘上开孔透射后,由光电管接收并转换成电信号。由于转盘上有相间的6个孔,转动时将获得与转速及孔数有关的脉冲,将电脉冲计数处理可得到转速值。

三、实验设备:光电转速传感器、直流电源+5V、转动源及2—24V直流电源、数显单元。

四、实验方法和要求:

1、将光电传感器安装在三源板上,利用电子电路知识,把三源板上的电源+5V、地、输出与主控箱上的电源+5V、地、数显表上的输入端相连。数显表转换开关打到转速档。将转速源电源2—24V输出旋到最小,接到转动源电源24V插孔上。完成电路接线,并画出电路接线图。

2、将转速源电源输出旋到4V开始记录电机转速,以后每增加2V记一次电机转速,到20V为止。

3、作出转速源电源电压与电机转速的关系曲线。

4、分析、计算转盘上单孔时电机转速

五、思考题:

光电转速传感器测速与磁电转速传感器测速、霍尔式传感器测速比较哪种方法最简单、方便。

(三)霍尔测转速实验

一、实验目的:了解霍尔转速传感器的应用。

二、基本原理:利用霍尔效应表达式:当被测圆盘上装上N只磁性体时,圆盘每转一周磁场就变化N次。每转一周霍尔电势就同频率相应变化,输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。

需用器件与单元:霍尔转速传感器、直流源+5V、转动源2-24V、转动源单元、数显单元的转速显示部分。

三实验步骤:

1.将霍尔转速传感器装于传感器支架上,探头对准反射面内的磁钢。

2.将5V直流源加于霍尔转速传感器的电源端(1号接线端)。

3.将霍尔转速传感器输出端(2号接线端)插入数显单元FIN端,3号接线端接地。

4.将转速调节中的+2V-24V转速电源接入三源板的转动电源插孔中。

5.将数显单元上的开关拨到转速档。

6.调节转速调节电压使转动速度变化。观察数显表转速显示的变化。

思考题:

1、利用霍尔元件测转速,在测量上有否限制?

2、本实验装置上用了六只磁钢,能否用一只磁钢?

实验七集成温度传感器的特性实验

一、实验目的:了解常用的集成温度传感器基本原理、性能与应用。

二、基本原理:集成温度传感器将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上,它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出,一般用于-50℃±150℃之间温度测量,温敏晶体管是利用管子的集电极电流恒定时,晶体管的基极、发射极电压与温度成线性关系。为克服温敏晶体管∪b电压生产时的离散性,均采用了特殊的差分电路。集成温度传感器有电压型和电流型两种,电流输出型集成温度传感器,在一定温度下,它相当于一个恒流源。因此它具有不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰。具有很好的线性。本实验采用的是国产的AD590。它只需要一种电源(+4V——+30V)。即可实现温度到电流的线性变换,然后在终端使用一只取样电阻(本实验中为R2)即可实现电流到电压的转换。它使用方便且电流型比电压型的测量精度更高。

三、实验设备:温度控制单元、加热源、集成温度传感器、温度传感器实验模板、数显单元、万用表。

四、实验方法和要求:

1、将K型热电偶测试端插入台面三源板加热源的一个传感器安置孔中,做环

境温度监控用。

2、集成温度传感器接入实验模板。根据电子电路知识,完成实验电路的所有

接线,并画出接线电路图。

3、实验中设定温度从40℃开始,建议温度控仪表每隔5℃设定一个点(至少

十个点),并记下数显表上相应的读数电压值,注意上线不能超过125℃。

4、作出集成温度传感器的输出电压与温度变化的关系曲线。

5、据误差与数据处理知识,对实验数据分析、处理。计算出在所得数据范围

内集成温度传感器的非线性误差。

五、思考题:我们知道在一定的电流模式下PN结的正向电压与温度之间具有较好的线性关系,因此就有温敏二极管。利用开关二极管或其它温敏二极管在50℃—100℃之间,作温度特性,然后与集成温度传感器相同区间的温度特性进行比较,从线性看温度传感器线性优于温敏二极管,试说明理由。

实验八铂电阻测温特性实验

一、实验目的:了解铂电阻的特性与应用。

二、基本原理:利用导体电阻随温度变化的特性,热电阻用于测量时,要求

其材料电阻温度系数大,稳定性好,电阻率高,电阻与温度之间最好有线性关系。常用铂电阻和铜电阻、铂电阻在0—630.74℃以内,电阻Rt与温度t的关系为:Rt=Ro(1+At+Bt2),Ro系温度为0℃时的电阻。本实验Ro=100Ω,At=3.9684*10‐2/℃,B=-5.847*10‐7/℃,铂电阻现在是三线连接,其中一端接二根引线主要为消除引线电阻对测量的影响。

三、实验设备:加热源、K型热电偶、P t100热电阻、温度控制单元、温

度传感器实验模板、数显单元、万用表。

四、实验方法和要求:

1、取K型热电偶作为环境温度的标准,将P t100铂电阻接入温度传感器

的实验模板,完成外部电路的接线,

2、合上主控箱电源开关,使模板上的电桥平衡,桥路输出在室温下输出

为零,加±15V运放电源,使数显单元显示为零。

3、在常温基础上,将设定的温度值按间隔Δt=5℃读取数显表值,不少于

10组数,并作出输出电压与温度的关系曲线。

五、思考题:

根据电压、温度的关系曲线,计算其非线性误差。

实验九湿度传感器实验

一、实验目的:了解湿度传感器工作原理及应用。

二、基本原理:湿敏元件主要有电容式和电阻式两种。电容式湿敏元件采

用高分子薄膜为感湿材料,用微电子技术制作,其电容值随湿度呈线性变化,当将湿敏元件接入测量电路时,输出电压值随湿度线性变化。电阻式湿敏元件其电阻值的对数与相对湿度接近线性关系,同样可用于检测相对湿度。

三、实验设备:湿敏传感器(内含测量电路)、直流电源5V、数显单元、

湿棉花球。

四、实验方法和要求:

1、将湿度传感器三根接线:1号线接电源+5V,2号线为输出、接到主控

箱的Vin端,3号线接地。

2、打开电源开关,先预热3—5分钟时间,然后往有机玻璃湿敏腔中加入

少量干燥剂,放上传感器,等到显示单元稳定后记下数值。再拿出干燥剂,在试管中加入湿棉花球,放上传感器,等到显示稳定后记下数显值,比较前后变化量。

五、思考题:说明输出电压与湿度的关系。

《传感器原理及应用》课后答案

第1章传感器基础理论思考题与习题答案 1.1什么是传感器?(传感器定义) 解: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,通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。 1.2传感器特性在检测系统中起到什么作用? 解:传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系,所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种:静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性,它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性,它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 1.3传感器由哪几部分组成?说明各部分的作用。 解:传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。其中,敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分,转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成电信号的部分,调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分,如书中图1.1所示。 1.4传感器的性能参数反映了传感器的什么关系?静态参数有哪些?各种参数代表什么意 义?动态参数有那些?应如何选择? 解:在生产过程和科学实验中,要对各种各样的参数进行检测和控制,就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量,这取决于传感器的基本特性,即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度,迟滞和重复性等。意义略(见书中)。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等,应根据被测非电量的测量要求进行选择。 1.5某位移传感器,在输入量变化5mm时,输出电压变化为300mV,求其灵敏度。 解:其灵敏度 3 3 30010 60 510 U k X - - ?? === ?? 1.6某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成,各环节的灵敏度为:S1=0.2mV/℃、

传感器原理及应用期末考试试卷(含答案)

传感器原理及应用 一、单项选择题(每题2分.共40分) 1、热电偶的最基本组成部分是()。 A、热电极 B、保护管 C、绝缘管 D、接线盒 2、为了减小热电偶测温时的测量误差,需要进行的温度补偿方法不包括( )。 A、补偿导线法 B、电桥补偿法 C、冷端恒温法 D、差动放大法 3、热电偶测量温度时( )。 A、需加正向电压 B、需加反向电压 C、加正向、反向电压都可以 D、不需加电压 4、在实际的热电偶测温应用中,引用测量仪表而不影响测量结果是利用了热电偶的哪 个基本定律( )。 A、中间导体定律 B、中间温度定律 C、标准电极定律 D、均质导体定律 5、要形成测温热电偶的下列哪个条件可以不要()。 A、必须使用两种不同的金属材料; B、热电偶的两端温度必须不同; C、热电偶的冷端温度一定要是零; D、热电偶的冷端温度没有固定要求。 6、下列关于测温传感器的选择中合适的是()。 A、要想快速测温,应该选用利用PN结形成的集成温度传感器; B、要想快速测温,应该选用热电偶温度传感器; C、要想快速测温,应该选用热电阻式温度传感器; D、没有固定要求。 7、用热电阻测温时,热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是( )。 A、接线方便 B、减小引线电阻变化产生的测量误差 C、减小桥路中其他电阻对热电阻的影响 D、减小桥路中电源对热电阻的影响 8、在分析热电偶直接插入热水中测温过程中,我们得出一阶传感器的实例,其中用到了()。 A、动量守恒; B、能量守恒; C、机械能守恒; D、电荷量守恒; 9、下列光电器件中,基于光电导效应工作的是( )。 A、光电管 B、光敏电阻 C、光电倍增管 D、光电池

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《传感器原理及应用》复习题 1.静态特性指标其中的线性度的定义是指 2.传感器的差动测量方法的优点是减小了非线性误差、提高了测量灵敏度。 3.对于等臂半桥电路为了减小或消除非线性误差的方法可以采用提高桥臂 比,采用差动电桥的方法。 4.高频反射式电涡流传感器实际是由线圈和被测体或导体两个部分组成的系统,两者之间通过电磁感应相互作用,因此,在能够构成电涡 流传感器的应用场合中必须存在金属材料。 5.霍尔元件需要进行温度补偿的原因是因为其霍尔系数和材料电阻 受温度影响大。使用霍尔传感器测量位移时,需要构造一个磁场。 6.热电阻最常用的材料是铂和铜,工业上被广泛用来测量中低温 区的温度,在测量温度要求不高且温度较低的场合,铜热电阻得 到了广泛应用。 7.现有霍尔式、电涡流式和光电式三种传感器,设计传送带上塑料零件的计数 系统时,应选其中的光电传感器。需要测量某设备的外壳温度,已知其 范围是300~400℃,要求实现高精度测量,应该在铂铑- 铂热电偶、铂电阻和热 敏电阻中选择铂电阻。 8.一个二进制光学码盘式传感器,为了达到1″左右的分辨力,需要采用 或位码盘。一个刻划直径为400 mm的 20 位码盘,其外圈分别间隔 为稍大于μm。 9.非功能型光纤传感器中的光纤仅仅起传输光信息的作用,功能型光纤传感器 是把光纤作为敏感元件。光纤的 NA 值大表明集光能力强。 11.光照使半导体电阻率变化的现象称为内光电效应,基于此效应的器件除光敏 电阻外还有处于反向偏置工作状态的光敏二极管。光敏器件的灵敏度可 用光照特性表征,它反映光电器件的输入光量与输出光电流(电压 )之间 的关系。选择光电传感器的光源与光敏器件时主要依据器件的光谱特性。 12. 传感器一般由敏感元件 _ 、转换元件 ___ 、测量电路及辅助电 源四个部分组成。 13.传感器的灵敏度是指稳态标准条件下,输出变化量与输入变化 量的比值。对线性传感器来说,其灵敏度是一常数。

传感器原理及工程应用考试复习总结

20XX 年传感器原理及工程应用考试复习总结—光通信071吴浩2007031062 此为我根据老师给的20XX 年复习大纲,采用老师09、10年课件、网络资料、课本书籍、以及光电子072班同学的复习资料综合整理的最终复习资料,仅供参考,部分内容可能有偏差,请大家找出并纠正及时发到群邮箱。注:由于很多资料课件上没有,但因为时间关系书中的资料就没有打上去,请同学们自己对应书页码查找。 一、考试题型 选择题: 10×3 = 30分 填空题: 2×15 = 30分 原理及测量电路分析: 2×10 = 22分 计算题: 1×10 = 10分 作图题: 1×8 = 8 分 二、范围及重点 第一章 (1) 在测量结果中进行修正;(2)消除系统误差的根源;(3)在测量系统中采用补偿措施;(4)实时反馈修正。 (1)实验对比法 ;(2)残余误差观察法 ;(3)准则检查法。 , 含义各异。主要包括5种:(1)绝对误差:Δ=x-L ;(2)相对误差:δ=Δ/ L ×100%;(3)引用误差:γ=Δ/(测量范围上限- 测量范围下限) ×100%;(4)基本误差;(5常用绝对误差来评定测量准确度;相对误差常用来表示和比较测量结果的准确度;引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法,基本误差、附加误差适用于传感器或仪表中。 定方式变化着的误差,称为随机误差。随机误差的特点有:对称性,单峰性,抵偿性和有界性。 如:电磁场的微变、零件的摩擦、间隙,热起伏、空气扰动等、对测量值的综合影响造成的; 1).人为因素;2). 量具因素;3).力量因素;4).测量因素;5).环境因素. 第二章 1.静态特性概念、指标,时域动态特性指标 6个:时间常数τ、延迟时间d t 、上升时间r t 、峰值时间p t 、超调量σ、衰减比d 。 2.传感器的概念、动态特性概念

传感器原理及应用

温度传感器的应用及原理 温度测量应用非常广泛,不仅生产工艺需要温度控制,有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量,如计算机要监控CPU的温度,马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等,下面介绍几种常用的温度传感器。 温度是实际应用中经常需要测试的参数,从钢铁制造到半导体生产,很多工艺都要依靠温度来实现,温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述,并介绍与电路系统之间的接口。 热敏电阻器 用来测量温度的传感器种类很多,热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC),也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中,热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高,但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。 这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的,但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25),该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比,通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例,25℃时阻值为10KΩ的电阻,在0℃时电阻为28.1KΩ,60℃时电阻为4.086KΩ;与此类似,25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。 图1是热敏电阻的温度曲线,可以看到电阻/温度曲线是非线性的。

虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量,但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值,可以用这个曲线来估计,也可以直接计算出电阻值,计算公式如下: 这里T指开氏绝对温度,A、B、C、D是常数,根据热敏电阻的特性而各有不同,这些参数由热敏电阻的制造商提供。 热敏电阻一般有一个误差范围,用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同,误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换,用于不能进行现场调节的场合,例如一台仪器,用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准,这种热敏电阻比普通的精度要高很多,也要贵得多。 图2是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压,一般它与ADC的参考电压一致,因此如果ADC的参考电压是5V,Vref 也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压,其阻值变化使得节点处的电压也产生变化,该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。

传感器原理及应用试题库(已做)

一:填空题(每空1分) 1.依据传感器的工作原理,传感器分敏感元件,转换元件, 测量电路三个部分组成。 2.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应,可采用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 3.根据热敏电阻的三种类型,其中临界温度系数型最适合开关型温度传感器。 4.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为:传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比,用公式表示k(x)=Δy/Δx 。 5.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同,线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性度。 6.根据敏感元件材料的不同,将应变计分为金属式和半导体式两大类。 7.应变传感器设计过程中,通常需要考虑温度补偿,温度补偿的方法电桥补偿 法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 8.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 9.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 10.国家标准GB 7665--87对传感器下的定义是:能够感受规定的被测量并按照 一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。 11.传感器按输出量是模拟量还是数字量,可分为模拟量传感器和数字量传感器 =输出量的变化值/输入量的变化12.传感器静态特性的灵敏度用公式表示为:k (x) 值=△y/△x 13.应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有:有一定的粘贴强度;能准确传递应变; 蠕变小;机械滞后小;耐疲劳性好;具有足够的稳定性能;对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用;有适当的储存期;应有较大的温度适用范围。14.根据传感器感知外界信息所依据的基本校园,可以将传感器分成三大类: 物理传感器,化学传感器,生物传感器。

常用传感器的工作原理及应用

常用传感器的工作原理及应用

3.1.1电阻式传感器的工作原理 应变:物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象 弹性应变:当外力去除后,物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变 弹性元件:具有弹性应变特性的物体 3.1.3电阻应变式传感器 电阻应变式传感器利用电阻应变片将应变转换为电阻值变化的传感器。 工作原理:当被测物理量作用于弹性元件上,弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生变形,产生相应的应变或位移,然后传递给与之相连的应变片,引起应变片的电阻值变化,通过测量电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测量的大小。 结构:应变式传感器由弹性元件上粘贴电阻应变片构成。 应用:广泛用于力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量。 1.电阻应变效应 ○

电阻应变片的工作原理是基于应变效应,即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时,其电阻值相应发生变化,这种现象称为“应变效应”。 2.电阻应变片的结构 基片 b l 电阻丝式敏感栅 金属电阻应变片的结构 4.电阻应变式传感器的应用 (1)应变式力传感器 被测物理量:荷重或力 一

二 主要用途:作为各种电子称与材料试验机的 测力元件、 发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。 力传感器的弹性元件:柱式、筒式、环式、悬臂式等 (2)应变式压力传感器 主要用来测量流动介质的动态或静态压力 应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式 弹性元件。 (3)应变式容器内液体重量传感器 感压膜感受上面液体的压力。 (4)应变式加速度传感器 用于物体加速度的测量。 依据:a =F/m 。 3.2电容式传感器 3.2.1电容式传感器的工作原理 由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的 平板电容器,如果不考虑边缘效应,其电容量为 当被测参数变化使得S 、d 或ε发生变化时, 电容量C 也随之变化。 d S C ε=

传感器原理与应用心得

传感器原理与应用心得 张宝龙电信工二班201400121099 传感器应用极其广泛,而且种类繁多,涉及的学科也很多,通过对传感器的学习让我基本了解了传感器的基本概念及传感器的静、动态特性电阻式、电感式传感器的结构、工作原理及应用。 传感器的特性主要是指输出入输入之间的关系。当输入量为常量或变化很慢时,其关系为静态特性。当输入量随时间变换较快时,其关系为动态特性。 传感器的静态特性是指对静态的输入信号,传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关,所以它们之间的关系,即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程,或以输入量作横坐标,把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有:线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。 所谓动态特性,是指传感器在输入变化时,它的输出的特性。在实际工作中,传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得,并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系,往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种,所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。 传感器的作用主要是感受和响应规定的被测量,并按一定规律

将其转换成有用输出,特别是完成非电量到电量的转换。传感器的组成并无严格的规定。一般说来,可以把传感器看做由敏感元件和变换元件两部分组成,。 通过最近的学习,是我了解到在实际中使用传感器的选择一定要慎重。我们可以根据测量对象与测量环境确定传感器的类型。其次,当我们在选择传感器时要注意传感器的灵敏度,频率响应范围,线性范围,稳定性,精度等。 人们为了从外界获取信息,必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官,在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况,就需要传感器。因此可以说,传感器是人类五官的延长,又称之为电五官。 新技术革命的到来,世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中,首先要解决的就是要获取准确可靠的信息,而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。 通过对这门课的学习开阔了我的视野,让我了解了以前没有了解的东西。在老师的指导下让我明白了学习要有自觉性,要自己积极主动地去学习。

各种温度传感器分类及其原理.

各种温度传感器分类及其原理.

各种温度传感器分类及其原理 温度传感器是检测温度的器件,其种类最多,应用最广,发展最快。众所周知,日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化, 在此我们暂时介绍最常用的热电阻和热电偶两类产品。 1. 热电偶的工作原理 当有两种不同的导体和半导体 A 和 B 组成一个回路,其两端相互连接时,只要两结点处的温度不同,一端温度为 T ,称为工作端或热端,另一端温度为 TO ,称为自由端 (也称参考端 或冷端,则回路中就有电流产生,如图 2-1(a所示,即回路中存在的电动势称为热电 动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。 与塞贝克有关的效应有两个:其一, 当有电流流过两个不同导体的连接处时, 此处便吸收或放出热量 (取决于电流的方向 , 称为珀尔帖效应;其二,当有电流流过存在温度梯度的导体时,导体吸收或放出热量(取决 于电流相对于温度梯度的方向 ,称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势 EAB(T, T0 是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同 的导体或半导体在接触处产生的电势, 此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。 温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势, 此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关, 而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。 无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势, 热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时,在断开处 a , b 之间便有一电动势差△ V ,其极性和大小与回路中的热电势一致,如图 2-1(b所示。并规定在冷端,当电流由 A 流向 B 时, 称 A 为正极, B 为负极。实验表明,当△ V 很小时,△ V 与△ T 成正比关系。定义△ V 对△ T

传感器原理及应用_复习总结

传感器原理及应用总结 ?传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。 ?传感器的基本特性通常用其静态特性和动态特性来描述。 ?电阻传感器的基本原理是将各种被测非电量转为对电阻的变化量的测量,从而达到测量的目的。 ?金属丝电阻应变片与半导体应变片的工作原理主要区别在于前者利用导体形变引起电阻变化、后者利用半导体电阻率变化引起电阻变化。 ?金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化,这种现象称应变效应;半导体或固体受到作用力后电阻率要发生变化,这种现象称压阻效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后,长度相同但应变不同,圆弧部分使灵敏度K下降了,这种现象称为横向效应。 ?光电开关和光电断续器是开关式光电传感器的常用器件,主要用来检测物体的靠近、通过等状态。?光电式传感器由光源、光学元器件和光电元器件组成光路系统,结合相应的测量转换电路而构成。?硅光电池的光电特性中,光照度与其短路电流呈线性关系。 ?光敏二极管的结构与普通二级管类似。它是在反向电压下工作的。 ?压电传感元件是一种力敏感元件,它由压电传感元件和测量转换电路组成。 ?压电式传感器的工作原理是基于某些电介质材料的压电效应。它是典型的有源传感器。 ?压电材料在使用中一般是两片以上,在以电荷作为输出的地方一般是把压电元件并联起来,而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件串联起来。 ?差动电感式传感器与单线圈电感式传感器相比,线性好、灵感度提高一倍、测量精度高。 ?螺线管式差动变压器式传感器理论上讲,衔铁位于中心位置时输出电压为零,而实际上差动变压器输出电压不为零,我们把这个不为零的电压称为零点残余电压;利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移方向(或正负)可采用相敏检波电路。 ?差动变压器式传感器理论上讲,衔铁位于中心位置时输出电压为零,而实际上差动变压器输出电

传感器原理及其应用考试重点

传感器原理及其应用 第一章传感器的一般特性 1)信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术,是现代信息产业的三大支柱。 2)传感器又称变换器、探测器或检测器,是获取信息的工具 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输出的器件和装置。 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(GB7665-87):定义: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。 3)传感器的组成: 敏感元件是直接感受被测量,并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件:将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。 基本转换电路:上述电路参数接入基本转换电路(简称转换电路),便可转换成电量输出。 4)传感器的静态性能指标 (1)灵敏度 定义: 传感器输出量的变化值与相应的被测量(输入量)的变化值之比, 传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。 ①纯线性传感器灵敏度为常数,与输入量大小无关;②非线性传感器灵敏度与x有关。(2)线性度 定义:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比,称为传感器的“非线性误差”或“线性度”。 线性度又可分为: ①绝对线性度:为传感器的实际平均输出特性曲线与理论直线的最大偏差。 ②端基线性度:传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差。 端基直线定义:实际平均输出特性首、末两端点的连线。 ③零基线性度:传感器实际平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差。 ④独立线性度:以最佳直线作为参考直线的线性度。 ⑤最小二乘线性度:用最小二乘法求得校准数据的理论直线。 (3)迟滞 定义:对某一输入量,传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时的输出量,这一现象称为迟滞。 即:传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。 (4)重复性 定义:在相同工作条件下,在一段短的时间间隔内,同一输入量值多次测量所得的输

《传感器原理及应用》课后答案

第1章传感器基础理论思考题与习题答案 什么是传感器(传感器定义) 解: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,通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。 传感器特性在检测系统中起到什么作用 解:传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系,所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种:静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性,它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性,它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器由哪几部分组成说明各部分的作用。 解:传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。其中,敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分,转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成电信号的部分,调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分,如书中图所示。 传感器的性能参数反映了传感器的什么关系静态参数有哪些各种参数代表什么意义动态参数有那些应如何选择 解:在生产过程和科学实验中,要对各种各样的参数进行检测和控制,就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量,这取决于传感器的基本特性,即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度,迟滞和重复性等。意义略(见书中)。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等,应根据被测非电量的测量要求进行选择。 某位移传感器,在输入量变化5mm时,输出电压变化为300mV,求其灵敏度。 解:其灵敏度 3 3 30010 60 510 U k X - - ?? === ?? 某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成,各环节的灵敏度为:S1=℃、S2=mV、S3=V,求系统的总的灵敏度。 某线性位移测量仪,当被测位移由变到时,位移测量仪的输出电压由减至,求该仪器的灵敏度。

传感器原理及应用习题及答案

第1章 传感器的一般特性 1.1 什么叫传感器?它由哪几部分组成?并说出各部分的作用及其相互间的关系。 1.2 简述传感器的作用和地位及其传感器技术的发展方向。 1.3 传感器的静态特性指什么?衡量它的性能指标主要有哪些? 1.4 传感器的动态特性指什么?常用的分析方法有哪几种? 1.5 传感器的标定有哪几种?为什么要对传感器进行标定? 1.6 某传感器给定精度为2%F·S ,满度值为50mV ,零位值为10mV ,求可能出现的最大误差δ(以mV 计)。当传感器使用在满量程的1/2和1/8时,计算可能产生的测量百分误差。由你的计算结果能得出什么结论? 解:满量程(F?S )为50﹣10=40(mV) 可能出现的最大误差为: δ=40?2%=0.8(mV) 当使用在1/2和1/8满量程时,其测量相对误差分别为: % 4%10021408.01=??=γ % 16%10081408 .02=??=γ 结论:测量值越接近传感器(仪表)的满量程,测量误差越小。 1.7 有两个传感器测量系统,其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述,试求这两个系统的时间常数τ和静态灵敏度K 。 1) T y dt dy 5105.1330 -?=+ 式中, y ——输出电压,V ;T ——输入温度,℃。 2) x y dt dy 6.92.44 .1=+ 式中,y ——输出电压,μV ;x ——输入压力,Pa 。 解:根据题给传感器微分方程,得 (1) τ=30/3=10(s), K=1.5 10 5/3=0.5 10 5(V/℃); (2) τ=1.4/4.2=1/3(s), K=9.6/4.2=2.29(μV/Pa)。 1.8 已知一热电偶的时间常数τ=10s ,如果用它来测量一台炉子的温度,炉内温度在540℃至500℃之间接近正弦曲线波动,周期为80s ,静态灵敏度K=1。试求该热电偶输出的最大值和最小值。以及输入与输出之间的相位差和滞后时间。 解:依题意,炉内温度变化规律可表示为 x(t) =520+20sin(ωt)℃ 由周期T=80s ,则温度变化频率f =1/T ,其相应的圆频率 ω=2πf =2π/80=π/40; 温度传感器(热电偶)对炉内温度的响应y(t)为 y(t)=520+Bsin(ωt+?)℃ 热电偶为一阶传感器,其动态响应的幅频特性为 ()()786 010******** 2 2 .B A =??? ? ???π+= ωτ+== ω 因此,热电偶输出信号波动幅值为 B=20?A(ω)=20?0.786=15.7℃ 由此可得输出温度的最大值和最小值分别为 y(t)|m ax =520+B=520+15.7=535.7℃ y(t)|m in =520﹣B=520-15.7=504.3℃ 输出信号的相位差?为 ?(ω)= -arctan(ωτ)= -arctan(2π/80?10)= -38.2? 相应的时间滞后为

传感器原理学习心得

传感器原理学习心得 姓名:哥 08级电子信息科学与技术1班

传感器原理学习心得 传感器应用极其广泛,而且种类繁多,涉及的学科也很多,通过对传感器的学习让我基本了解了传感器的基本概念及传感器的静、动态特性电阻式、电容式、电感式、压电式、热电式、磁敏式、光电式传感器与光纤传感器的结构、工作原理及应用。传感器的特性主要是指输出入输入之间的关系。当输入量为常量或变化很慢时,其关系为静态特性。当输入量随时间变换较快时,其关系为动态特性。 传感器的静态特性是指对静态的输入信号,传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关,所以它们之间的关系,即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程,或以输入量作横坐标,把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有:线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等 所谓动态特性,是指传感器在输入变化时,它的输出的特性。在实际工作中,传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得,并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系,往往知道了

前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种,所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。 传感器的作用主要是感受和响应规定的被测量,并按一定规律将其转换成有用输出,特别是完成非电量到电量的转换。传感器的组成并无严格的规定。一般说来,可以把传感器看做由敏感元件(有时又称为预变换器)和变换元件(有时又称为变换器)两部分组成,。 敏感元件 在具体实现非电量到电量的变换时,并非所有的非电量都能利用现有的技术手段直接变换为电量,有些必须进行预变换,即先将待测的非电量变为易于转换成电量的另一种非电量。这种能完成预变换的器件称为敏感元件。 变换器 能将感受到的非电量变换为电量的器件称为变换器,例如,可以将位移量直接变换为电容、电阻及电感的电容变换器、电阻变换器及电感变换器,能直接把温度变换为电势的热电偶变换器。显然,变换器是传感器不可缺少的重要组成部分。 在实际情况中,由于有一些敏感元件直接就可以输出变换后的电信号,而一些传感器又不包括敏感元件在内,因此常常无法将敏感元件与变换器加以严格区别。 通过本学期的学习让我了解在实际使用中对传感器的选择的要

传感器原理及应用习题及答案

习题集及答案 第1章概述 1.1 什么是传感器?按照国标定义,“传感器”应该如何说明含义? 1.2 传感器由哪几部分组成?试述它们的作用及相互关系。 1.3传感器如何分类?按传感器检测的畴可分为哪几种? 答案 1.1答: 从广义的角度来说,感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。我们对传感器定义是: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输出的器件和装置。从狭义角度对传感器定义是:能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 我国国家标准(GB7665—87)对传感器(Sensor/transducer)的定义是:“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”。定义表明传感器有这样三层含义:它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置;能按一定规律将被测量转换成电信号输出;传感器的输出与输入之间存在确定的关系。按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。 1.2答: 组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成; 关系,作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置,即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口,一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号,其作用与地位特别重要。 1.3答:(略)答: 按照我国制定的传感器分类体系表,传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类,含12个小类。按传感器的检测对象可分为:力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。 第3章电阻应变式传感器 3.1 何为电阻应变效应?怎样利用这种效应制成应变片? 3.2 图3-31为一直流电桥,负载电阻R L趋于无穷。图中E=4V,R1=R2=R3=R4=120Ω,试 求:① R1为金属应变片,其余为外接电阻,当R1的增量为ΔR1=1.2Ω时,电桥输出电压U0=? ②R1、R2为金属应变片,感应应变大小变化相同,其余为外接电阻,电桥输出电压U0=? ③R1、R2为金属应变片,如果感应应变大小相反,且ΔR1=ΔR2 =1.2Ω,

传感器原理及典型应用

传感器(原理及典型应用) 编稿:张金虎审稿:李勇康 【学习目标】 1.知道什么是传感器,常见的传感器有哪些。 2.了解一些传感器的工作原理和实际应用。 3.了解传感器的应用模式,能够运用这一模式去理解传感器的实际运用。 4.了解传感器在生活、科技中的运用和发挥的巨大作用。 【要点梳理】 要点一、传感器 1.现代技术中,传感器是指这样一类元件:它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量,并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量,或转化为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后,就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。 2.传感器原理 传感器感受的通常是非电学量,如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等,而它输出的通常是电学量,如电压值、电流值、电荷量等,这些输出信号是非常微弱的,通常要经过放大后,再送给控制系统产生各种控制动作。传感器原理如下图所示。 3.传感器的分类 常用传感器是利用某些物理、化学或生物效应进行工作的。根据测量目的不同,可将传感器分为物理型、化学型和生物型三类。 物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质(如电阻、电压、电容、磁场等)发生明显变化的特性制成的,如光电传感器、力学传感器等。 化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换成为电学量的敏感元件制成的。 生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的,用以检测与识别生物体内化学成分的传感器,生物或生物物质主要是指各种酶、微生物、抗体等,分别对应酶传感器、微生物传感器、免疫传感器等等。 要点二、光敏电阻 光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻大小这个电学量,一般随光照的增强电阻值减小。 要点诠释:光敏电阻是用半导体材料制成的,硫化镉在无光时,载流子(导电电荷)极少,导电性能不好,随着光照的增强,载流子增多,导电性能变好。 要点三、热敏电阻和金属热电阻 1.热敏电阻 热敏电阻用半导体材料制成,其电阻值随温度变化明显。如图为某一热敏电阻的电阻—温度特性曲线。

传感器及其工作原理教案

江苏省淮阴中学06-07年度优秀教学案例 《传感器及其工作原理》的创新教学设计 王刚 教学依据 ①物理(新人教版)选修3-2第六章第1节《传感器及其工作原理》(P56-P60); ②新物理课程标准(实验). 教学流程图

教学目标1.知识与技能:①知道非电学量转换成电学量的技术意义;②通过实验,知道常见传感器的工作原理;③初步探究利用和设计简单的传感器. 2.过程与方法:①通过对实验的观察、思考和探究,让学生了解传感器、熟悉传感器工作原理;②让学生自己设计简单的传感器,经历科学探究过程,学习科学研究方法,培养学生的实践能力和创新思维能力. 3.情感态度与价值观:在理解传感器工作原理的基础上,通过自己设计简单的传感器,体验科技创新的乐趣,激发学习物理的兴趣. 重、难点 1.几种常见传感器的工作原理(演示实验);2.学生自己设计简单的传感器. 教学策略 用几个有趣的传感器实验引入课题,激发学生探究传感器原理的兴趣.给出“传感器就是把非电学量转换为电学量”的概念之后,重点介绍光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻.安排音乐茶杯和火警装置两个设计性问题让学生体会传感器的简单应用.结合电容、霍尔效应、电阻定律等知识让学生设计传感器,进一步深化传感器的工作原理.最后在对本节课总结的基础上,结合《思考与讨论》进行教学反馈. 教学程序 教学环节教学内容及师生互动设计情感与方法 一.课题的引入 二.什么是传感器?【演示实验1】干簧管控制电路的通断 如图,小盒子A的侧面露出一个小灯泡,盒外没有开 关,但是把磁铁B放到盒子上面,灯泡就会发光,把磁铁移 走,灯泡熄灭. 师问:盒子里有怎样的装置,才能实现这样的控制? 生猜:(可以自由讨论,也可以请学生回答) 师生探究:打开盒子,用实物投影仪展示盒内的电路 图,了解元件“干簧管”的结构。探明原因:玻璃管内封入 两个软磁性材料制成的簧片。当磁铁靠近干簧管时,两个簧 片被磁化而接通,电路导通。所以,干簧管能起到开关的作 用。 师点拨:这个装置反过来还可以让我们通过灯泡的发 光情况,感知干簧管周围是否存在着磁场。 【演示实验2】声光控开关控制电路的通断 ①先在普通光照条件下, ②在把开关置于黑暗环境中。 师生总结:声光控开关 师:刚才的两个实验,都用了一种元件,这些元件能够 感受某些信息,通过它能实现电路的自动控制,这种元件有 一个专门的名称:传感器。什么是传感器呢?它能够感受诸 如力、温度、光、声、化学成分等非电学量,并能把它们按 照一定的规律转换为电压、电流等电学量,或转换为电路的 通断。我们把这种元件叫做传感器。它的优点是:把非电学 量转换为电学量以后,就可以很方便地进行测量、传输、处 理和控制了。 其实,传感器并不神秘。你家里可能就有很多的传感 器。请大家相互说说看,你家里,或者在你的生活当中,都 (演示实验1: 干簧管传感器) (干簧管的实 物及原理图) 学生对干簧 管并不熟悉,因 此才有了好奇。 声光控开关在 生活中很普及, 所以又有亲切 感

传感器原理及应用试题库

传感器原理及应用试题 库 SANY GROUP system office room 【SANYUA16H-

一:填空题(每空1分)1.依据传感器的工作原理,传感器分敏感元件,转换元件,测量电路三个部 分组成。 2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。 3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件,根据光电效应可以分 为外光电效应,内光电效应,热释电效应三种。 4.光电流与暗电流之差称为光电流。 5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域内。 6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应,可采用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系,在后坡区与 距离的平方成反比关系。 8.根据热敏电阻的三种类型,其中临界温度系数型最适合开关型温度传感 器。 9.画出达林顿光电三极管内部接线方式: U CE 10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为: 传感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比,用公式表示k(x)=Δy/Δx。

11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一种度 量。按照所依据的基准之线的不同,线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性度。 12.根据敏感元件材料的不同,将应变计分为金属式和半导体式两大类。 13.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信息变换过 程。 14.应变传感器设计过程中,通常需要考虑温度补偿,温度补偿的方法电桥补 偿法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 15.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 16.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 17.在光照射下,电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应,入射光 强改变物质导电率的物理现象称为内光电效应。 18.光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。 19.光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变 化的关系,与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。 多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr(f)=Sr。/(1+4π2f2τ2) 20.内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 21.国家标准GB7665--87对传感器下的定义是:能够感受规定的被测量并按照 一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。 22.传感器按输出量是模拟量还是数字量,可分为模拟量传感器和数字量传感 器

传感器分类及常见传感器的应用

机电一体化技术常用传感器及其原理 班级:机械设计制造及其自动化姓名: 学号:

一、传感器的分类 传感器有许多分类方法,但常用的分类方法有两种,一种是按被测物理量来分;另一种是按传感器的工作原理来分。按被测物理量划分的传感器,常见的有:温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。 按工作原理可划分为: 1.电学式传感器 电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器,常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。 电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。 电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量,从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。 电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。 磁电式传感器是利用电磁感应原理,把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。 电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线,在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。 2.磁学式传感器 磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的,主要用于位移、转矩等参数的

测量。 3.光电式传感器 光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的,主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。 4.电势型传感器 电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成,主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。 5.电荷传感器 电荷传感器是利用压电效应原理制成的,主要用于力及加速度的测量。 6.半导体传感器 半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成,主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。 7.谐振式传感器 谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成,主要用来测量压力。 8.电化学式传感器 电化学式传感器是以离子导电为基础制成,根据其电特性的形成不同,电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。 另外,根据传感器对信号的检测转换过程,传感器可划分为直接转换型传感器和间接转换型传感器两大类。前者是把输入给传感器的非电量一次性的变换为电信号输出,如光敏电

传感器原理设计与应用重点总结

本文档根据老师最后一次课上课时所说的相关内容并根据我自己的个人情况简要整理,相对简洁,和大家分享一下。考虑到老师说的内容和考试内容相比,可能不够完整;而且个人水平有限,不可能把握的很准确,所以只是参考而已。。。建议大家根据自己的理解补充完善~ 第一章:传感器概论 1、传感器的定义:传感器(或敏感元件)基于一定的变换原理/规律将被测量(主要是非电量的测量,可采用非电量电测技术)转换成电量信号。变换原理/规律涉及到物理、化学、生物学、材料学等学科。 2、传感器的组成:传感器一般由敏感元件(将非电量变成某一中间量)、转换元件(将中间量转换成电量)、测量电路(将转换元件输出的电量变换成可直接利用的电信号)三部分组成,有的传感器还需加上辅助电源。 3、传感器的分类 按变换原理分类——>利用不同的效应构成物理型、化学型、生物型等传感器。 按构成原理分类: 结构型:依靠机械结构参数变化来实现变换。 物性型:利用材料本身的物理性质来实现变换。 按输入量的不同分类——>温度、压力、位移、流量、速度等传感器 按变换工作原理分类: 电路参数型:电阻型、电容型、电感型传感器 按参电量如:Q(电量)、I、U、E 等分类:磁电型、热电型、压电型、霍尔型、光电式传感器 4、传感器技术的发展动向: 教材表述:发现新现象、开发新材料、采用微细加工技术、研制多功能集成传感器、智能化传感器、新一代航天传感器、仿生传感器 老师表述:微型化、集成化、廉价。 第二章:传感器的一般特性 1、静态特性 检测系统的四种典型静态特性 线性度:传感器的输出与输入之间的线性程度。传感器的理想输出-输入特性是线性的。 灵敏度:系统在静态工作的条件下,其单位输入所产生的输出,实为拟合曲线上某点的斜率。 即S N=输入量的变化/输出量的变化=dy/dx 迟滞性:特性表明传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程期间输出-输入特性曲线不重合的程度。 (产生的原因:传感器机械部分存在的不可避免的缺陷。) 重复性:重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测量时所得特性曲线不一致程度。曲线的重复性好,误差也小。产生的原因与迟滞性类似。 精确度. 测量范围和量程. 零漂和温漂. 2、动态特性:(传感器对激励(输入)的响应(输出)特性) 动态误差:输出信号不与输入信号具有完全相同的时间函数,它们之间的差异。包括:稳态动态误差、暂态动态误差

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