传感器的应用--第一组
传感器原理及应用(第三版)第1章
三、精确度（精度）
精确度由三个指标：精密度、正确度和精确度 （一）精密度
它说明测量结果的分散性。即对某一稳定的对象（被测量）由 同一测量者用同一传感器和测量仪表在相当短的时间内连续反复测 量多次其测量量的分散程度。 愈小则说明测量越精密。
常数；对非线性
传感器而言，灵
敏度随输入量的
变化而变化。
从输出曲线看，
曲线越陡，灵敏
度越高。可以通
xmax
过作该曲线某一 点的切线的方法
x （作图法）求得 曲线上任一点的
灵敏度。
灵敏度太高，检测系统的稳定性将降低。
例1 ：已知某传感器静态特性方程y=ex，试分别用切线 法，端基法和最小二乘法，在0<x<1范围内拟合基准直 线方程，并求出相应的线性度。
电阻R/ 765 826 873 942 1032
电阻R随温度t的变化规律必须用MATLAB进行曲线拟合
1100
1000
900
800
700
20
40
60
80
100
例：一组测量数据的曲线拟合
已知一组（二维）数据，即平面上 n个点（xi,yi) i=1,…n，利用MATLAB，可以寻求到一个函数（曲线） y=f(x), 使 y=f(x)在某种准则下与所有数据点最为接近， 即曲线拟合得最好。
Y a1X a2 X 2 a4 X 4
（4）具有 X奇、偶次阶项的非线性[图1-1(d)]
Y a1X a2 X 2 a3 X 3 a4 X 4
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奇次项的曲 线在原点附 近较接近直 线
传感器技术与应用教案
传感器技术与应用教案传感器技术是现代科学技术中的重要组成部分，广泛应用于各个领域。
本教案旨在介绍传感器技术的基本概念和原理，以及其在实际应用中的具体应用案例。
第一部分：传感器技术概述1. 什么是传感器？传感器是一种能够感知和测量外部物理量的装置。
它能够将物理量转换为电信号，并将其传输给后续的电子设备进行处理和分析。
2. 传感器的分类- 按测量物理量分类：光学传感器、温度传感器、压力传感器等。
- 按工作原理分类：电阻、电容、电感、半导体等。
- 按应用领域分类：环境监测、工业自动化、医疗健康等。
3. 传感器的工作原理传感器通过利用物理量与电信号之间的相互转换来实现测量。
常见的工作原理包括压阻效应、热敏效应、电感耦合效应等。
第二部分：传感器技术应用案例1. 温度传感器的应用温度传感器广泛应用于工业控制、气象监测、家电等领域。
例如，它可以用于测量室内温度、食品加热温度，或者监测工业设备的温度变化。
2. 光学传感器的应用光学传感器可用于测量光照强度、反射率、颜色等物理量。
在自动化控制中，它可以用于检测产品质量、物体定位、防护设备等。
3. 压力传感器的应用压力传感器被广泛应用于流体控制、汽车工业、医疗器械等领域。
它可以用于测量气体或液体压力，监测水位变化，或者监测车辆轮胎的气压。
第三部分：传感器技术教学实践1. 实验项目：温度传感器实验学生可以利用温度传感器和微控制器进行温度测量实验。
他们可以搭建一个基于Arduino的温度监测系统，并通过编程实现温度数据的实时显示和记录。
2. 实践课题：传感器在环境监测中的应用学生可以选择一个特定的环境监测问题，如空气质量监测或土壤湿度监测，并设计一个传感器网络系统来收集和分析环境数据。
他们可以通过这个实践课题来深入了解传感器技术在实际问题解决中的应用。
通过本教案的学习，学生可以深入了解传感器技术的基本原理和分类，了解传感器在不同领域的应用案例，并通过实践掌握传感器技术的应用方法。
传感器常见应用案例
传感器常见应用案例传感器是现代科技和工程中不可或缺的重要组成部分。
它们能够收集环境、物体或系统的信息，并将其转化为可量化和可解读的数据。
传感器的应用范围广泛，涵盖了许多领域，包括工业、医疗、农业、交通和环境监测等。
本文将介绍一些传感器的常见应用案例，以展示它们在不同领域中的作用和重要性。
1. 工业自动化在工业过程控制和自动化领域中，传感器起着至关重要的作用。
在生产线上使用光电传感器可以检测物体的存在和位置，从而实现自动装配和定位。
压力传感器可以监测液体或气体的压力，以确保系统的正常运行。
温度传感器可以监测设备的温度，及时发现异常并预防设备故障。
这些传感器帮助提高生产效率、确保产品质量，并降低能源消耗和生产成本。
2. 医疗监测在医疗领域，传感器的应用可以帮助医生监测患者的生理参数，提供实时的健康状况反馈。
心率传感器可以记录心脏的跳动频率和节奏，帮助诊断心脏病和监测心脏健康。
血压传感器可以测量患者的血压水平，及时预防心血管疾病。
血糖传感器可以监测糖尿病患者的血糖水平，帮助调节饮食和用药。
这些传感器的应用有助于提高患者的医疗保健水平，减少并发症的发生，并改善生活质量。
3. 农业与环境监测传感器在农业和环境监测中的应用，有助于提高农作物的生产效率和环境资源的管理。
土壤湿度传感器可以监测土壤的湿度，帮助农民合理灌溉，减少浪费。
光照传感器可以检测光照强度，用于控制温室的灯光和窗户的开闭，以提供最佳的生长环境。
空气质量传感器可以监测空气中的污染物浓度，帮助监测和改善环境状况。
这些传感器的应用有助于提高农作物产量，减少资源浪费，保护环境健康。
4. 交通与安全传感器在交通和安全领域中的应用也越来越重要。
车辆传感器和交通监测传感器可以监测道路上的车流量和交通状况，帮助调节信号灯和交通流量，提高道路通行效率。
速度传感器和加速度传感器可以监测车辆的速度和加速度，用于车辆稳定控制和安全驾驶。
安全气囊传感器可以检测车辆碰撞的强度和方向，及时触发安全气囊，保护乘车人员的安全。
第5章《传感器及其应用》参考答案
第5章《传感器及其应用》第1节 揭开传感器的“面纱”【学习目标】1．了解传感器在生产和生活中的应用。
2．知道非电学量转换成电学量的技术意义。
3．知道传感器的最基本原理及其一般结构。
4．知道敏感元件的作用。
【要点透析】1. 什么是传感器？传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）按一定规律转换成便于处理和传输电学量（如电压、电流等）的一种元件。
传感器输入的是非电学物理量，输出的是电学量。
将非电学物理量转换成电学量后，测量比较方便，而且能输入到计算机进行处理。
各种传感器是自动控制设备中不可缺少的元件，已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输以至家庭生活等多种领域。
2．传感器的组成传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还需要加辅助电源。
如图5.1-1所示。
敏感元件（预变换器）：将不能够直接变换为电量的非电量转换为可直接变换为电量的非电量元件。
敏感元件是传感器的核心部分，它是利用材料的某种敏感效应（如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等）制成的。
转换元件：将感受到的非电量直接转换为电量的器件称为转换元件，如压电晶体、热电偶等。
转换电路：将转换元件输出的电量变成便于显示、记录、控制和处理的有用电信号的电路称为测量电路。
3．传感器的分类传感器的种类很多，目前尚没有统一的分类方法，一般常采用的分类方法有如下几种：（1）按工作原理分类物理传感器：利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息的传感器，如电容传感器、电感传感器、光电传感器、压电传感器等；化学传感器：利用化学反应识别和检测信息的传感器，如气敏传感器、湿敏传感器等； 生物传感器：利用生物化学反应识别和检测信息的传感器，它是由固定生物体材料和适图5.1-1 敏感元件当转换器件组合成的系统。
如组织传感器、细胞传感器、酶传感器等。
（2）按用途分类这种分类方法给使用者提供了方便，容易根据需要测量的对象选择所需要的传感器。
传感器原理及应用 ppt课件
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被测量与能量变换
4、传感器信号变换
根据传感器输出信号是模拟量或是数字量， 可将信号变换分为两大类。 【模拟变换】输入为模拟量，输出为模拟量。 【数字变换】输入为模拟量，输出为数字量。
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传感器在生物医学上的应用
对人体的健康状况进行
诊断需要进行多种生理
参数的测量。
国内已经成功地开
发出了用于测量近红外
组织血氧参数的检测仪
器。人类基因组计划的研 究也大大促进了对酶、免
疫、微生物、细胞、DNA、 RNA、蛋白质、嗅觉、味
觉和体液组份以及血气、
血压、血流量、脉搏等传
控制在预定轨道上道上??陀螺仪阳光传感器陀螺仪阳光传感器星光传感器地磁传感星光传感器地磁传感器器传感器与环境保护??保护环境和生态平衡实现可持续发展必须保护环境和生态平衡实现可持续发展必须进行大气监测和江河湖海水质检测需要大量进行大气监测和江河湖海水质检测需要大量用于污水流量用于污水流量phph值电导浊度值电导浊度codbodbodtptptntn矿物油氰化物氨氮总矿物油氰化物氨氮总氮总磷金属离子浓度特别是重金属离子浓氮总磷金属离子浓度特别是重金属离子浓度以及风向风速温度湿度工业粉尘度以及风向风速温度湿度工业粉尘烟尘烟气烟尘烟气so2so2nonoo3量的传感器这些传感器中大多数亟待开发
可知：① 当被测量为示强变量时（如：被测量为力、 压力、温度等），传感器广义输入阻抗越大，从被 测对象吸收的能量就越小，误差也就越小。
② 当被测量为示容变量时（如：位移、速度、 加速度等），传感器广义输入阻抗则越小越好。
传感器应用小案例
图8.5.7 PN结温度传感器的数字式温度计
8.6 红外温度传感器
把红外辐射转换成电量变化的装置，称为红外传感器 主要是利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。 其制造成本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰 被测对象的温度场；连续测量不会产生消耗；反应快等。
7. 热 敏 电 阻 液 位 传 感 器
总电流
常温电阻
液面高低 影响 输出电流
冷 电 阻
8.5 PN结温度传感器
8.5.1 外形
PN结温度传感器的外形繁杂，图8.5.1是国产S700系列PN结温度传感器的外形尺寸图， 其中（a）为耐温玻璃封装，（b）为金属外壳封装。
图8.5.1 S700传感器外形尺寸图
8.5.2 工作原理
PN结温度传感器是利用半导体PN结的结电压随温度变化而变化的原理工作的， 例如，晶体二极管或三极管的 PN结的结电压是随温度而变化的。例如硅管的 PN结的 结电压在温度每升高 1℃时，下降约2mV，利用这种特性，一般可以直接采用二极管 （如玻璃封装的开关二极管1N4148）或采用硅三极管（一般将NPN晶体管的bc结短接， 利用be结作为感温器件）接成二极管来做PN结温度传感器如图8.5.2所示。这种传感 器有较好的线性，尺寸小，其热时间常数为0.2—2秒，灵敏度高。测温范围为-50～ +150℃。典型的温度曲线如图8.5.3所示。同型号的二极管或三极管特性不完全相同， 因此它们的互换性差。
3.PN结温度传感器的数字式温度计
电压跟随器 测量桥 差放
将PN结传感器插入冰水混合液中，等温度平衡，调整W1， 使 DVM 显示为 0V ，将 PN 结传感器插入沸水中（设沸水为 100℃），调整W2，使DVM实现为100.0V，再将传感器插入 0℃环境中，等平衡后看显示是否仍为 0V，必要时再调整 W1使之为0V，然后再插入沸水，经过几次反复调整即可。
列举五种传感器及应用场景
列举五种传感器及应用场景传感器是一种能将感测对象的物理量或化学量转换为可以被人类或机器接受的信号的装置。
随着科技的不断发展，传感器在各个领域的应用越来越广泛。
下面将列举五种常见的传感器及其应用场景。
1. 温度传感器温度传感器是一种能够测量周围物体的温度的装置。
它通常利用温度对电阻、电压或电流的影响进行测量。
温度传感器的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 家用电器：温度传感器能够用于测量烤箱、冰箱、空调等家电设备内部的温度，从而实现温度的控制与调节。
- 工业自动化：在工业领域，温度传感器可以用于监测生产设备的温度，可以帮助企业实现设备的保养与维修，提高生产效率与质量。
- 医疗健康：温度传感器可以用于医疗设备，如体温计、血压计等，用于监测人体的体温变化，从而帮助医生判断病情和进行治疗。
2. 光传感器光传感器是一种能够测量光强度的传感器。
它通常利用光对半导体材料的电特性产生影响，通过测量电流或电压的变化来获得光强度的信息。
光传感器的应用场景也非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 智能手机与相机：光传感器可以用于智能手机和相机中，用于调节屏幕的亮度和相机的曝光，从而获得更好的用户体验和照片画质。
- 环境监测与控制：光传感器可以用于测量室内外的光照强度，根据光照的变化来控制灯光等设备的开关，实现节能与舒适的环境。
- 自动化控制：在工业自动化领域，光传感器可以用于检测物体的存在与位置，实现自动化生产线的控制与调节。
3. 气体传感器气体传感器是一种能够测量周围气体浓度的传感器。
它通常通过反应气体与传感元件表面的化学反应，将气体浓度转换为电信号。
气体传感器的应用场景包括但不限于以下几个方面：- 环境监测：气体传感器可以用于检测室内外的气体浓度，如二氧化碳、一氧化碳等，实现空气质量的监测与改善。
- 工业安全：气体传感器可以用于检测危险气体（如可燃气体、有毒气体等）的泄漏，从而提醒人们采取相应的安全措施。
传感器原理与应用习题第1章
《传感器原理与应用》习题集与部分参考答案——第1章教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书绪论0-1 综述你所理解的传感器概念。
0-2 何谓结构型传感器？何谓物性型传感器？试述两者的应用特点。
0-3 一个可供实用的传感器由哪几部分构成？各部分的功用是什么？试用框图示出你所理解的传感器系统。
答：传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路（或其它辅助器件）三部分组成。
组成框图如下：（1）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，如波纹膜盒、光敏电阻等。
（2）转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，其把输入转换成电路参数量。
（3）转换电路：上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。
0-4 就传感器技术在未来社会中的地位、作用及其发展方向，综述你的见解。
答：（1）社会对传感器需求的新动向：社会需求是传感器技术发展的强大动力，随着现代化科学技术，特别是大规模集成电路技术的飞速发展和电脑的普及，传感器在新的技术革命中的地位和作用将更为突出。
（2）传感器技术的发展趋势：当前，人们在充分利用先进的电子技术条件，研究和采用合适的外部电路以及最大限度地提高现有传感器的性能价格比的同时，正在寻求传感器技术发展的新途径。
如：1）开发新型传感器，从原有的工作机理启发人们进一步探索具有新效应的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器件，这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径；2）传感器的集成化和多功能化，固态功能材料——半导体、电介质、强磁体的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景；3）传感器的智能化，“电五官”与“电脑”的结合，就是传感器的智能化；4）研究生物感官，开发仿生传感器。
0-5 简述自动检测系统组成。
答：自动检测系统由被检测量、敏感元件（测检元件）、电子测量（转换）电路、输出单元组成。
0-6 什么是传感器、自动检测技术？答：传感器是信息采集系统的首要部件，是实现现代化测量和自动控制的主要环节，是现代信息产业的源头，其广义定义为：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和装置，通常由敏感元件和转换元件组成；其狭义定义为：一种以一定的精确度将被测量（非电信号）转换为与之有确定对应关系、便于应用的电量的测量装置，通常由敏感元件、转换元件和转换电路组成。
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线圈厚度小，灵敏度高；外径大，测量范 围大，但灵敏度低；
被测对象的材质对灵敏度的影响：电导率 高，灵敏度高；磁导率高，灵敏度小，因 而必须先进行消磁处理。
被测体形状对灵敏度的影响：被测体的表 面积应大于线圈的表面积。价格低廉
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电容式传感器
原理：这种传感器的测量通常是传感 器固定处构成电容器的一个极板，而 另一个极板是在测量过程中通常是接 地或与设备的机壳相连接。当有物体 移向传感器时，不论它是否为导体， 由于它的接近，总会使电容器两极板 间的介电常数发生变化，从而使电容 器的电容量发生变化，使得和测量头 相连的电路状态也随之发生变化，由 此便可达到非接触式的检测目的。
2.开关按键和塑胶按键设计间隙建议 留0.05~0.1mm，以防按键死键。 3.要考虑成型工艺，合理计算累积公 差，以防按键手感不良。
电容式接近开关 被测物体 感应电极
模拟量传感器
振荡电路
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被测电容
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2 电阻应变式传感器--应变片
传感器的应用
开关位移传感器的选择
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2021传感器 电阻式传感器
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电感式传感器
组成：振荡器、开关电路及放大输出电路。
振荡器产生一个交变磁场，当金属目标接 近这一磁场，并达到感应距离时，在金属 目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以 至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级 放大电路处理并转换成开关信号，触发驱 动控制器件，从而达到非接触式的检测目 的。由此可见，这种接近开关所能检测的 物体必须是导电体
R
l \ l l
c 0 r s d
c r s d c r s d
L W 20S 2
L 2 W S L W S
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电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应， 即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻 值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变 化的现象。
优点：
•结构简单，性能稳定； •受环境温度影响小；
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模拟量位移传感器测位移小结
R l a
R (1 2 \ ) l k
应用：导体、绝缘的液体或粉状物等
适用于长距离测量
电容式液位传感器 （液位计/料位计）
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1.什么是传统机械按键设计？
传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动PCBA上的开关按键来实现功能 的一种设计方式。
传统机械按键结构层图：
按键
PCBA
开关键
传统机械按键设计要点：
1.合理的选择按键的类型，尽量选择平 头类的按键，以防按键下陷。