传感器原理及应用第三版第6章
高中物理第6章3实验：传感器的应用课件选修32高二选修32物理课件
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合作探究 攻重难
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【例 1】 如图是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内灯的示意 图，试说明其工作原理．
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[解析] 天较亮时，光敏电阻 RG 阻值较小，斯密特触发器输入端 A 电势较低，则输出端 Y 输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天
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自主预习 探新知
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一、实验原理和方法 1．光控开关 (1)电路如图所示．
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(2)斯密特触发器的工作原理：斯密特触发器是一个性能特殊的 非门电路，当加在它的输入端 A 的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时， 输出端 Y 会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，而当输入端 A 的电压 下降到另一个值的时候(0.8 V)，Y 会从低电平跳到高电平(3.4 V)．
的电源，路灯熄灭．
[答案] 见解析
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【例 2】 现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变 阻器、开关和导线若干，如图所示，试设计一个温控电路，要求温 度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度又可以自 动断电，画出电路图并说明工作过程．
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2．(多选)如图是温度报警器电路示意图，下 列关于此电路的分析正确的是( )
传感器原理及应用技术 第6章 霍尔传感器
小结
❖ 霍尔传感器是一种磁敏感元件，它是利用霍尔效应 工作的。霍尔效应产生的霍尔电势与通过的控制电 流以及垂直与霍尔元件的磁感应强度有关。利用霍 尔传感器可以测量最终能够转换成电流、磁感应强 度的物理量。由于霍尔元件的材料属于半导体，所 以把测量电路集成在一块芯片上，构成霍尔集成电 路。常见的霍尔集成电路有开关型和线性型。实际 应用中，常利用霍尔集成电路测量位移、磁场强度、 转速以及电流、电压。
磁特性分别如图所示，由于它们的BOP、BRP极性相同，所 以适用于单稳态开关、摩托车点火开关以及出租车计价器等。
❖
❖ （4）按温度特性分类
❖ 温度特性表明了IC的可靠性。民用品的可靠性低于工业品的 可靠性；工业品的可靠性不如军品的可靠性。通常军品级的 IC价位是民品级4～5倍。
❖ 通常划分温度等级如下：
❖ 1. 霍尔电机 ❖ 2. 霍尔汽车无触点电子点火器
❖ 在容器的上部安装上开关型霍尔集成电路，液体里放置一个 安有磁极的浮子，当容器内液体的液位达到检测位置时，霍 尔集成电路就会输出一个开关信号，控制其他设备的启停。
❖ 一些数控设备，尤其是机器人中，需要精确地决定移动部件的位 置。下图霍尔IC在位置检测中的应用。当安有磁极的可动部件移动 到指定位置时，霍尔IC就会输出控制信号。
高等职业教育电子信息类贯通制教材（机电技术专业）
传感器原理及应用技术 （第2版）
主 编 刘伟
电子工业出版社
第6章 霍尔传感器
❖ 6.1霍尔传感器及其集成电路 ❖ 6.2霍尔传感器的应用 ❖小 结
6.1霍尔传感器及其集成电路
❖ 6.1.1 霍尔传感器的工作原理 ❖ 6.1.2 霍尔集成电路
6.1.2 霍尔集成电路
高中物理第六章第2节传感器的应用课件选修32高二选修32物理课件
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传感器的作用是把非电学量转换为电学量，在转换过程中非电 学量的大小往往是不确定的，所以与之相联系的电路就会有动 态的变化，在分析动态变化电路时要注意以下三点： (1)明确该传感器所采用的核心部分是什么． (2)当检测一非电学量变化时，传感器中与之对应的电阻如何变 化． (3)在电路中的显示部分与传感器中对应的电阻是串联还是并 联，或者是其他的连接方式．
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[思路点拨] (1)射向光敏电阻的光被挡住时，光敏电阻上光照减 少，电阻值如何变化？ (2)电磁铁线圈中电流大小与电磁铁的磁性大小有何关系？
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[解析] 当手在 C、D 间靠近工件时，遮挡住光线，光敏电阻 阻值增大，电路中的电流减小，使电磁铁的磁性减弱，从而放 开衔铁，使电路自动断开． [答案] 增大 减小 减弱
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传感器的应用实例 1．力传感器的应用——电子秤 (1)力传感器的组成：由金属梁和应变片组成． (2)作用：将物体的形变这个力学量转换为电压这个电学量，方 便测量、处理和控制．
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2．温度传感器的应用 (1)电熨斗：由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均可制 成温度传感器，它可以把温度信号转换为电信号进行自动控 制． (2)电饭锅：它的主要元件——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．
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第六章 传感器
传感器原理与应用习题及答案
《第一章传感器的一般特性》1转速（r/min）0 500 1000 1500 2000 2500 3000输出电压（V）0 9.1 15.0 23.3 29.9 39.0 47.51）该测速发电机的灵敏度。
2）该测速发电机的线性度。
2．已知一热电偶的时间常数τ=10s，若用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540οC和500οC 之间按近似正弦曲线波动，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，以及输入与输出信号之间的相位差和滞后时间。
3．用一只时间常数为0.355s 的一阶传感器去测量周期分别为1s、2s和3s的正弦信号，问幅值误差为多少？4．若用一阶传感器作100Hz正弦信号的测试，如幅值误差要求限制在5%以内，则时间常数应取多少？若在该时间常数下，同一传感器作50Hz正弦信号的测试，这时的幅值误差和相角有多大？5．已知某二阶系统传感器的固有频率f0=10kHz，阻尼比ξ=0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率范围。
6．某压力传感器属于二阶系统，其固有频率为1000Hz,阻尼比为临界值的50%,当500Hz的简谐压力输入后，试求其幅值误差和相位滞后。
《第二章应变式传感器》1．假设某电阻应变计在输入应变为5000με时电阻变化为1%，试确定该应变计的灵敏系数。
又若在使用该应变计的过程中，采用的灵敏系数为 1.9，试确定由此而产生的测量误差的正负和大小。
2．如下图所示的系统中：①当F＝0和热源移开时，R l＝R2＝R3＝R4，及U0＝0；②各应变片的灵敏系数皆为+2.0，且其电阻温度系数为正值；③梁的弹性模量随温度增加而减小；④应变片的热膨胀系数比梁的大；⑤假定应变片的温度和紧接在它下面的梁的温度一样。
在时间t＝0时，在梁的自由端加上一向上的力，然后维持不变，在振荡消失之后，在一稍后的时间t1打开辐射源，然后就一直开着，试简要绘出U0和t的关系曲线的一般形状，并通过仔细推理说明你给出这种曲线形状的理由。
传感器原理及工程应用答案
传感器原理及工程应用答案1—1:测量的定义,答:测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。
所以, 测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数。
1—2:什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差,答:绝对误差是测量结果与真值之差,即: 绝对误差=测量值—真值相对误差是绝对误差与被测量真值之比,常用绝对误差与测量值之比,以百分数表示 , 即: 相对误差=绝对误差/测量值×100%引用误差是绝对误差与量程之比,以百分数表示,即: 引用误差=绝对误差/量程×100%1—3什么是测量误差,测量误差有几种表示方法,它们通常应用在什么场合, 答: 测量误差是测得值减去被测量的真值。
测量误差的表示方法:绝对误差、实际相对误差、引用误差、基本误差、附加误差。
当被测量大小相同时，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。
2,1:什么是传感器,它由哪几部分组成,它的作用及相互关系如何,答:传感器是能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，传感器由敏感元件和转换元件组成。
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适于传输或测量的电信号部分。
2—2:什么是传感器的静态特性,它有哪些性能指标,分别说明这些性能指标的含义, 答:传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为传感器的静态特性;其主要指标有线性度、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨力、迟滞、重复性、零点漂移、温漂。
灵敏度定义是输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的相应输入量增量Δx之比。
传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。
输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性。
高中物理选修3-2：第六章第二节传感器的应用
河北省邢台市育才中学高中物理选修3-2：第六章第二节传感器的应用（一）及第三节传感器的应用（二）同步练习题学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、多选题1．下列设备控制属于温度传感器的是()A．电熨斗B．电饭锅C．测温仪D．火灾报警器2．关于测温仪，下列说法中正确的是()A．测温用的金属热电阻的阻值不能随温度的变化而变化B．在非典期间，机场车站用的测温仪非常迅速的测出的体温，它是利用了红外线敏感元件C．热敏电阻的特点是随温度的升高而电阻变小D．各种测温材料的电阻，都是随温度的变化而发生明显变化3．如图所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路．其中的运行绕组是电冰箱在工作时电动机定子，由于家用交流电是单相的，启动时必须依靠启动绕组的帮助才能产生旋转磁场．在启动绕组的支路中串联有一个PTC元件．这是一种以钛酸钡为主要材料的热敏电阻器，电流流过PTC元件，元件发热，它的电阻率随温度升高而发生显著变化，当电动机转起来正常以后，PTC元件温度较高，电阻很大，启动绕组电流很小，以下判断正确的是()A．电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少B．电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少C．电冰箱启动后，启动绕组功率不变，运行绕组功率是变化的D．电冰箱启动后，启动绕组功率是变化的，运行绕组功率不变4．在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率ρ随温度t的变化关系如图所示，由于这种特性，PTC 元件具有发热、保温双重功能对此，以下判断正确的是（）A．通电后，其电功率先增大，后减小B．通电后，其电功率先减小，后增大C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变5．关于电饭锅的说法正确的是()A．电饭锅中的温度传感器是氧化铁B．铁氧体在常温下具有磁性，温度升至居里点时失去铁磁性C．当温度越过103 ℃时，感温体磁性较强D．用电饭锅煮饭时，温控开关自动断电后，它不能自动复位二、单选题6．用遥控器调换电视机的频道的过程，实际上就是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．电饭煲中控制加热和保温的温控器7．某电容式话筒的原理示意图如图所示，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两金属基板，对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动，在P、Q间距增大过程中，A．P、Q构成的电容器的电容增大B．P上电荷量保持不变C．M点的电势比N点的低D．M点的电势比N点的高8．如图所示，会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图:罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管接收不到LED发出的光,呈现高阻状态．发生火灾时，下列说法正确的是()A．进入罩内的烟雾遮挡住了光线，使光线三极管电阻更大,检测电路检测出变化发出警报B．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报C．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报D．以上说法均不正确9．动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象，图1是话筒原理图，图2是录音机的录音、放音原理图，由图可知不正确的是（）A．话筒工作时磁铁不动线圈振动而产生感应电流B．录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流C．录音机放音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场D．录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场10．某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，出现声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中有两种传感器，它们可能是( )A．光敏电阻和驻极体话筒B．金属热电阻和光敏电阻C．热敏电阻和霍尔元件D．热敏电阻和光敏电阻三、解答题11．如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度，该装置在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器，用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将该装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后，汽车静止时，传感器a、b的示数均为10 N．(取g＝10 m/s2)．(1)若传感器a的示数为14 N、b的示数为6 N，求此时汽车的加速度大小和方向．(2)求当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数恰为零．四、填空题12．有一种测量压力的电子秤，其原理图如图所示．E是内阻不计、电动势为6 V的电源．R0是一个阻值为300 Ω的限流电阻．G是由理想电流表改装成的指针式测力显示器．R是一个压敏电阻，其阻值可随压力大小变化而改变，其关系如下表所示．C是一个用来保护显示器的电容器．秤台的重力忽略不计，试分析：(1)利用表中的数据归纳出电阻R随压力F变化的函数式R＝________ Ω；(2)若电容器的耐压值为5 V，该电子秤的最大称量值为________N；(3)如果把电流表中电流的刻度变换成压力刻度，则该测力显示器的刻度________．(选填“均匀”或“不均匀”)参考答案1．ABC【解析】电熨斗是怎样调温的呢？功劳还要归于用双金属片制成的自动开关．双金属片是把长和宽都相同的铜片和铁片紧紧地铆在一起做成的．受热时，由于铜片膨胀得比铁片大，双金属片便向铁片那边弯曲．温度愈高，弯曲得愈显著，A正确；电饭锅的工作原理：开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电饭锅通电加热，水沸腾后，由于锅内保持100℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103℃”时，感温磁体失去铁磁性，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，是一种温度传感器，B正确；非接触式测温仪能发出红外线，温度越高的物体发出的红外线越强，所以测温仪使用的是红外线温度传感器，C正确；火灾报警器，是当有火灾时，会发生烟，进入火灾报警器时，利用光的漫反射，从而触发开关报警，D错误．2．BCD【解析】非接触式测温仪能发出红外线，温度越高的物体发出的红外线越强，所以测温仪使用的是红外线温度传感器，热敏电阻的特点是随温度的升高而电阻变小，故BCD正确．3．BD【解析】由于PTC元件的电阻率随温度先减小后增大发生显著变化，当电动机转起来正常工作以后，PTC元件温度较高，启动绕组电流很小，由I=UR和P=UI可知电路中电流是先增大后减小，电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少，A错误B正确；由于启动绕组是与PTC元件串联，而运动绕组是直接接在电源上，且PTC元件的电阻率随温度先减小后增大发生显著变化，因而电冰箱启动后，启动绕组功率是变化的，运动绕组功率不变，所以C错误，D正确．4．AD【详解】AB.通电后半导体材料的温度逐渐升高，由图象可知，半导体的电阻率先变小，后变大，由电阻定律lRSρ=可知，半导体材料的电阻R先变小后变大，电源电压U不变，由电功率公式2UPR=，知，半导体材料的电功率先变大，后变小，故A正确，B错误；CD.由图象可知，在0～t1这区间里电阻R随温度升高而减小；在t1～t2这区间里电阻R随温度的升高而增大；在t2之后区间里电阻R随温度的升高而减小．在家庭电路中电压不变，电热器的电功率2UP，R可知电阻器的发热功率与电阻成反比．在温度升到t1前，电阻R随温度的升高而减小，功率增大，温度升高更快；温度一旦超过t1，电阻R随温度的升高而增大，功率减小，放出热量减小，温度升高变慢，当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1至t2间的某一值不变，保持稳定，故C错误，D正确；5．BD【解析】试题分析：电饭锅应用了温度传感器，它的主要元件感温铁氧体．铁氧体的特点：在常温下具有铁磁性，但温度升高到103℃时便失去了铁磁性，不能被磁铁吸引．这个温度称为这种材料的“居里温度”或“居里点”．电饭锅应用了温度传感器，它的主要元件感温铁氧体；如果在1标准大气压下用电饭锅烧水，水沸腾后不会自动断电，当水烧干后，温度升高达到103℃时，感温铁氧体便失去了铁磁性会自动断电，故AC错误B正确；饭熟后，水分被大米吸收，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，切断电源，故D错误．6．A【详解】A．用遥控器调换电视机的频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程红外线报警装置是感应红外线去转换成电学量，从而引起报警，而遥控器调换电视机的频道的过程，也发出红外线，A正确；B．走廊照明灯的声控开关，实际是将声波转化成电信号的过程，B不正确；C．自动洗衣机中的压力传感装置，是将压力转化成电信号的过程，C不正确；D．电饭煲中控制加热和保温的温控器，是将温度转化成电信号的过程，D不正确。
高中物理 第6章 传感器 第3节 实验：传感器的应用课件 新人教版选修3-2
25
5. 如图甲所示，斯密特触发器可以将连续变化的 模拟信号转换为突变的数字信号，当加在它的输入端A 的电势逐渐上升到1.6 V，输出端Y会突然从高电平跳到 低电平0.25 V，而当输入端A的电势下降到0.8 V时，输 出端Y会从低电平跳到高电平3.4 V.
甲 26
6
2．电路分析 由于集成电路允许通过的 电流较小，要用白炽灯模仿路 灯，就要使用继电器来启闭供 电电路，如图所示．灯泡可用 “6 V 0.3 A”的，继电器可以使用HRS1H－S型微型 继电器以便能够插在实验板上．图中J为继电器的线圈, 工作电压为5 V，Ja为它的常开触点．
7
(1)斯密特触发器是具有特殊功能的非门，它可以
A．当RT的温度升高时，RT减 小，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警 声
B．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，Y 端电势降低，蜂鸣器会发出报警声
12
C．当增大R1时，A端电势升高，Y端电势降低，蜂 鸣器会发出报警声
D．当增大R1时，A端电势降低，Y端电势升高，蜂 鸣器会发出报警声
(1)斯密特触发器相当于一种“_______”门电路．
(2)如图乙所示是一个温度报警器的简易电路图，RT 为热敏电阻，R1为可变电阻(最大阻值为1 kΩ)，蜂鸣器 工作电压3～5 V，热敏电阻的阻值随温度变化如图丙所
示，若要求热敏电阻在感测到80 ℃时报警，则R1应调至 ____________kΩ；若要求热敏电阻在感测到更高的温度
答案 BC
13
解析 RT的温度升高，阻值变小，A端为高电势，Y 端为低电势，蜂鸣器报警，选项A错误，B正确；当增大 R1时，A端为高电势，Y端为低电势，蜂鸣器报警，选项 C正确，D错误．
高中物理第6章2传感器的应用课件选修32高二选修32物理课件
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3.光传感器的应用——火灾报警器 (1)组成：如图所示，发光二极管 LED、光电三极管和不透明的 挡板．
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(2)工作原理：平时光电三极管收不到 LED 发出的光，呈现高电 阻状态，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电 三极管上，其电阻变小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就 会发出警报．
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2．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
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B [由题意可知，这一装置要对光敏感，能区分白天(光线强) 与夜晚(光线暗)，所以选项 B 正确；虽然白天与夜晚温度也不相同， 但温度除与昼夜有关外，还与季节有关，因此 C 错误；灯的亮熄与 压力更无关系，A、D 错误．]
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(1)居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性， 温度上升到约 103 ℃时，失去铁磁性，这一温 度称为“居里温度” 电饭锅 感温铁氧体 (2)自动断电原理：用手按下开关通电加热， 开始煮饭，当锅内加热温度达到 103 ℃时，铁 氧体失去磁性，与永久磁铁失去吸引力，被弹 簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开
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温度传感器一般使用的是热敏电阻，负温度系数的热敏电阻的 阻值随温度升高而减小，正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高 而增大，在解答有关温度传感器的应用问题时应注意区分这一性质.
第6章-磁电磁敏式传感器
• 测速度时，传感器的输出电压正比于速度信号 u v ，可
以直接放大。
• 输出功率大，稳定可靠，但传感器尺寸大、重，输出阻抗 低，通常几十～几千欧，对后置电路要求低，干扰小。
CD-1 型震动速度传感器
工作频率 固有频率 灵敏度
• 磁阻元件在工作时通常需要加偏置磁 场，使磁敏电阻工作在线性区域。
• 无偏置磁场时只能检测磁场不能 判别磁性。输出弱磁场时磁阻与 磁场关系为：
R =R0（1+MB2）
R0 ——为零磁场内阻； M ——为零磁场系数；
• 外加偏置磁场时磁阻具有极性， 相当在检测磁场外加了偏置磁场， 工作点移到线性区，磁极性也作 为电阻值变化表现出来，这时电 阻值的变化为：
代入后：
UH
Bb
IB ned
RH
IB d
K H IB
霍尔常数
RH
1 ne
与材料有关
霍尔灵敏度
KH
RH d
与薄片尺寸有关
式中：ρ—电阻率、n —电子浓度、μ—电子迁移率 μ = υ / E 单位电场强度作用下载流子运动速度。
☻ 可见霍尔电势与电流和磁场强度的乘积成正比
U K I B ☻ 讨论 H
敏 元
件
6.3.1 磁敏电阻
（1） 磁阻效应
➢ 载流导体置于磁场中，除了产生霍尔效应外，导体中载流子 因受洛仑兹力作用要发生偏转，磁场使载流子运动方向的偏 转使电流路径变化，起到了加大电阻的作用，磁场越强增大 电阻的作用越强。
☺ 外加磁场使导体(半导体)电阻随磁场增加而增大的现象 称磁阻效应。
➢ 磁阻效应表达式为
《传感器技术》第3版课后部分习题解答
潘光勇0909111621 物联网1102班《传感器技术》作业第一章习题一1-1衡量传感器静态特性的主要指标。
说明含义。
1、线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏离）程度的指标。
2、回差（滞后）—反应传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中输出-输入曲线的不重合程度。
3、重复性——衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变动时，所得特性曲线间一致程度。
各条特性曲线越靠近，重复性越好。
4、灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。
5、分辨力——传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。
6、阀值——使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨力。
7、稳定性——即传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。
8、漂移——在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。
9、静态误差（精度）——传感器在满量程内任一点输出值相对理论值的可能偏离（逼近）程度。
1-2计算传感器线性度的方法，差别。
1、理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。
2、端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。
3、“最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校准曲线对它的正负偏差相等并且最小。
这种方法的拟合精度最高。
4、最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。
1—4 传感器有哪些组成部分？在检测过程中各起什么作用？答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。
各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。
传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。
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2n （
26 ? 64 ）
② 二进制码为有权码，编码若是 CnCn?1 ? ? C1 ，则对应于零位转
? 过的转角为 ：
n
Ci 2 i?1? 1
i?1
③ 码盘转动中，CK
若变化时，则所有
C
(
j
j
?
K
)应同时变化。
二进制码存在的问题：
① 提高分辨力困难。例如：二进制码盘，为了达到1〞左右的分辨力，需
倍，当位数很多时，光电元件位置安装困难。
〈2〉采用循环码码盘
右图为一个六位的循环码码盘，对于
n位的循环码码盘有下列特点：
上
① n位的循环码有2n种不同编码：
其容量为：2 n
下 对 称
最小分辨力：? 1
?
360 0 2n
最外圈角节距：4?1（比二进制大一倍）
② 循环码为无权码，Rn Rn?1 ? ? R1 不产生粗误差；
10 1× 0
01 ×1
0
01 1
10 1
11 00
Ci
因此就大大降低了粗误产生的概率，只要由刻划等因素造成的总
误差不超过相应码道（本码道） ai , bi 之间的间隔即可做到高位不出 现误差。由此可见，在不发生粗误差的前提下，整个编码器的精度
由它最低位（即C1 位码道）决定。双读数头的缺点是读数头多了一
C nCn?1C n? 2 ? ? C1
CnCn?1 ? ? C2
? ——————
二进制码 右移一位并舍去末位 不进位加法
Rn Rn?1Rn?2 ? ? R1
循环码
举例：
0110 ? 011
0101
十进制6 循环码6
② 逻辑运算：
Cn ? Rn
Ci ? Ci?1 ? Ri
Ri ? Ci?1 ? Ci
， 这种信号的不同组合，反映出按一定规律编码的数字量，代表码盘 转角的大小。这就是码盘将轴的转角换成代码输出的工作过程。
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二、码制与码盘
右图是一个6位的二进制码盘，C 6 码道 （二进制数的最高位），一半透光，一
半不透光。最外圈称码道 C1（二进制数的
最低位），共分成 26 ? 64 个黑白间隔。
传感器原理及应用
第六章 数字式传感器
第6章 数字式传感器
前面几章介绍的传感器大部分是将非电量转换为电模拟量输出 ，直接配用模拟式仪表显示。这类模拟信号与电子计算机数字系 统配接时，必须先经过一套模数（A/D）转换装置。这样不但增加 成本，也增加系统复杂性，降低了系统可靠性和精度。
数字式传感器能够直接将非电量转换为数字量输出，因此具有 下列优点：
6－1 码盘式传感器
码盘式传感器的核心部件是编码器，下图为光电绝对编码式码盘 (用于测量角位移)工作原理示意图。
一、工作原理
经光源1发出的光线，经柱面镜2后变成一束平行光照射到码盘上 。码盘3由光学玻璃制成，其上刻有许多同心码道。每条码道上有按 一定规律排列着的若干透光区和非透光区（或称亮区和暗区）。通 过暗亮区的光线经狭缝4后，形成一束很窄的光束照射在接收元件上 （光电元件），光电元件的排列与每条码道一一对应，当有光照射 时，对应亮区和暗区的光电元件的输出不同，前者为“1”后者为“0”
个间隔）；反之若暗区做得太
长，当狭缝处于A' A' 位置时，
就会将1000（十进制8）读成
0000（十进制0，也相等8个间
隔），这就是粗误差。
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消除粗误差的方法：
〈1〉采用双读数头法（见下图）
C1码道：仍只有一个读数狭缝，设在00位置；
C2码道：有两个读数狭缝 a2、b2 ，对称分布00两侧；
采用狭缝 a 或 b 的读数。
配合三个“与非”门组成的识别电路，即可实现下列的读数判别：
设第 i 码道 aibi 两狭缝读出的信号为Ai、Bi ；i ? 1 码道读数为Ci?1
若 Ci?1 ? 1 则 Ci ? Ai ；若 Ci?1 ? 0 则 Ci ? Bi
用低位值来
判读高位读 数
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若 Ci?1 ? 1 则 Ci ? Ai ；若 Ci?1 ? 0 则 Ci ? Bi
要采用20位以上的码盘，若码盘直径是400mm时，其外圈分度间隔仅1um左
右，这不仅要求刻划精确，而且要彼此对准，这在加工上非常困难。
②由于是有权码，所以存在粗误差。所谓粗误差参见下图所示，这是一个
四位二进制码盘展开图（图a)。当读数狭缝处于AA位置时，正确读，就会误读成1111（十进制15，相当8
③ 循环码码盘具有轴对称性，最高位相反，其余各相同；
④ 循环码码盘中两相邻区域，编码中只有一位生产变化，所以不
产生粗误差，因面获得广泛应用。
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三、二进制码与循环码的转换：
循环码不直观，不易处理，显示等，所以要经常转换成二进制码 ，其方法一般分为代数计算 ，逻辑运算和用门电路进行计算。
① 代数计算： （二进制→循环码）
2n
码盘的每一个角度间隔对应不同的编
码（后面有与之对应的光电接收元件）
，测量时，只要根据码盘的起始和终
止位置就可确定转动的角度，而与转动的过程无关。
二进制码盘具有如下特点：
① n位（n个码道）的二进制码盘具有 2 n 种不同编码
其容量为：
2n
最小分辨力：
?1
?
360 0 2n
最外圈角节距： 2?1
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③ 用门电路实现：
二进制→循环码
循环码→二进制
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四、应用简介
下图为光学码盘测角仪的原理图
光源1通过大孔径非球面聚光镜2形成均匀狭长的光束照射到码 盘3上，根据码盘所处的转角位置，位于狭缝4后面对应码道的一 组光电元件5输出相应的信号，该信号经放大，鉴幅，整形后，再 经当量变换（使之成为直观便于显示的参数形式）最后进行译码 显示。
C3码道：有两个读数狭缝 a3、b3 ，对称分布00两侧； C4码道：有两个读数狭缝 a4、b4，对称分布00两侧； a ibi 间隔：小于本码道分度间隔的一半，即 ? 2i?2?1
这种分布使得两个对称的读数狭缝尽量远离变化交界处，但又不应
影响相邻码位，故两狭缝也不要超过2i? 2?1范围，等于最好。这种布局 是为了消除因加工误差带来的读数时产生的粗误差。测量时根据情况
① 精确度和分辨力高； ② 抗干扰能力强，适宜远距离传输； ③ 信号便于处理和存贮； ④ 可以减少读数误差；
但是目前数字式传感器的种类还不太多，本章重点介绍数字码 盘、光栅传感器和振弦式传感器几种
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第6章 数字式传感器
6－1 码盘式传感器 6－2 光栅式传感器 6－3 振弦式传感器
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