传感器总结报告版可编辑
影响较大、处理电路比较复杂。可以测量位移、压力等物理量。
2、面积变化型和介质变化型电容传感器
面积变化型电容传感器原理是其极距和极间介质固定不变，改变极板相互覆盖的介电面积以改变电容量。可测量角位移、线位移等物理量。其优点是输入输出成线性关系；缺点是灵敏度低。
介质变化型电容传感器原理是使其他量不变，只改变两极板间介质，从而改变电容量这种传感器可以测量介质的液位或某些材料的厚度、湿度、温度等。
三、电感式传感器
电感式传感器以电磁感应为基础，把被测量转换为电感量变化。常分为可变电磁阻式、电涡流式和差动变压式等类型。
1、可变磁阻式电感传感器
▲原理：
式中：卩0为空气磁导率；A为空气隙导磁截面积；S 为空气隙长度；W为线圈匝数; L为自感。此式表明，自感L与气隙长度成反比；与气隙导磁截面积A0成正比?变间隙式：
可知：L与S成反比，当A o不变的情况下，S, L与S呈非线性关系。
①L = f ( S )不是线性关系。
②当S = 0时，L s
③如果考虑到磁导体的磁阻，贝当S =
L 工>^^。
④由于传感器结构上总漏磁现象产生，终都会
有L0的输出。
2 变化
0时, 故始
为避免非线性误差，要求工作间隙厶
S / ▲特性：
该种传感器只适应与一般约为 0.001?1mm 位移量的测量. S 0< 0.1
该种传感器只适应与一般约为 0.001?1mm 位移量的测量. 成线性关系，两端弯曲部分是磁漏造成的。
▲特性：
这种传感器，线性较好，测量范围较宽。甚至可作为非接触传感。 ?螺旋管式自感式传感器
该传感器是一种可变磁阻式自感式传感器。
结构：螺旋线圈、铁芯、骨架 F>
▲工作原理
\ A
?变气隙面积A 型自感式传感器
S 与L 成线性关系，两端弯曲部分是磁漏造成的 ▲特性: 这种传感器，线性较好，测量范围较宽。甚至可作为非接触传感 ?螺旋管式自感式传感器 该传感 器疋 种可变磁阻式自感式传感器 结构：螺旋线圈、铁芯、骨架
▲工作原理
首先它是一种开磁路的，其工作原理是基于线圈磁通 泄漏路径
⑤传感器灵敏度此时为
S
字 中的磁阻变化。这种传感器的电感量与铁芯的位移成一定的关
系，但灵敏度较低，对微小 位移的测量利用价值不大。
▲特性：
结构简单、易制作、灵敏度低，但可在测量电路 以解决。
2、涡流式电感传感器
▲其工作原理是基于金属导体在交流磁场中的涡 其应用是改变参数中某一因素，达到一定的变换目的。 移、振动；当P 或卩值改变时，可作为材质鉴别和探伤等。
▲特性与应用
涡流传感器结构简单、使用方便和不受油污等介质影响。可用于回转轴的振动测量及 其误差运动的测试、转速测量、金属材料的厚度测量、零件计数和探伤等。
▲转换电路有分压式调幅和调频电路。下图为分压式调幅电路原理：
L 」 \
H
Z
//
So
一
0 ±
流效应。 例如，当 S 改变时，可用于测
量位
方面加
3
、
差
动
变
压
器
式
电
感
传感器
▲原理
当初级线圈W/加上交流电压时，次级感应电动势e i、e2的大小与铁芯位置有关。当铁芯在中间位置时e i=e2，铁芯向上移动，e i>e2；向下移动,则e i ▲特性与应用 差动变压器式电感传感器稳定性好、使用方便、线性范围大，有的可达300伽、小位 移测量精度高；缺点是侧量个频率受机械部分固有频率的限制。该种传感器可适用于力、压力、流体参数等测量。 ▲转换电路： 上图所示电路中相敏检波器可根据输出的调幅波相位变化判别位移的方向和大小。可调电阻R与差动直流放大器的作用是消除传感器零点残余电压并放大信号。振荡器提供初级线圈交流电源和相敏检波电路的控制电压。 四、磁 电式传 感器 ▲原 理一个匝数为W的线圈，当穿过当穿过该线圈的磁通①发生变化时线圈内的感应电动势 为： 感应电动势e与其匝数和磁通变化率有关，改变上述因素之一将使线圈感应电动势改 变。磁电式传感器可分为动圈式和磁阻式。 1、动圈式传感器 上图a为线速度型磁电式传感器。线圈在磁场中作直线运动所产生的感应电动势： e WBl sin。对于一个特定的传感器来说，W B和I均为定值，所以感应电动势e与速度v成正比。 上图b为角速度型传感器工作原理图。线圈在磁场中转动时产生的感应电动势为： e=BWA①。在E、W A为常数时，感应电动势的大小与角速度成正比。 2、磁阻式传感器 工作原理是传感器固定不动，被测体的运动使磁路磁阻改变，从而在线圈中产生感应 电动势。其特点是输出阻抗不高，负载效应对其输出的影响可以忽略，且性能稳定、工作可靠、使用方便。可以测量旋转体频数、转速和振动等。 物性型传感器 物性型传感器不改变其结构参数的变化而是靠其敏感元件物理性能的变化实现信号转 换。 一、半导体应变片 ▲原理 对于半导体材料而言，电阻率变化所引起的电阻变化远远大于因几何尺寸变化引起的 电阻变化。因此： 半导体应变片的灵敏度S "入E。该值一般比金属应变片的灵敏度大50—70倍 ▲特性与应用 半导体应变片的优点：灵敏度高、机械滞后和横向效应小、测量范围大、频响范围宽； 缺点：温度稳定性差、灵敏度分散性较大以及较大应变作用下，非线性误差大等。 二、压电式传感器 ▲原理 压电式传感器的工作原理是基于压电材料的压电效应。她是以压电晶片作为传感元件 将力转换为电荷量的传感器。其可以看作是一个以压电材料为介质的平行板电容器，其电 容量可按下式计算： 施加于晶片的外力不变时，且积聚在极板上的电荷若无泄露，那么在外力继续作用时， 电荷量保持不变，而在离终止时，电荷随之消失。 实践证明：压电晶片上所受的作用力与由此产生的电荷量成正比， 即：q=dF,式中d 为压电常数。 静态测量时，必须采取措施，使电荷漏失减小到足够的程度；动态测量时，由于电荷 可以不断补充，对此要求不高。 ▲特性与应用 它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是 某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放 大器来克服这一缺陷。配套仪表和低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的出现，使压电传感 器的使用更为方便。它广泛应用于工程力学、生物医学、电声学等技术领域。 三、光电式传感器 光电传感器是将光能转换为电能的一种器件，它的物理基础是光电效应。光电式传感 器是以光电效应为基础，将光信号转换成电信号的传感器。光电式传感器由于反应速度快, 能实现非接触测量，而且精度高、分辨力高、可靠性好，加之半导体光敏器件具有体积小、 重量轻、功耗低、便于集成等优点，因而广泛应用于军事、宇航、通信、检测与工业自动 如下图所示，将霍尔元件至于磁感应强度为 B 的磁场中，a 、b 两端通以电流i ，在c 、 d 两端将产生霍尔电势V H =K H iBsin a ,式中K H 为霍尔系数，a 为电流与磁场方向夹角。 ▲特性与应用 霍尔元件可以检测电流、磁场以及它们的成绩，因此广泛的应用于压力、振动等参数 的测量。其有精度高、线性度好、动态性能好、工作频带宽、测量范围广、可靠性高、抗 外磁场干扰能力强等优点。多应用于测力、压力、应变、机械振动等。 总结：传感器种类繁多，这里并没有一一列举，仅列举了生产生活中常见常用的几种。 许多传 感器的应用范围又很宽，本次总结所列举的应用仅供参考，具体应用应根据传感器 静态、动态特性以及抗干扰能力、滞后等特性，还要考虑使用的技术领域、环境、精度等 要求选用何种类型。总之，此份报告尚有许多不足之处，还请老师谅解。 通过本次总结，再一次比较全面的的了解、认识了不同类型传感器的原理、特性、应 控制等各个领 用非常广泛。 照相机自动测光 工业测霍尔传感 霍尔传感 和它的附属电 产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用 ▲原理 域中。业生产和现实生活中光电传感器的应 器 器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件 路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生 第一章检测技术的基本概念 一、填空题： 1、传感器有、、组成 2、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出与输入的比值。 3、从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度。 4、下面公式是计算传感器的。 5、某位移传感器的输入变化量为5mm，输出变化量为800mv，其灵敏度为。 二、选择题： 1、标准表的指示值100KPa，甲乙两表的读书各为 KPa和 KPa。它们的绝对误差为。 A 和 B 和 C 和 2、下列哪种误差不属于按误差数值表示。 A绝对误差 B相对误差 C随机误差 D引用误差 3、有一台测量仪表，其标尺范围0—500 KPa，已知绝对误差最大值 P max=4 KPa，则该仪表的精度等级。 A 级 B 级 C 1级 D 级 4、选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。应选购的仪表量程为测量值的 倍。 A3倍 B10倍 C 倍 D 倍 5、电工实验中，常用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于测量， 而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于测量。 A偏位式 B零位式 C 微差式 6、因精神不集中写错数据属于。 系统误差 B随机误差 C粗大误差 7、有一台精度级，测量范围0—100 KPa，则仪表的最小分格。 A45 B40 C30 D 20 8、重要场合使用的元件或仪表，购入后进行高、低温循环老化试验，目的是为了。 A提高精度 B加速其衰老 C测试其各项性能指标 D 提高可靠性 9、传感器能感知的输入量越小，说明越高。 A线性度好 B迟滞小 C重复性好 D 分辨率高 三、判断题 1、回差在数值上等于不灵敏度 ( ) 2、灵敏度越大，仪表越灵敏（） 3、同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同（） 4、灵敏度其实就是放大倍数（） 5、测量值小数点后位数越多，说明数据越准确（） 6、测量数据中所有的非零数字都是有效数字（） 7、测量结果中小数点后最末位的零数字为无效数字（） 四、问答题 1、什么是传感器的静态特性，有哪些指标。 答：指传感器的静态输入、输出特性。有灵敏度、分辨力、线性度、迟滞、稳定性、电磁兼容性、可靠性。 《自动检测技术》复习题 ．．．．．．．．．．． 一、填空题： 1.自动检测系统分为开环系统和闭环系统，气象观测系统属于开环系统，炉温自动系统属于闭环系统。 2.有人把计算机比喻为一个人的大脑，传感器则是人的感官。 3.对仪表读数不需经过任何运算就能直接得到测量的结果，就叫直接测量。对被测物理量必须经过方程组才能得到最后结果，就叫间接测量。 4.传感器命名：由主题词加四级修饰语构成，第一级修饰语是指被测量；第三级修饰语是指特征描述；第四级修饰语是指主要技术指标。 5.1994年12月1日国家批准实施的GB/T14479-93《传感器图用图形符号》已与国际接轨。按照它的规定，传感器图用图形符号由符号要素正方形和等边三角形组成，其中要素正方形表示转换元件。等边三角形表示敏感元件。 6.我国电工仪表的准确度等级S就是按满度相对误差γm分级的；按大小依次分成,,,,,。例如某电表S=即表明它的准确度等级为3级，也就是它的满度误差不超过±%，即|γm|≤，或习惯上写成γm=±。为了减小测量中的示值，在进行量程选择时应尽可能使示值接近满度值，一般以示值不小于满度值的2/3为宜。 7.某级电流表，满度值A=100μA，求测量值分别为x1=100μA时的示值相对误差为±1%。x2=80μA时的示值相对误差为±%；x3=20μA时的示值相对误差为±0,5%。 9.家用电器的温度检测中，空调器属于湿度传感器，电冰箱属于温度传感器。 10.热敏电阻按其性能分为正温度系数（PTC），负温度系数（NTC），临界温度系数（CTC）三种，电机的过热保护属PTC保护，晶体管保护属NTC保护。 11.电容式传感器有三种基本类型，即变极距型、变面积型和变介电常数型。 12按误差产生的特性可将误差分为绝对误差和相对误差。 13.0.5级电工仪表的引用误差的最大值不超过±%.。 14.标称值为102μf，容许误差为±5%的电容，其实际值范围是测量100℃的温度用级温度计可能产生的绝对误差+，示值相对误差 16.由温包、毛细管和压力敏感元件组成的是压力式温度计。 17.热敏电阻按性能分为临界温度热敏电阻、PTC热敏电阻和nTC热敏电阻。 18.辐射测温方法分辐射法、和。 19.电容式传感器的基本类型有3种。 20.在流量检测中，先测出流体和流速，再乘以管道截面，即可得出流量的方法称为速度法。 《传感器本》试题整理(附参考答案) 上海开放大学《传感器与测试基础》复习 1. 课程教材：《自动检测技术及应用》梁森（第2版），机械工业出版社 2. 网上课堂：视频资料，课程ppt资料，李斌 教授主讲 3. 主持教师联系方式： 25653399（周二、五）；xudanli@https://www.360docs.net/doc/fe14529409.html, 4. 期末考试比例（大约）：单项选择20分；填 空20分；多项选择12分；简答题26分；分析 设计题22分。 5. 复习样题 一、填空题 1. 传感器的特性一般指输入、输出特性，有 动、静之分。静态特性指标的 有、、、 等。（灵敏度、分辨力、线性度、迟滞误差、 稳定性） 2. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类， 按照测量结果的显示方式，可以分为模拟式测量和数字式测量。 3. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类， 按照是否在工位上测量可以分为在线测量和离线式测量。 4. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类， 按照测量的具体手段，可以分为 偏位式测 量 、 微差式测量 和 零位式测量 。 5.某0.1级电流表满度值100m x mA ，测量60mA 的绝 对误差为 ±0.1mA 。 6、服从正态分布的随机误差具有如下性质 集 中性 、 对称性 、 有界性 。 7. 硅光电池的光电特性中，当负载短路时，光 电流在很大范围内与照度与呈线性关系。 8. 把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的 互感式传感器是根据 变压器 的基本 原理制成的，其次级绕组都用 差动 形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。 9、霍尔传感器的霍尔电势U H 为 K H IB 若改变 I 或 B 就能得到变化的霍尔电势。 10、电容式传感器中，变极距式一般用来测量 微 小 的位移。 11. 压电式传感器具有体积小、结构简单等优 点，但不适宜测量 频率太低 的被测量， 特别是不能测量 静态值 。 12、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。 13、热电偶冷端温度有如下补偿方法： 冷端恒温法（冰浴法）、计算修正法、电桥补偿法和仪表 传感器与检测技术知识总结 1：传感器是能感受规定的被检测量并按照一定规律转换成可输出信号的器件或装置。 一、传感器的组成 2：传感器一般由敏感元件，转换元件及基本转换电路三部分组成。①敏感元件是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理量的元件（如弹性敏感元件将力，力矩转换为位移或应变输出）。②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数（电阻，电感，电容）及电流或电压等电信号。 ③基本转换电路是将该电信号转换成便于传输，处理的电量。 二、传感器的分类 1、按被测量对象分类 （1）内部信息传感器主要检测系统内部的位置，速度，力，力矩，温度以及异常变化。（2）外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态，它有相对应的接触式（触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感器、超声测距、激光测距）。 2、传感器按工作机理 （1）物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的（主要有：光电式传感器、压电式传感器）。 （2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的（主要有①电感式传感器；②电容式传感器；③光栅式传感器）。 3、按被测物理量分类 如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。 4、按工作原理分类主要是有利于传感器的设计和应用。 5、按传感器能量源分类 （1）无源型：不需外加电源。而是将被测量的相关能量转换成电量输出（主要有：压电式、磁电感应式、热电式、光电式）又称能量转化型； （2）有原型：需要外加电源才能输出电量，又称能量控制型（主要有：电阻式、电容式、电感式、霍尔式）。 6、按输出信号的性质分类 （1）开关型（二值型）：是“1”和“0”或开(ON)和关（OFF）； （2）模拟型：输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量，其输入/输出可线性，也可非线性； （3）数字型：①计数型：又称脉冲数字型，它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比；②代码型（又称编码型）：输出的信号是数字代码，各码道的状态随输入量变化。其代码“1”为高电平，“0”为低电平。 三、传感器的特性及主要性能指标 1、传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系，有静态特性和动态特性。 2、传感器的静态特性是当传感器的输入量为常量或随时间作缓慢变化时，传感器的输出与输入之间的关系，叫静态特性，简称静特性。 表征传感器静态特性的指标有线性度，敏感度，重复性等。 3、传感器的动态特性是指传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性称为动态特性，简称动特性。传感器的动态特性取决于传感器的本身及输入信号的形式。传感器按其传递，转换信息的形式可分为①接触式环节；②模拟环节； ③数字环节。评定其动态特性：正弦周期信号、阶跃信号。 4、传感器的主要性能要求是：1）高精度、低成本。2）高灵敏度。3）工作可靠。4）稳定性好，应长期工作稳定，抗腐蚀性好；5）抗干扰能力强；6）动态性能良好。7）结构简单、小巧，使用维护方便等； 四、传感检测技术的地位和作用 1、地位：传感检测技术是一种随着现代科学技术的发展而迅猛发展的技术，是机电一体化系统不可缺少的关键技术之一。 2、作用：能够进行信息获取、信息转换、信息传递及信息处理等功能。应用：计算机集成制造系统（CIMS）、柔性制造系统（FMS）、加工中心（MC）、计算机辅助制造系统（CAM）。 五、基本特性的评价 1、测量范围：是指传感器在允许误差限内，其被测量值的范围； 量程：则是指传感器在测量范围内上限值和下限值之差。2、过载能力：一般情况下，在不引起传感器的规定性能指标永久改变条件下，传感器允许超过其测量范围的能力。过载能力通常用允许超过测量上限或下限的被测量值与量程的百分比表示。 3、灵敏度：是指传感器输出量Y与引起此变化的输入量的变化X之比。 4、灵敏度表示传感器或传感检测系统对被测物理量变化的反应能力。灵敏度越高越好，因为灵敏度越高，传感器所能感知的变化量越小，即被测量稍有微小变化，传感器就有较大输出。K值越大，对外界反应越强。 5、反映非线性误差的程度是线性度。线性度是以一定的拟合直线作基准与校准曲线作比较，用其不一致的最大偏差△Lmax与理论量程输出值Y（=ymax—ymin）的百分比进行计算。 6、稳定性在相同条件，相当长时间内，其输入/输出特性不发生变化的能力，影响传感器稳定性的因素是时间和环境。 7、温度影响其零漂，零漂是指还没输入时，输出值随时间变化而变化。长期使用会产生蠕变现象。 8、重复性：是衡量在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的不一致程度的指标；（分散范围 传感器心得体会 传感器心得体会 【篇一：传感器实验总结】 《传感器及检测技术》教学实践工作总结 本学期，担任《传感器及检测技术》课程的理论和实践教学内容。本课程的实践教学主要是教学实验，在全体同学的大力配合下，比较圆满的完成了实践教学任务，达到了实验的预期目的。现将此课程的实践教学工作总结如下： 1、实验计划的制定 为更好的完成实践教学环节，使学生能够真正的在实践环节学到更多的东西，在学期初我就认真研究教材内容和教学大纲要求，针对教学内容和学生特点制定了详细的实验安排，并与实验室老师进行了认真的沟通，充分做好教学实践前的各项准备工作。 2、注重理论和实践的结合 每讲授一段内容，就组织同学们做一次实验，让学生把课堂上获得的理论知识及时的得到验证和应用，从而加深对所学内容的理解。同时鼓励同学们利用课余时间多到实验室做一些创造性的实验，提高他们的知识迁移能力和思维能力。 3、实验过程的安排 （1）每次实验前，提前下达实验任务，让学生做好实验前的各种准备工作。由班长做好分组工作，每组指定一名组长，实行组长负责制，负责本组的组织和协调工作，。 （2）进实验室时，讲清实验室纪律，不得随意摆弄实验用品，要严格遵守实验章程，在老师的指导下进行各种实验。 （3）实验过程中，认真抓好学生的纪律，不得无故迟到、早退，杜绝做与实验无关的事情。实验过程中教师要不断巡 视及时发现学生们遇到的各种问题，并给与指导或启发。尽量多鼓励、少批评，培养学生的自信心，提高学生学习的积极性。 （4）实验完毕，及时清查实验物品，并督促学生摆放好实验物品，做到物归原位。另外，每组展示实验成果，并派代表做出总结，谈谈实验中遇到的各种问题，并说明做出了怎样的处理，有哪些收获。小组成员之间先进行互评，然后由教师作出补充，并适当给与鼓励。同时督促同学课下认真完成实验报告。 4、反思改进 在每次实验完毕后，我都把实验中发现的问题进行归纳整理，进行反思，同时向有经验的教师请教，争取在下次实践课中加以改进。 总之，这一个学期的实践教学，总的来说基本上能够按照要求保质保量的完成教学任务，但从中我也发现了一些问题，在今后的教学工作中，我会努力的改进不足的地方，争取把以后的实践教学工作做得更好。 【篇二：实验心得体会】 实验心得体会 在做测试技术的实验前,我以为不会难做,就像以前做物理实验一样, 做完实验,然后两下子就将实验报告做完.直到做完测试实验时,我才知道其实并不容易做,但学到的知识与难度成正比,使我受益匪浅. 在做实验前,一定要将课本上的知识吃透,因为这是做实验的基础,否则,在老师讲解时就会听不懂,这将使你在做实验时的难度加大,浪费做实验的宝贵时间.比如做应变片的实验,你要清楚电桥的各种接法,如果你不清楚,在做实验时才去摸索,这将使你极大地浪费时间,使你事倍功半.做实验时,一定要亲力亲为,务必要将每个步骤,每个细节弄清楚,弄 1：简述金属电阻应变片的工作原理，主要测量电路种类及其应用情况 应变式传感器是利用金属的电阻应变效应，将测量物体变形转换成电阻变化的传感器。被广泛应用于工程测量和科学实验中。 一工作原理 （一）金属的电阻应变效应当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。如图2-1所示 设有一根长度为l、截面积为S、电阻率为ρ的金属丝，在未受力时，原始电阻为 （2－1） 当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长Δl，横截面积相应减小ΔS，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变Δρ，故引起电阻值变化ΔR。对式（2－1）全微分，并用相对变化量来表示，则有: （2－2） 式中的Δl/l为电阻丝的轴向应变，用ε表示，常用单位με（1με＝1×10-6mm/mm）。若径向应变为Δr/r，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用 泊松比μ表示为，因为ΔS/S＝2(Δr/r)，则（2－2）式可以写成 （2－3） 式（2－3）为“应变效应”的表达式。k0称金属电阻的灵敏系数，从式（2－3）可见，k0受两个因素影响，一个是（1+2μ），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是Δρ/（ρε），是材料的电阻率ρ随应变引起的（称“压阻效应”）。对于金属材料而言，以前者为主，则k0≈1+2μ，对半导体，k0 值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属电阻丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成正比。通常金属丝的灵敏系数k0=2左右。 （二）应变片的基本结构及测量原理 各种电阻应变片的结构大体相同，以图2－2所示丝绕式应变片为例，它以直径为0.025mm左右的合金电阻丝2绕成形如栅栏的敏感栅，敏感栅粘贴在绝缘的基底1上，电阻丝的两端焊接引出线4，敏感栅上面粘贴有保护用的覆盖层3。l称为应变片的基长，b称为基宽，l×b称为应变片的使用面积。应变片的规格以使用面积和电阻值表示，例如3×10mm2，120Ω。 用应变片测量受力应变时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，根据式（2－3），可以得到被测对象的应变值ε，而根据引力应变关系 б=Eε（2－4） 式中б——测试的应力； 一、名词解释 1.偏差式测量用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的量值，这种测量方法称为偏差式测量。 2.零位式测量用指零仪表的零位反应测量系统的平衡状态，在测量系统平衡时，用已知的标准量决定被测量的量值，这种测量方法称为零位式测量。 3.微差式测量将被测量与已知的标准量相比较，取得差值后，再用偏差法测得此差值。 4.静态测量被测量在测量过程中是固定不变的，对这种被测量进行的测量称为静态测量。静态测量不需要考虑时间因素对测量的影响。 5.动态测量被测量在测量过程中是随时间不断变化的，对这种被测量进行的测量称为动态测量。 6.测量误差是测得值减去被测量的真值。 7.随机误差在同一测量条件下，多次测量被测量时，其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差。 8.迟滞传感器在相同工作条件下，输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出曲线不重合的现象。 9.电阻应变效应即导体在外界作用下产生机械变形（拉伸或压缩）时，其电阻值相应发生变化。 10.正压电效应机械能转换为电能的现象 11.逆压电效应当在电介质极化方向施加电场，这些电介质会产生几何变形，这种现象称为逆压电效应。 12.通常把沿电轴x方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”。把沿机械轴y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”。 13.在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。 14.光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器件。 15.绝对湿度是指在一定温度和压力条件下，每单位体积的混合气体中所含水蒸气的质量。相对湿度是指气体的绝对湿度与同一温度下达到饱和状态的绝对湿度之比。 二、填空/选择 1.测量误差的表示方法有绝对误差、实际相对误差、引用误差、基本误差、附加误差。 2.传感器的静态特性性能指标有灵敏度、迟滞、线性度、重复性和漂移等。 3.传感器的时域动态性能指标有时间常数、延迟时间、上升时间、峰值时间、超调量、衰减比。 4.半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理基于半导体材料的压阻效应。半导体材料的电阻率ρ随作用应力的变化而发生变化的现象称为压阻效应。 5.自感式电感传感器是利用线圈的变化来实现测量的，它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。 6. 变面积型电容式传感器（88页） 7.石英晶体纵向轴z称为光轴，经过六面体棱线并垂直于光轴的x称为电轴，与x和z同时垂直的轴y称为机械轴。 8.气敏传感器是用来检测气体类别、浓度和成分的传感器。 9.半导体气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的。 10.图9-3、9-4直热式和旁热式气敏器件的符号（153页） 11.湿度是指大气中的水蒸气含量，通常采用绝对湿度和相对湿度两种表示方法。 12.频率在16～2×Hz之间，能为人耳所闻的机械波，称为声波；低于16Hz的机械波，称为次声波；高于2×Hz的机械波，称为超声波。 三、简答分析计算 1.迟滞的定义、原因、公式、曲线（30页） 2.习题9-7，ppt. 结构、Rp作用、测试过程、测量丝加热丝、旁热式优点等。（163页） 3.（171页）图10-5、10-6工作原理、公式计算 传感器课后题及答案 第1章传感器特性 1．什么是传感器？（传感器定义） 2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？3. 传感器特性在检测系统中起到什么作用？4．解释下列名词术语： 1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。5．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？ 6．某传感器精度为2%FS ，满度值50mv ，求出现的最大误差。当传感器使用在满刻度值1/2和1/8 时计算可能产生的百分误差，并说出结论。 7．一只传感器作二阶振荡系统处理，固有频率f0=800Hz，阻尼比ε=0.14，用它测量频率为400的正弦外力，幅植比ε=0.7时， ， 又为多少？ ，相角 各为多少？ 8．某二阶传感器固有频率f0=10KHz，阻尼比ε=0.1若幅度误差小于3%，试求：决定此传感器的工作频率。 9. 某位移传感器，在输入量变化5 mm时，输出电压变化为300 mV,求其灵敏度。 10. 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/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。11．测得某检测装置的一组 输入输出数据如下：a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度；b)用C语言编制程序在微机上实现。 12．某温度传感器为时间常数T=3s 的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感器指示出温差的1/3和1/2所需的时间。 13．某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时，在t=0时，输出为10mV;t→∞时，输出为100mV;在t=5s时，输出为50mV,试求该传感器的时间常数。14．某一阶压力传感器的时间常数为0.5s,若阶跃压力从25MPa,试求二倍时间常数的压力和2s 后的压力。 15．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。16.已知某压力传感器的测定范围为0～10000Pa，输入特性表示为：y=10(x-0.00007x2+2000)请问这种传感器能使用吗？ 17.某CO2气体传感器在20。C，浓度范围为0～100ppm时的输入特性表示为Rx=x+250(kΩ),用差动法回答以下问题（其中R1=10MΩ,E=2V）: ⑴利用最简单的电阻-电压变换电路，绘出X，V0的关系图。 ⑵利用电桥进行电阻-电压变换电路，绘出20 。C时X，V0的关系图。另外，当30。C时，Rx=x+500(kΩ)，在同一张图上再加上X，V0的关系图，然后进行比较。 ⑶采用两个差动法的传感器电路绘出20。C，30。C时X，V0的关系，然后与（2）中的图形进行比较。 18.设阻抗Rs为1 kΩ俄信号源与100V的动力线有50m的并行走线距离，静电感应所产生的噪声电压为多少？分布电容设为10pF/m。 第3章电感式传感器 1.叙述变磁阻式传感器的工作原理。 、电阻式传感器 1） 电阻式传感器的 原理：将被测量转化为传感器 电阻值的变化，并加上测量电路。 2） 主要的种类：电位器式、 应变式、热电阻、热敏电阻 应变电阻式传感器 1） 应变：在外部作用力下发生形变的现象。 2） 应变电阻式传感器：利用电阻应变片将应变转化为电阻值的变化 a. 组成：弹性元件+电阻应变片 b. 主要测量对象：力、力矩、压力、加速度、重量。 c. 原理：作用力使弹性元件形变发生应变或位移应变敏感元件电阻值变化通过测量电路变成电压等 点的输出。 PL 3） 电阻值：R （电阻率、长度、截面积）。 A 4） 应力与应变的关系： 打二E ；（被测试件的应力=被测试件的材料弹性模量 *轴向应变） 应注意的问题： a. R3=R4; b. R1与 R2应有相同的温度系数、线膨胀系数、应变灵敏度、初值; c. 补偿片的材料一样，个参数相同； d. 工作环境一样； 、电感式传感器 1） 电感式传感器的 原理：将输入物理量的变化转化为线圈 自感系数L 或互感系数 M 的变化 2） 种类：变磁阻式、变压器式、电涡流式。 3） 主要测量 物理量：位移、振动、压力、流量、比重。 变磁阻电感式传感器 1） 原理：衔铁移动导致气隙变化导致 电感量变化，从而得知位移量的大小方向。 点 八、、 5） 应力与力和受力面积的关系: 二（应力） F （力） 2)自感系数公式: 2 N 4 (( 磁导率)Ao (截面积) L 二2;(气隙厚度) 3) 种类：变气隙厚度、变气隙面积 4) 变磁阻电感式传感器的灵敏度取决于工作使得 当前厚度。 5) 测量电路：交流电桥、变压器式交变电桥、谐振式测量电桥。 P56 6) 应用：变气隙厚度电感式压力传感器(位移导致气隙变化导致自感系数变化导致电流变化) 差动变压器电感式传感器 1) 原理：把非电量的变化转化为互感量的变化。 2) 种类：变隙式、变面积式、螺线管式。 3) 测量电路：差动整流电路、相敏捡波电路。 电涡流电感式传感器 1) 电涡流效应：块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中做切割磁感线的运动，磁通变化，产生电动 势，电动势将在导体表面形成闭合的电流回路。 Z W 「，r ，f ，x ) 等效阻抗 (电阻率、磁导率、尺寸 、励磁电流的频率、距 离) 2) 趋肤效应：电涡流只集中在导体表面的现象。 3) 原理：产生的感应电流产生新的交变磁场来反抗原磁场，式传感器的等效阻抗变化 4) 测量电路：调频式测量电路、调幅式测量电路。 5) 测量对象：位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤、振幅、转速。 三、电容式传感器 1) 原理：将非电量的变化转化为电容量的变化。 2) 特点：结构简单、体积小、分辨率高、动态响应好、温度稳定性好、电容量小、负载能力差、易受外 界环境的影响。 3) 测量对象：位移、振动、角度、加速度、压力，差压，液面、成分含量。 结构分类：平板和圆筒电容式传感器 1) 公式: >0 zr A d 2) 平板式电容器可分为三类：变极板覆盖面积的 的变极距型。 变面积型，变介质介电常数的 变介质型、变极板间距离 3) 测量电路：调频电路、运算放大器、变压器是交流电桥、二极管双 T 型交流电路、脉冲宽度调制电路 4) 典型应用 四、压电式传感器(有源) 1) 正压电效应：对某些电介质沿一定方向加外力使之形变，其内部产生极化而在表面产生 电荷聚集的现 传感器计算题目总结 第二章 1 一光电管与5k Q 电阻串联，若光电管的灵敏度为 30卩A/lm ，试计算当输出电压为 2V 时的入射光通量。 解：外光电效应所产生的电压为 U 。= IR L = K R L R L 负载电阻，I 光电流，「入射光通量。K 光电管的灵敏度，单位 A/lm 。 U 2 入射光通量为唇=出 2 13.13lm KR L 30x10“ X5000 2光敏二极管的光照特性曲线和应用电路如图所示，图中 I 为反相器，R 为20kQ ，求光照度为多少 lx 1 时U 0为高电平。【U i ：：: — V DD 】 2 1 解：当反相器的输入U i 满足翻转条件U i V DD 时，反相器翻转，U 。为高电平。现图中标明U DD =5V , 2 所以U i 必须小于2.5V , U o 才能翻转为高电平。 由于光敏二极管的伏安特性十分平坦， 所以可以近似地用 欧姆定律来计算I ■与 U o 的关系。 从图中可以看出光敏二极管的光照特性是线性的，所以根据比例运算得到 所以E 0 ^3000 0.125 =1250lx 即光照度E 必须大于E 。=1250lx 时U o 才为高电平。 0.3 第四章 1 一热敏电阻在 0C 和100C 时，电阻值分别为 200k Q 和10k Q 。试计算该热敏电阻在 20C 时的电阻值。 2将一支灵敏度为0.08mv/0 C 的热电偶与电压表相连， 电压表接线端处温度为 500 C ,电压表读数为60 mv , 求热电偶热端温度？ 3用一 K 型热电偶测量温度，已知冷端温度为 40C ，用高精度毫伏表测得此时的热电动势为 29.186mV , 求被测的热端温度大小？ 解 ： 29.186+1.612=30.798mV 热端温度为 740C 第五章 1图为一直流应变电桥， E = 4V , R 仁R2=R3=R4=350Q , 求： ① R1为应变片其余为外接电阻， R1增量为△ R1=3.5Q 时输出U °=。 ② R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同，其余为电阻，电压输出 U 0=。 ③ R1、R2感受应变极性相反，输出U 0=。 ④ R1、R2、R3、R4都是应变片，对臂同性，邻臂异性，电压输出 U °=。 2如图所示为等强度梁测力系统， R 1为电阻应变片，应变片灵敏度系数 k = 2.05，未受应变时RI = 120 K = 0.125mA 时的光照度E 0 第一章传感器基础 l.检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。 答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。下图给出了检测系统的组成框图。 检测系统的组成框图 传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。 测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大，以满足显示记录装置的要求。根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。 显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。 2.传感器的型号有几部分组成，各部分有何意义? 依次为主称（传感器）被测量—转换原理—序号 主称——传感器，代号C； 被测量——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。见附录表2； 转换原理——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。见附录表3； 序号——用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。若产品性能参数不变，仅在局部有改动或变动时，其序号可在原序号后面顺序地加注大写字母A、B、C等，（其中I、Q不用）。 例：应变式位移传感器：C WY-YB-20；光纤压力传感器：C Y-GQ-2。 3.测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法? 如何进行? 答：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时，最好采用微差式测量。此时输出电压认可表示为U0，U0=U+△U，其中△U是负载电阻变化所引起的输出电压变化量，相对U来讲为一小量。如果采用偏差法测量，仪表必须有较大量程以满足U0的要求，因此对△U，这个小量造成的U0的变化就很难测准。测量原理如下图所示： 图中使用了高灵敏度电压表——毫伏表和电位差计，R r和E分别表示稳压电源的内阻和电动势，凡表示稳压电源的负载，E1、R1和R w表示电位差计的参数。在测量前调整R1使电位差计工作电流I1为标准值。然后，使稳压电源负载电阻R1为额定值。调整RP的活动触点，使毫伏表指示为零，这相当于事先用零位式测量出额定输出电压U。正式测量开始后，只需增加或减小负载电阻R L的值，负载变动所引起的稳压电源输出电压U0的微小波动值ΔU，即可由毫伏表指示出来。根据U0=U+ΔU，稳压电源输出电压在各种负载下的值都可以准确地测量出来。微差式测量法的优点是反应速度快，测量精度高，特别适合于在线控制参数的测量。 三.简答题（每题10分） 301、试述传感器的定义、共性及组成。 301答：①传感器的定义：能感受被测量并按照一定规律转换成可用输岀信号的器件或装置；②传感器的共性：利用物理定律和物质的物理、化学或生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）转换为电量（电压、电流、电容、电阻等）； ③传感器的组成：传感器主要由敬感元件和转换元件组成。 302、什么是传感器动态特性和静态特性?简述在什么条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要。 302答：传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器的静态特性是指它在稳态（静态或准静态）信号作用下的输入一输出关系。 静态特性所描述的传感器的输入.输岀关系式中不含有时间变量。 当输入量为常量或变化极慢时只研究静态特性就能够满足通常的需要。 303、简述在什么条件下需要研究传感器的动态特性?实现不失真测量的条件是什么？ 303答：当输入量随时间变化时一般要研究传感器的动态特性。 实现不失真测量的条件是 幅频特性：AW）二|H（jco） | =A（常数） 相频特性：6（3）二-3t（线性）° 304、什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。 304答：材料的电阻变化是由尺寸变化引起的，称为应变效应。 应变式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、 力矩或压力等作用下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过转换电路变成电量输岀。输出的电量大小反映了被测物理量的大小。 303、试简要说明使电阻应变式传感器产生温度误差的原因，并说明有哪儿种补偿方法。 看：温度误差产生原因包括两方面：305. 温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变，试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变。 温度补偿方法基本上分为桥路补偿和应变片自补偿两大类。 311.根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型?每种类型各有什么特点？各适用于什么场合？ 311、答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。 变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。 变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比，适合测量线位移和角位移。 变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过改变介质的介电常数实现对被测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介电常数发生改变的场合。 313.试说明什么电容电场的边缘效应？如何消除？ 小知识点总结： 1.传感器是能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，通常由敏感元件和转换元件组 成。其中，敏感元件是指传感器中直接感受被测量的部分，转换元件是指传感器能将敏感元件输出转换为适于传输 和测量的电信号部分。 2.传感器的静态特性：线性度、迟滞、重复性、分辨率、稳 定性、温度稳定性和多种抗干扰能力 3.电阻式传感器的种类繁多，应用广泛，其基本原理是将被 测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电 路而最后显示被测量值的变化。 4.电位器通常都是由骨架、电阻元件及活动电刷组成。常用 的线绕式电位器的电阻元件由金属电阻丝绕成。 5.电阻丝要求电阻系数高，电阻温度系数小，强度高和延 展性好，对铜的热电动势要小，耐磨耐腐蚀，焊接性好。 6.电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产 生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。 7.金属电阻应变片分金属丝式和箔式。箔式应变片横向效应 小。 8.电阻应变片除直接用来测量机械仪器等应变外，还可以与 某种形式的弹性敏感元件相配合，组成其他物理量的测试 传感器。 9.电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量 的一种装置。可以用来测量位移、振动、压力、流量、重 量、力矩、应变等多种物理量。 10.电感式传感器的核心部分是可变自感或可变互感。 11.变压器式传感器是将非电量转换为线圈间互感M的一种磁 电机构，很像变压器的工作原理，因此常称变压器式传感 器。这种传感器多采用差分形式。 12.金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电 流，称之为电涡流或涡流。这种现象称为涡流效应。涡流 式传感器就是在这种涡流效应的基础上建立起来的。13.电容式传感器是利用电容器原理，将非电量转换成电容 量，进而实现非电量到电量的转化的一种传感器。 14.电容式传感器可以有三种基本类型，即变极距型（非线 性）、变面积型（线性）和变介电常数型（线性）。 15.霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原理而将被 测量、如电流、磁场、位移、压力等转换成电动势输出的 一种传感器。 16.热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置，它利 用敏感元件的电磁参数随温度变化而变化的特性来达到 测量目的。 17.热电阻测温的基础：电阻率随温度升高而增大，具有正的 温度系数 18.目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜。 19.热电阻温度计最常用的测量电路是电桥电路（三线连接法 和四线连接法）。 20.工业用标准铂电阻100Ω和50Ω两种。分度号分别为 Pt100和Pt50. 21.热电偶产生的热电动势是由两种导体的接触电动势（珀尔 贴电动势）和单一导体的温差电动势（汤姆逊电动势）组 成的。 22.热敏电阻是用一种半导体材料制成的敏感元件，其特点是 电阻随温度变化而显著变化，能直接将温度的变化转换为 能量的变化。 23.测量方法按测量手段分有：直接测量、间接测量和联立测 量；按测量方式分有：偏差式测量、零位式测量和微差式 测量。 24.偏差式测量的标准量具不装在仪表内，而零位式测量和微 差式测量的标准量具装在仪表内。 25.测量误差的表示方法有以下3种：绝对误差、相对误差、 引用误差； 26.误差按其规律性分为三种，即系统误差、偶然误差和疏失 误差。 27.形成干扰的三要素：干扰源、耦合通道和对干扰敏感的接 收电路 28.为了抑制干扰，常用的电路隔离方法：光电隔离法、变压 器隔离法 简答： 1、什么是霍尔效应？ 答：一块长为l、宽为b、厚为d的半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势U h。这种现象称为霍尔效应。 2、简述热电偶的工作原理。 答：热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。 3、什么是引用误差？ 答：人们将测量的绝对误差与测量仪表的上量限（满度）值的百分比定义为引用误差。 4、如何消除和减小边缘效应？ 答：1、适当减小极间距，使电极直径或边长与间距比很大，可减小边缘效应的影响，但易产生击穿并有可能限制测量范围。2、电极应做得极薄使之与极间距相比很小，这样也可减小边缘电场的影响。3、在结构上增设等位环也可以用来消除边缘效应。论述：电容式传感器的设计要点 答：电容式传感器的高灵敏度、高精度等独特的优点是与其正确设计、选材以及精细的加工工艺分不开的。在设计传感器的过程中，在所要求的量程、温度和压力等范围内，应尽量使它具有低成本、高精度、高分辨率、稳定可靠和高的频率响应等。对于电容式传感器，设计时可以从下面几个方面予以考虑：1、保证绝缘材料的绝缘性能。必须从选材、结构、加工工艺等方面来减小温度等误差和保证绝缘材料具有高的绝缘性能。2、消 第1章概述 1.什么是传感器？ 传感器定义为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，通常由敏感元件和转换元件组成。 1.2传感器的共性是什么？ 传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。 1.3传感器由哪几部分组成的？ 由敏感元件和转换元件组成基本组成部分，另外还有信号调理电路和辅助电源电路。 1.4传感器如何进行分类？ （1）按传感器的输入量分类，分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。（2）按传感器的输出量进行分类，分为模拟式和数字式传感器两类。（3）按传感器工作原理分类，可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。（4）按传感器的基本效应分类，可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。（5）按传感器的能量关系进行分类，分为能量变换型和能量控制型传感器。（6）按传感器所蕴含的技术特征进行分类，可分为普通型和新型传感器。 1.5传感器技术的发展趋势有哪些？ （1）开展基础理论研究（2）传感器的集成化（3）传感器的智能化（4）传感器的网络化（5）传感器的微型化 1.6改善传感器性能的技术途径有哪些？ （1）差动技术（2）平均技术（3）补偿与修正技术(4)屏蔽、隔离与干扰抑制 (5)稳定性处理 第2章传感器的基本特性 2.1什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？ 答：传感器的静态特性是指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。主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。 2.2传感器输入-输出特性的线性化有什么意义？如何实现其线性化？ 答：传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。常用的线性化方法是：切线或割线拟合，过零旋转拟合，端点平移来近似，多数情况下用最小二乘法来求出拟合直线。 2.3利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算其非线性误差、迟滞和重复性误差。设压力为0MPa 时输出为0mV,压力为0.12MPa时输出最大且为16.50mV. 非线性误差略 正反行程最大偏差?Hmax=0.1mV，所以γH=±?Hmax0.1100%=±%=±0.6%YFS16.50 重复性最大偏差为?Rmax=0.08，所以γR=±?Rmax0.08=±%=±0.48%YFS16.5 2.4什么是传感器的动态特性？如何分析传感器的动态特性？ 传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即输出对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析。瞬态响应常采用阶跃信号作为输入，频率响应常采用正弦函数作为输入。 一、填空题（每题3分） 1、传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件、产生可用信号输出的转换元件、以及相应的信号调节转换电路组成。 2、金属材料的应变效应是指金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。 3、半导体材料的压阻效应是半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。 4、金属丝应变片和半导体应变片比较其相同点是它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化。 5、金属丝应变片和半导体应变片比较其不同点是金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。 6、金属应变片的灵敏度系数是指金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数。 7、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。 8、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。 9、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。 10、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。 11、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。 12、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。 13、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。 14、要把微小应变引起的微小电阻变化精确地测量出来，需采用特别设计的测量电路，通常采用电桥电路。 15、电容式传感器利用了将非电量的变化转换为电容的变化来实现对物理量的测量。 16、变极距型电容传感器做成差动结构后，灵敏度提高原来的2倍。 17、电容式传感器的优点主要有测量围大、灵敏度高、动态响应时间短、机械损失小、 结构简单、适应性强。 18、电容式传感器主要缺点有寄生电容影响较大、当电容式传感器用于变间隙原理进行测量时具有非线性输出特性。 19、电感式传感器是建立在电磁感应基础上的一种传感器。 20、电感式传感器可以把输入的物理量转换为线圈的自感系数或线圈的互感系数的变化，并通过测量电路进一步转换为电量的变化，进而实现对非电量的测量。 21、21、电感式传感器可以把输入的物理量转换为线圈的自感系数或线圈的互感系数的变化，并通过测量电路进一步转换为电量的变化，进而实现对非电量的测量。22、电涡流传感器可用于位移测量、振幅测量、转速测量和无损探伤。 23、电涡流传感器可用于位移测量、振幅测量、转速测量和无损探伤。 24、电涡流传感器可用于位移测量、振幅测量、转速测量和无损探伤。 25、电涡流传感器可用于位移测量、振幅测量、转速测量和无损探伤。 26、电涡流传感器从测量原理来分，可以分为高频扫射式和低频透射式两大类。 27、电感式传感器可以分为自感式、互感式、涡流式三大类。 28、压电式传感器可等效为一个电荷源和一个电容并联，也可等效为一个与电容相串联的电压源。 29、压电式传感器是一种典型的自发电型传感器(或发电型传感器) ，其以某些电介质的压电效应为基础，来实现非电量检测的目的。 30、某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时部产生极化现象，同时在它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为极化效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称电致伸缩效应。 31、压电式电压放大器特点是把压电器件的高输出阻抗变换为传感器的低输出阻抗，并保持输出电压与输入电压成正比。 32、电荷放大器的特点是能把压电器件的高阻的电荷源变换为传感器低阻的电压源，以实现阻抗匹配，并使其输出电压与输入电压成正比，且其灵敏度不受电缆变化的影响。 33、热电动势来源于两个方面，一部分由两种导体的接触电势构成，另一部分是单一导体的温差电势。 34、补偿导线法常用作热电偶的冷端温度补偿，它的理论依据是中间温度定律。 35、常用的热电式传感元件有热电偶和热敏电阻。 36、热电偶是将温度变化转换为电势的测温元件，热电阻和热敏电阻是将温度转换为电阻变化的测温元件。 37、热电偶是将温度变化转换为电势的测温元件，热电阻和热敏电阻是将温度转换为电阻变化的测温元件。 38、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。 39、热电阻引线方式有三种，其中三线制适用于工业测量，一般精度要求场合；二线制适用于引线不长，精度要求较低的场合；四线制适用于实验室测量，精度要求高的场合。 40、霍尔效应是指在垂直于电流方向加上磁场，由于载流子受洛仑兹力的作用，则在平行于电流和磁场的两端平面分别出现正负电荷的堆积，从而使这两个端面出现电势差 的现象。 41、制作霍尔元件应采用的材料是半导体材料，因为半导体材料能使截流子的迁移率与电阻率的乘积最大，而使两个端面出现电势差最大。 42、应该根据元件的输入电阻、输出电阻、灵敏度等合理地选择霍尔元件的尺寸。 43、按照工作原理的不同，可将光电式传感器分为光电效应传感器、红外热释电传感器、固体图像传感器和光纤传感器。 44、按照测量光路组成，光电式传感器可以分为透射式、反射式、辐射式和开关式光电传感器。 45、光电传感器的理论基础是光电效应。 46、用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的电荷与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片几何尺寸和面积无关。 47、把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据变压器的基本原理制成的，其次级绕组都用同名端反向形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。 48．电阻应变片是将被测试件上的应变转换成电阻的传感元件。传感器题库及答案
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