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传感器原理及工程应用第三版答案--郁有文、西安电子科技大学出版

2-1 什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的作用及相互关系如何？【答】

1、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。

2、传感器由：敏感元件、转换元件、信号调理与转换电路和辅助的电源组成。

3、它们的作用是：

（1）敏感元件：是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；

（2）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；（3）信号调理与转换电路：由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调理与转换电路，进行放大、运算调制等；

（4）辅助的电源：此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助的电源。

4、最简单的传感器由一个敏感元件(兼转换元件)组成，它感受被测量时直接输出电量，如热电偶。有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路，如压电式加速度传感器，其中质量块m 是敏感元件，压电片（块）是转换元件。有些传感器，转换元件不只一个，要经过若干次转换。 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】

1、传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出与输入的关系。也即当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系就称为静态特性。

2、静态特性性能指标包括：线性度、灵敏度、迟滞、重复性和漂移等。

3、性能指标：

（1）灵敏度：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。用S 表示灵敏度，即

（2）线性度：传感器的线性度是指在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值ΔL max

与满量程输出值Y FS 之比。线性度也称为非线性误差，用γL 表示，即

（3）迟滞：传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性

曲线不重合的现象称为迟滞。用γH 表示，迟滞误差又称为回差或变差。即：

（4）重复性：重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。重复性误差属于随机误差，常用标准差σ计算，也可用正反行程中最大重复差值ΔR max 计算，即

%100max

??±

=FS L Y L γ%100max

??=

H Y H γ%100)3~2(?±

=R Y σ

γx y

S ??=

或

（5）漂移：传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移。温度漂移通常用传感器工作环境温度偏离标准环境温度（一般为20℃）时的输出值的变化量与温度变化量之比(ξ)来表示，即

2-3 什么是传感器的动态特性？它有哪几种分析方法？它们各有哪些性能指标？【答】

1、动态特性指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。

2、研究动态特性的方法有两种：时域法和频域法。在时域内研究动态特性采用瞬态响应法。输入的时间函数为阶跃函数、脉冲函数、斜坡函数，工程上常输入标准信号为阶跃函数；在频域内研究动态特性采用频率响应法，输入的标准函数为正弦函数。

3、性能指标是：

（1）传感器的时域动态性能指标

? 时间常数τ：一阶传感器输出上升到稳态值的63.2%称为时间常数；

? 延迟时间t d ：传感器输出达到稳态值的50%所需的时间； ? 上升时间t r ：传感器输出达到稳态值的90%所需的时间；

? 峰值时间t p ：二阶传感器输出响应曲线达到第一个峰值所需的时间； ? 超调量σ：二阶传感器输出超过稳态值的最大值；

? 衰减比d ：衰减振荡的二阶传感器输出响应曲线第一个峰值与第二个峰值之比。（2）频率响应特性指标

? 通频带ω0.707：传感器在对数幅频特性曲线上幅值衰减3 dB 时所对应的频率范围；

? 工作频带ω0.95（或ω0.90）：当传感器的幅值误差为±5%（或±10%）时其增益保持在一定值内的

频率范围；

? 时间常数τ：用时间常数τ来表征一阶传感器的动态特性。τ越小，频带越宽； ? 固有频率ωn ：二阶传感器的固有频率ωn 表征其动态特性；

? 相位误差：在工作频带范围内，传感器的实际输出与所希望的无失真输出间的相位差值，即为相位

误差；

%100max

??±

=FS

R Y R γt

y y t ?-=

跟随角Φ0.707: 当ω=ω0.707时，对应于相频特性上的相角，即为跟随角。

2-4 某压力传感器测试数据如表2-1所示，计算非线性误差（线性度）、迟滞、重复性误差和总精度。

表2-1 压力传感器校准数据

【解】1、端点平移法线性度（1）端点直线拟合

求出各个校准点正、反程6个输出电压的算术平均值。由两个端点的数据，可知端点直线的截距为b=-2.70mV ，斜率为：

Pa mV x y k /105.1710

1.070

.245.146-?=-+=??=

按照端点直线y =171.5x -2.7 （y=kx+b ），求各个校准点输出电压的理论值y ti ，如表2-2所示。根据表中的数据可知，考虑符号时，实际输出电压平均值与理论值的最小误差：Δy min =-0.12mV ，最大误差Δy max =0mV 。

14.45

-2.70

图2-1端点直线拟合曲线

（2）端点平移直线拟合

端点平移直线拟合是将端点直线平移，让平移后的最大正误差与最大负误差的绝对值相等，即让截距改变为：

mV y y b b 76.22

12.070.22max min /-=+-+-=?+?+

端点平移直线方程即为：y=kx+b /

。

按照端点平移直线方程重新求实际输出电压平均值与理论值的误差，有：

b y b b y y i i i ?+?=-+?=?//

Δb=b-b /

=0.06mV 。结果填入表中。

端点平移直线法线性度（非线性误差）为

%42.0%10045

.1406.0%100/max =?=??=FS L y y γ

14.45

-2.76

014.39

-2.70

图2-2端点平移直线拟合曲线

表2-2 求线性度数据

2、重复性

对于每个校准点，可按贝塞尔公式求得3个正程数据的标准偏差及3个反程数据的标准偏差如表2-3所示。可知σmax=0.041mV 。取置信系数а=2（置信概率为95%），

)(12

--=

∑=-

n y y n

i i σ

%57.0%10045

.14041

.02%100max

=??=

R Y ασγ

表2-3 求重复数据

3、迟滞性

表2-4 求迟滞数据

求出各校准点正行程和反行程输出电压平均值，在表2-3中给出。各校准点正行程和反行程输出电压平均值的差值也在表2-3中给出。可知最大差值为0.10mV 。

%69.0%10045

.1410

.0%100max =?=??=

FS H Y H γ 4、总精度

按照均方根合成法计算总精度：

%99.00099.00069.00057.00042.02222

22==++=++=H R L S γγγγ

2-5 当被测介质温度为t 1，测温传感器示值温度为t 2时，有下列方程式成立：τ

τd dt t t 2

21+=。当被测介质温度从25℃突然变化到300℃时，测温传感器的时间常数s 1200=τ，试确定经过350s 后的动态误

差。

【解】把输入看作从0～275的阶跃输入信号，则：

X(t)=0,t ≤0 X(t)=275,t ＞0

输入信号的拉普拉斯变换为： s

s X 275

)(= 又因 τ

τd dt t t 2

21+=，即 )1)(()()()(022021s s t s st s t s t ττ+=+= 所以 s

s t s t s H 01211

)()()(τ+==

, s

s s X s H s Y 275

11)()()(0τ+=

进行拉普拉斯反变换后，有)1(275)(120

t e t y --=

估算s 350=τ 的阶跃响应值：

15.285)054.01(27525)1(27525120

3502=-+=-+=-

t ℃

其动态误差为：

%95.4%100300

.285300=?-=

d e

图2-3一阶传感器阶跃响应

3-1 什么是应变效应？什么是压阻效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。【答】

1、所谓应变效应是指金属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，这种现象称为电阻应变效应。

2、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。

3、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阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量得大小。 3-2 试述温度误差的概念、产生的原因和补偿的办法。【答】

1、由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差，称为应变片的温度误差。

2、产生的原因有两个：一是敏感栅的电阻丝阻值随温度变化带来的附加误差；二是当试件与电阻丝材料的线膨胀系数不同时，由于环境温度的变化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻变化。

3、电阻应变片的温度补偿方法通常有：线路补偿和应变片自补偿。

3-3 电阻应变片的直流电桥测量电路，若按不同的桥臂工作方式可分为哪几种？各自的输出电压如何计算？【答】

1、可分为：单臂电桥、半差动电桥和全差动电桥三种。

2、单臂电桥输出电压为：R

E U ?=40

半差动电桥输出电压为：R R

E U ?=

全差动电桥输出电压为：R

R E

U ?=0

3-4 拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片，并组成差动全桥测量电路，试问：（1）四个电阻应变片怎样贴在悬臂梁上？（2）画出相应的电桥电路。【答】

1、在悬臂梁力传感器中，一般将应变片贴在距固定端较近的表面，且顺梁的方向上下各贴两片，上面两个应变片受压时，下面两个应变片受拉，并将四个应变片组成全桥差动电桥。这样既可提高输出电压灵敏度，又可减小非线性误差。

图3-1等截面积悬臂梁

2、差动全桥测量电路

图3-2差动全桥测量电路

3-5 题3-3图为一直流电桥，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，电桥输出的电压U0=? （2）R1、R2都是金属应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥输出的电压U0=?

（3）题（2）中，如果R2与R1感受应变的极性相反，且ΔR1=ΔR2=1.2Ω，电桥输出的电压U0=?

图3-3直流电桥测量电路

【解】

1、电桥输出电压为：

mV mV R R R R R R R R E U 1095.9)2401202.12402.1120(4)(433211110≈≈??

???-++?=+-+?+?+=

2、电桥输出电压为：

mV R R R R R R R R R E U 0)()(43322111

10=??

????+-?±+?±?±=

3、当R 1受拉应变，R 2受压应变时，电桥输出电压为：

mV R R R R R R R R R E U 20)21

2402.121(4)()(4332211110=-?=?

????+-?-+?+?+= 当R 1受压应变，R 2受拉应变时，电桥输出电压为：

mV R R R R R R R R R E U 20)21

2408.118(4)()(4332211

110-=-?=?

?????+-?++?-?-=

3-6 题3-4图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，R 1=120Ω。当试件受力F 时，应变片承受平均应变ε=800μm/m ，试求：（1）应变片电阻变化量ΔR 1和电阻相对变化量ΔR 1/R 1。

（2）将电阻应变片R 1置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V ，求电桥输出电压及电桥非线性误差。

（3）若要减小非线性误差，应采取何种措施？分析其电桥输出电压及非线性误差大小。

图3-4等强度悬臂梁

【解】

1、应变电阻相对变化量ΔR 1/R 1：

361

1064.11080005.2--?=??==?εK R R 应变片电阻变化量ΔR 1：

Ω=??==?=?-1968.01064.1120311

1εK R R R R R 2、单臂电桥输出电压：

)(23.11064.14

43110mV R R E U =??=?=

非线性误差：

如果是四等臂电桥，R 1=R 2=R 3=R 4，即n =1，则电桥的非线性误差：

%082.0%1001064.1212122123111

=???==?≈?+?=-εγK R R R R R R L

3、减小非线性误差采取的措施

为了减小和克服非线性误差，常采用差动电桥。差动电桥无非线性误差，且半差动电桥电压灵敏度K U =E /2，是单臂工作时的2倍，全差动电桥电压灵敏度K U =E ，是单臂工作时的4倍。同时还具有温度补偿作用。

3-8 一个量程为10KN 的测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径为20mm ，内径为18mm ，在其表面粘贴8个应变片，4个沿轴向粘贴，4个沿周向粘贴，应变片的电阻值为120Ω，灵敏度为2.0，泊松比为0.3，材料弹性模量E=2.1×1011

Pa 。要求：（1）绘出弹性元件贴片位置及全桥电路；（2）计算传感器在满量程时，各应变片的电阻值；

（3）当桥路的供电电压为10V ，计算电桥负载开路时的输出电压。【解】

1、弹性元件贴片位置及全桥电路如图3-5所示。

图3-5应变片粘贴位置及电路连接图

2、圆筒截面积：2

210

)

A-

=π

应变片1、2、3、4感受轴向应变：

ε=

应变片5、6、7、8感受周向应变：

ε=

满量程时：

≈

191

120

1.2

0.2

?0573

191

3.0

Rμ

3、全受拉力：

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

≈

4-1说明差动变间隙式电感传感器的主要组成、工作原理和基本特性。

【答】

1、差动变隙式电感传感器由两个完全相同的电感线圈合用一个衔铁和相应磁路组成。

图4-1差动变隙式电感传感器结构图

2、测量时，衔铁与被测件相连，当被测件上下移动时，带动衔铁也以相同的位移上下移动，导致一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减小，形成差动形式。（1）当衔铁处于初始位置时：

（2）当衔铁上移Δδ时：

使上气隙，上线圈电感增加；使下气隙，下线圈电感减小。则：

3、如果两个线圈反接，则传输特性为：

间隙的改变量Δδ/δ0与 ΔL /L 0有理想线性关系。测量电路的任务是将此式转换为电压或电流。 4-3什么叫差动变压器？差动变压器式传感器有哪几种结构形式？各有什么特点？【答】

1、把被测的非电量转化为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器，这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组用差动形式连接，故称差动变压器式传感器。

21δδδ==0

000212δμW S L L L =

==δδδ?-=01L ?δ

δδ?+=0

L ?)

(202

0001δδμ?-=

?+=W S L L L x )

(202

0002δδμ?+=

?-=W S L L L x 0

12120δδ?-=+-=?x x x x L L L L L L

2、差动变压器结构形式有：有变隙式、变面积式和螺线管式等，在非电量测量中，应用最多的是螺线管式差动变压器。

3、特点：

（1）变气隙式：灵敏度较高，但随气隙的增大而减小，非线性误差大，为了减小非线性误差，量程必须限制在较小的范围内工作，一般为气隙的1/5一下，用于测量几μｍ～几百μｍ的位移。这种传感器制作困难；

（2）变面积式：灵敏度小于变气隙式，但为常数，所以线性好、量程大，使用较广泛；

（3）螺线管式：灵敏度低，但量程大它可以测量1～100mm 机械位移，并具有测量精度高、结构简单、性能可靠、便于制作等优点，使用广泛。

4-5 差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？

【答】

1、零点残余电压主要由基波分量和高次谐波分量组成。

（1）产生基波分量的主要原因是：传感器两线圈的电气参数和几何尺寸的不对称，以及构成电桥另外两臂的电气参数不一致。

（2）造成高次谐波分量的主要原因是：磁性材料磁化曲线的非线性，同时由于磁滞损耗和两线圈磁路的不对称，造成两线圈中某些高次谐波成分不一样，不能对消，于是产生了零位电压的高次谐波。此外，激励信号中包含的高次谐波及外界电磁场的干扰，也会产生高次谐波。

2、减小电感式传感器的零点残余电压的措施

（1）从设计和工艺上保证结构对称性

为保证线圈和磁路的对称性，首先，要求提高加工精度，线圈选配成对，采用磁路可调节结构；其次，应选高磁导率、低矫顽力、低剩磁感应的导磁材料。并应经过热处理，消除残余应力，以提高磁性能的均匀性和稳定性。由高次谐波产生的因素可知，磁路工作点应选在磁化曲线的线性段；减少激励电流的谐波成分与利用外壳进行电磁屏蔽也能有效地减小高次谐波。

（2）选用合适的测量线路

另一种有效的方法是采用外接测量电路来减小零位电压。如相敏检波电路，它能有效地消除基波正交分量与偶次谐波分量，减小奇次谐波分量，使传感器零位电压减至极小。

采用相敏检波电路不仅可鉴别衔铁移动方向，而且把

衔铁在中间位置时，因高次谐波引起的零点残余电压消除掉。如图，采用相敏检波后衔铁反行程时的特性曲线由1变到2，从而消除了零点残余电压。

图4-2相敏检波后的输出特性

（3）采用补偿线路

采用平衡调节网络，这是一种既简单又行之有效的方法。

图4-3补偿电路图

4-6 简述相敏检波电路的工作原理，保证其可靠工作的条件是什么？【答】

1、开关式全波相敏检波电路如图4-4所示：

图4-4 开关式全波相敏检波电路原理图

相敏检波器工作时要求参考信号)(t u r 和被测信号)(t u S 频率相同。（1）)(t u r 与)(t u S 同相

参考信号)(t u r 经A1和D 组成的整形电路后的输出)(1t u 是与被测信号)(t u S 同频、反相,占空比1∶1的方波。此方波信号是控制电路电流流通的开关,为场效应管3DJ7J 提供栅源偏置电压,控制电子开关的动作,决定场效应管漏极信号)(3t u 。由场效应管工作原理知:

u 1

u 2

u 3

u r

u s

u 0

当2

t ≤≤时，V 截止： )()(3t u t u S = 当

T t T

≤≤2

时，V 导通： 0)(3=t u （1）差放A2对信号)(t u S 和)(3t u 进行合成，得到相敏检波器输出信号)(0t u ，其表达式为:

)()1()()(34

0t u R R t u R R t u f S f +

= （2）

当场效应管截止时，运放A2工作在跟随状态；当场效应管导通时，A2工作在反相放大状态。验证测量时取 R f = R 4。把式(1)代入式(2)中，得: 当2

t ≤≤时： )()(0t u t u S = 当

T t T

≤≤2

时： )()(0t u t u S -= （3）由式(3)知，从相敏检波器输出信号)(0t u 中得到了被测信号)(t u S 。

对上述相敏检波器电路进行性能测试，通过调整Rf 可以改变运放A2对信号放大的幅度,测试波形如图2所示。对应图1，再对)(0t u 进行滤波，即可取其直流分量0U ，从而得到被测信号幅值S U 。

图4-5开关式全波相敏检波电路波形图

（2）)(t u r 与)(t u S 反相

分析原理同（1），若)(t u r 与)(t u S 反相时检波输出，如图（b ）所示。

2、参考信号)(t u r 和差动变压器式传感器激磁电压)(t u S 由同一振荡器供电，保证二者同频同相（或反相）。

4-10 何谓涡流效应？怎样利用涡流效应进行位移测量？【答】

1、根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈漩涡状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。

2、有一通以交变电流的传感器线圈。由于电流的存在，线圈周围就产生一个交变磁场H 1。若被测导体置于该磁场范围内，导体内便产生电涡流，也将产生一个新磁场H 2，H 2与H 1方向相反，力图削弱原磁场H 1，从而导致线圈的电感、阻抗和品质因数发生变化。这些参数变化与导体的几何形状、电导率、磁导率、线圈的几何参数、电流的频率以及线圈到被测导体间的距离有关。如果控制上述参数中的线圈到被测导体间的距离参数改变，余者皆不变，就能构成测量位移的传感器。 4-12 电涡流传感器常用的测量电路有哪几种？其测量原理如何？各有什么特点？ 1、用于电涡流传感器的测量电路主要有：调频式、调幅式电路两种。 2、测量原理

（1）调频式测量原理

传感器线圈接入LC 振荡回路，当传感器与被测导体距离x 改变时，在涡流影响下，传感器的电感变化，将导致振荡频率的变化，该变化的频率是距离x 的函数，即f =L (x ), 该频率可由数字频率计直接测量，或者通过f-V 变换，用数字电压表测量对应的电压。

图4-6调频式测量原理图

（2）调幅式测量原理

由传感器线圈L、电容器C和石英晶体组成的石英晶体振荡电路。石英晶体振荡器起恒流源的作用，给谐振回路提供一个频率（f0）稳定的激励电流i o。

当金属导体远离或去掉时，LC并联谐振回路谐振频率即为石英振荡频率f o，回路呈现的阻抗最大，谐振回路上的输出电压也最大；当金属导体靠近传感器线圈时，线圈的等效电感L发生变化，导致回路失谐，从而使输出电压降低，L的数值随距离x的变化而变化。因此，输出电压也随x而变化。输出电

压经放大、检波后，由指示仪表直接显示出x的大小。

图4-7调幅式测量原理图

除此之外，交流电桥也是常用的测量电路。

3、特点

?调频式测量电路除结构简单、成本较低外，还具有灵敏度高、线性范围宽等优点。

?调幅式测量电路线路较复杂，装调较困难，线性范围也不够宽。

4-13 利用电涡流式传感器测板材厚度，已知激励电源频率f =1MHz，被测材料相对磁导率μr=1，电阻率ρ=2.9×10-6ΩCm，被测板材厚度为

=（1+0.2）mm。试求：

（1）计算采用高频反射法测量时，涡流透射深度h为多大？

（2）能否采用低频透射法测板材厚度？若可以需采取什么措施？画出检测示意图。

【解】

1、为了克服带材不够平整或运行过程中上下波动的影响，在带材的上、下两侧对称地设置了两个特

性完全相同的涡流传感器S 1和S 2。S 1和S 2与被测带材表面之间的距离分别为x 1和x 2。若带材厚度不变，则被测带材上、下表面之间的距离总有x 1+x 2=常数的关系存在。两传感器的输出电压之和为2U o ，数值不变。

如果被测带材厚度改变量为Δδ，则两传感器与带材之间的距离也改变一个Δδ，两传感器输出电压此时为2U o±ΔU 。ΔU 经放大器放大后，通过指示仪表即可指示出带材的厚度变化值。带材厚度给定值与偏差指示值的代数和就是被测带材的厚度。计算高频反射法测板材厚度时，涡流穿透深度：

m m f h r μμπμρ7.851057.810

11014.3414.3109.256

780=?=??????=

=---可见穿透深度很浅。

图4-8高频反射法测量原理图

2、若采用低频透射法测板材厚度，必须使涡流穿透深度大于板材厚度。由于ρ、μ0、μr 都是常数，所以必须降低激励电源频率，使之满足：

δμπμρ

0/f

h r

由此解得穿透板材所需的最高频率为：

KHz Hz f r 1.5101.510

2.11014.3414.3109.23

7820/

=?=??????=<---δμπμρ

当满足激励电源频率小于5.1KHz 时，发射探头的信号才能透过板材，被接收探头接收。发射探头在交变电压e 1的激励下，产生交变磁场，透过被测板材后达到接收探头，使之产生感应电动势e 2，它是板材厚度的函数，只要两个探头之间的距离x 一定，测量e 2的值即可测得板材厚度δ。

图4-9低频透射法测量原理图

5-1 根据工作原理可将电容式传感器分为哪几种类型？每种类型各有什么特点？各适用什么场合？【答】

1、电容式传感器分为：变极距(变间隙)(δ)型、变面积型(S)型、变介电常数

(εr)型三种基本类型。

2、特点与应用

（1）变极距(变间隙)(δ)型：只有在Δd/d0很小时，才有C与Δd 近似的线性关系，所以，这种类型的传感器一般用来测量微小变化量。

（2）变面积型(S)型：传感器的电容量C与线位移及角位移呈线性关系。测量范围大，可测较大的线位移及角位移。

（3）变介电常数(εr)型：传感器电容量C与被测介质的移动量成线性关系。常用来检测容器中的液位，或片状结构材料的厚度等。

5-2 如何改善单极式变极距型传感器的非线性？

【答】

为了提高灵敏度，减小非线性误差，大都采用差动式结构。

5-3 图5-7为电容式液位计测量原理图。请为该测量装置设计匹配的测量电路，要求输出电压U0与液位h之间成线性关系。

【答】

用环形二极管充放电法测量电容的基本原理是以一高频方波为信号源，通过一环形二极管电桥，对被测电容进行充放电，环形二极管电桥输出一个与被测电容成正比的微安级电流。原理线路如图所示，输入方波加在电桥的A点和地之间，Cx为被测电容，C d为平衡电容传感器初始电容的调零电容，C4为滤波电容，

1、电容式液位变换器结构

设被测介质的介电常数为ε1，液面高度为h , 变换器总高度为H ，内筒外径为d ，外筒内径为D ，此时变换器电容值为

式中：ε——空气介电常数；

C 0——由变换器的基本尺寸决定的初始电容值。

可见，此变换器的电容增量正比于被测液位高度h 。

2、环形二极管充放电法测量电路（1）当输入的方波由E 1跃变到E 2时

电容C x 和C d 两端的电压皆由E 1充电到E 2。对电容C x 充电的电流如图中i 1所示的方向，对C d 充电的电流如i 3所示方向。在充电过程中(T 1这段时间)，VD 2、 VD 4一直处于截止状态。在T 1这段时间内由A 点向C 点流动的电荷量为

)

(211E E C q d -=

D n h C d D n h d D n H d D n h H d D n h C 1)

(21)(2121)(21210111εεπεεππεππε-+=-+=-+=

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》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/℃、

传感器原理与工程应用完整版习题参考答案

《传感器原理及工程应用》完整版习题答案第1章传感与检测技术的理论基础（P26） 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？ 1－ 3 用测量范围为－50～150kPa 的压力传感器测量140kPa 的压力时，传感器测得示值为142kPa ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。解：已知：真值L ＝140kPa 测量值x ＝142kPa 测量上限＝150kPa 测量下限＝－50kPa ∴ 绝对误差 Δ＝x-L=142-140=2(kPa) 实际相对误差％＝＝43.11402 ≈?L δ 标称相对误差％＝＝41.1142 2≈?x δ 引用误差％－－＝测量上限－测量下限＝ 1) 50(1502 ≈?γ 1－10 对某节流元件（孔板）开孔直径d 20的尺寸进行了15次测量，测量数据如下（单位：mm ）： 120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40 试用格拉布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出其测量结果。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%

传感器原理与应用作业参考答案

《传感器原理与应用》作业参考答案作业一 1.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。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 2.传感器有哪些分类方法各有哪些传感器答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等；按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 3.测量误差是如何分类的答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。 4.弹性敏感元件在传感器中起什么作用答：弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位，是检测系统的基本元件，它能直接感受被测物理量（如力、位移、速度、压力等）的变化，进而将其转化为本身的应变或位移，然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。 5.弹性敏感元件有哪几种基本形式各有什么用途和特点答：弹性敏感元件形式上基本分成两大类，即将力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件和将压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。变换力的弹性敏感元件通常有等截面轴、环状弹性敏感元件、悬臂梁和扭转轴等。实心等截面轴在力的作用下其位移很小，因此常用它的应变作为输出量。它的主要优点是结构简单、加工方便、测量范围宽、可承受极大的载荷、缺点是灵敏度低。空心圆柱体的灵敏度相对实心轴要高许多，在同样的截面积下，轴的直径可加大数倍，这样可提高轴的抗弯能力，但其过载能力相对弱，载荷较大时会产生较明显的桶形形变，使输出应变复杂而影响精度。环状敏感元件一般为等截面圆环结构，圆环受力后容易变形，所以它的灵敏度较高，多用于测量较小的力，缺点是圆环加工困难，环的各个部位的应变及应力都不相等。悬臂梁的特点是结构简单，易于加工，输出位移(或应变)大，灵敏度高，所以常用于较小力的测量。扭转轴式弹性敏感元件用于测量力矩和转矩。变换压力的弹性敏感元件通常有弹簧管、波纹管、等截面薄板、波纹膜片和膜盒、薄壁圆筒和薄壁半球等。弹簧管可以把压力变换成位移，且弹簧管的自由端的位移量、中心角的变化量与压力p成正比，其刚度较大，灵敏度较小，但过载能力强，常用于测量较大压力。波纹管的线性特性易被破坏，因此它主要用于测量较小压力或压差测量中。作业二 1.何谓电阻式传感器它主要分成哪几种答：电阻式传感器是将被测量转换成电阻值，再经相应测量电路处理后，在显示器记录仪上显示或记

传感器原理与应用实验指导书解析

传感器原理与应用实验指导书自动化工程学院

目录 1实验一应变片单臂电桥性能实验 1实验二应变片半桥性能实验 1实验三应变片全桥性能实验实验四压阻式压力传感器测量压力特性实验实验五差动变压器的性能实验实验六差动变压器测位移特性实验 1实验七电容式传感器测位移特性实验 1实验八线性霍尔传感器测位移特性实验 1实验九开关式霍尔传感器测转速实验 1实验十磁电式转速传感器测转速实验 1实验十一光电传感器测量转速实验实验十二电涡流传感器测量位移特性实验实验十三被测体材质对电涡流传感器特性影响实验实验十四被测体面积对电涡流传感器特性影响实验* 实验十五气敏传感器实验实验十六湿度传感器实验

CSY－2000型传感器与检测技术实验台说明书一、实验台的组成 CSY－2000型传感器与检测技术实验台由主机箱、传感器、实验电路(实验模板)、转动源、振动源、温度源、数据采集卡及处理软件、实验桌等组成。 1、主机箱：提供高稳定的±15V、±5V、＋5V、±2V～±10V（步进可调）、＋2V～＋24V （连续可调）直流稳压电源；音频信号源（音频振荡器）1KHz～10KHz（连续可调）；低频信号源（低频振荡器）1Hz～30Hz（连续可调）；传感器信号调理电路；智能调节仪；计算机通信口；主机箱上装有电压、气压等相关数显表。其中，直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器都具有过载保护功能，在排除接线错误后重新开机恢复正常工作。主机箱右侧面装有供电电源插板及漏电保护开关。 2、振动源（动态应变振动梁与振动台）：振动频率3Hz～30Hz可调（谐振频率9Hz～12 Hz左右）； 3、转动源：手动控制0转/分～2400转／分、自动控制300～2200转／分。 4、温度源：常温～200℃。 5、气压源：0～20Kpa（连续可调）。 6、传感器：基本型有箔式应变片(350Ω)传感器(秤重200g)、扩散硅压力传感器(20Kpa)、差动变压器(±4mm)、电容式位移传感器(±2.5mm)、霍尔式位移传感器(±1mm)、霍尔式转速传感器(2400转/分)、磁电转速传感器(250转/分～2400转/分)、压电式传感器、电涡流传感器(1mm)、光纤位移传感器(1mm)、光电转速传感器(2400转/分)、集成温度(AD590)传感器(室温～120℃)、K热电偶(室温～150℃)、E热电偶(室温～150℃)、Pt100铂电阻(室温～150℃)、Cu50铜电阻(室温～100℃)、湿敏传感器(10～95％RH)、气敏传感器(50～2000ppm)等。 7、调理电路(实验模板)：基本型有电桥及调平衡网络、差动放大器、电压放大器、电荷放大器、电容变换器、电涡流变换器、光电变换器、温度变换器、移相器、相敏检波器、低通滤波器。增强型增加相应的配套实验模板。 8、实验台：尺寸为1600×800×750mm。实验台桌上预留了计算机及示波器安放位置。二、电路原理

传感器原理与工程应用考试题库

传感器原理与工程应用习题一、单项选择题 1、在整个测量过程中，如果影响和决定误差大小的全部因素（条件）始终保持不变，对同一被测量进行多次重复测量，这样的测量称为（ C ） A．组合测量 B．静态测量 C．等精度测量 D．零位式测量 1.1在直流电路中使用电流表和电压表测量负载功率的测量方法属于（ B ）。 A. 直接测量 B. 间接测量 C. 组合测量 D. 等精度测量 2、1属于传感器动态特性指标的是（ B ） A．重复性 B．固有频率 C．灵敏度 D．漂移 2．1不属于传感器静态特性指标的是（ B ） A．重复性 B．固有频率 C．灵敏度 D．漂移 2.2 以下那一项不属于电路参量式传感器的基本形式的是( D )。 A.电阻式 B.电感式 C.电容式 D.电压式 2.2传感器的主要功能是（ A ）。 A. 检测和转换 B. 滤波和放大 C. 调制和解调 D. 传输和显示 3.电阻式传感器是将被测量的变化转换成( B )变化的传感器。 A.电子 B.电压 C.电感 D.电阻 3.1电阻应变片配用的测量电路中，为了克服分布电容的影响，多采用（ D ）。 A．直流平衡电桥 B．直流不平衡电桥 C．交流平衡电桥D．交流不平衡电桥 3.2电阻应变片的初始电阻数值有多种,其中用的最多的是（ B ）。 A、60Ω B、120Ω C、200Ω D、350Ω 3.3电阻应变片式传感器一般不能用来测量下列那些量（ D ）Ａ、位移Ｂ、压力Ｃ、加速度Ｄ、电流 3.4直流电桥的平衡条件为（ B ） A．相邻桥臂阻值乘积相等 B．相对桥臂阻值乘积相等 C．相对桥臂阻值比值相等 D．相邻桥臂阻值之和相等 3.5全桥差动电路的电压灵敏度是单臂工作时的（ C ）。

传感器原理及工程应用概述

第二章传感器概述 1、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。 2、传感器是由敏感原件和转换原件组成 3、两种分类方法：一种是按被测参数分类，一种是按传感器工作原理分类 4、传感器的基本特性可分为静态特性和动态特性 5、静态特性是指被测量的值处于稳定状态时输入与输出的关系。主要指标有灵敏度、线性度、迟滞、重复性和漂移等。 6、灵敏度是输出量增量ΔY与引起输出量增量ΔY的相应输入量增量ΔX之比。用S表示即S=ΔY\ΔX。 7、线性度是指传感器的输入与输出之间数量关系的线性程度。也叫非线性误差用γL 表示即γL= 8、传感器在相同工作条件下输入量由小到大（正量程）及由大到小（反量程）变化期间输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。迟滞误差用 9、重复性是指传感器在相同的工作条件下输入量按同一方向做全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。最大重复差值 10、漂移是指输入量不变的情况下传感器输出量随着时间变化。产生漂移的原因有两个一是传感器自身结构参数一是周围环境。温度漂移的计算第三章应变式传感器 1、电阻应变式传感器是以电阻应变片为转换原件的传感器。 2、工作原理是基于电阻应变效应，即导体在外界作用下产生机械变形（拉伸或压缩）是，其电阻值相应发生变化（应变效应）。 3、电阻应变片分为丝式电阻应变片和箔式电阻应变片。 4、电阻在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为变形，而去掉外力后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，这种变形称为弹性变形。具有弹性变形特性的物体称为弹性原件。 5、应变片的电阻值是指应变片没有粘贴且未受应变时，在室温下测定的电阻值即初始电阻值。 6、将直的电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，但应变状态不同，应变片敏感栅的电阻变化减小，因而其灵敏系数K较整长电阻丝的灵敏系数K0小，这种现象称为应变片的横向效应。为了减少横向效应产生的测量误差，现在一半多采用箔式应变片。 7、应变片温度误差：由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差。产生的主要因素有以下两个方面：一是电阻温度系数的影响，一是试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。 8、电阻应变片的温度补偿方法：1）线路补偿法2）应变片的自补法9***电阻应变片的测量电路10、压阻效应是指在一块半导体的某一轴向施加一定的压力时，其电阻值产生变化现象，第四章电感式传感器 1、利用电磁感应原理将被测非电量如、位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，这种装置称为电感式传感器。 2、零点残余电压：传感器在零点位移时的输出电压。产生原因主要有以下两点一是由于两电感线圈的电气参数及导磁体几何尺寸不完全对称，因此在两电感线圈上的电压幅值和相位不同，从而形成了零点残余电压的基波分量。一是由于传感器导磁材料磁化曲线的非线性（如铁磁饱和，磁滞损耗）使得激励电流与磁通波形不一致，从而形成了零点残余电压的高次谐波分量。为减小电感式传感器的零点残余电压，可以采取以下措施1）在设计和工艺上，力求做到磁路对称，铁芯材料均匀；要经过热处理以除去机械应力和改善磁性；两线圈毕恭毕敬绕制要均匀，力求几何尺寸与电气特性保持一致。2）在电路上进行补偿。 3、把被测的非电量变化转化为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器。这种传感器

《传感器原理及应用》实验大纲

《传感器原理及应用》实验教学大纲课程编号：课程名称：《传感器原理及应用》课程总学时：54学时总学分：学分实验学时：8学时实验学分：学分适应专业：01电子信息工程编写人：陈欣波编写日期：2000年7月一、实验课程的目的与任务传感器原理及应用是实现生产过程自动化的重要手段，通过本课程实验的学习，使学生更好地掌握在生产生活中广泛使用的各类传感器结构、工作原理和特性等，进一步加强学生独立分析、解决问题的能力，同时注意培养学生实事求是、严肃认真的科学作风和良好的实验习惯，为今后工作打下良好的基础。二、实验教学基本要求本课程是《传感器原理及应用》课程的一个实践环节，通过实验教学，使学生进一步巩固所学理论知识，提高其分析和解决问题的能力。具体要求如下： 1.进一步巩固和加深对基本理论知识的理解，提高综合应用所学知识、独立设计的能力。 2.学会自己独立分析问题、解决问题，具有一定的创新能力。 3.能正确使用实验仪器设备，掌握工作原理。 4.能独立撰写实验报告、准确分析实验结果、得出实验结论。 5.课前做好预习，上课严格安装实验步骤认真完成实验内容。三、实验项目与内容提要

注：开设的实验项目可根据实验室具体设备和条件等进行适当地调整。四、实验报告格式及要求（一）、实验报告格式：攀枝花学院实验报告实验课程：实验项目：实验日期：院系：电信班级：姓名: 学号：合作人：指导教师：成绩： [实验目的和要求] [实验仪器、设备与材料] [实验原理] [实验步骤] [实验原始记录] [实验数据计算结果] 1.相关公式： 2.数据计算： 3.数据分析： 4.实验结论： [实验结果分析，讨论实验指导书中提出的思考题，写出心得与体会] （二）、实验报告要求: 1.实验名称、学生姓名、班号和实验日期； 2.实验目的和要求； 3.实验仪器、设备与材料； 4.实验原理； 5.实验步骤； 6.实验原始记录； 7.实验数据计算结果；

《传感器原理及工程应用》第四版郁有文课后答案

第一章传感与检测技术的理论基础 1．什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？答：某量值的测得值和真值之差称为绝对误差。相对误差有实际相对误差和标称相对误差两种表示方法。实际相对误差是绝对误差与被测量的真值之比；标称相对误差是绝对误差与测得值之比。引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法，也用相对误差表示，它是相对于仪表满量程的一种误差。引用误差是绝对误差（在仪表中指的是某一刻度点的示值误差）与仪表的量程之比。 2．什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？它们通常应用在什么场合？答：测量误差是测得值与被测量的真值之差。测量误差可用绝对误差和相对误差表示,引用误差也是相对误差的一种表示方法。在实际测量中，有时要用到修正值，而修正值是与绝对误差大小相等符号相反的值。在计算相对误差时也必须知道绝对误差的大小才能计算。采用绝对误差难以评定测量精度的高低，而采用相对误差比较客观地反映测量精度

引用误差是仪表中应用的一种相对误差，仪表的精度是用引用误差表示的。 3. 用测量范围为-50?+150kPa的压力传感器测量140kPa 压力时，传感器测得示值为142kPa,求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。解：绝对误差142 140 2 kPa 142 140 实际相对误差100% 1.43% 140 142 140 标称相对误差100% 1.41% 142 142 140 引用误差100% 1% 150 ( 50) 4. 什么是随机误差？随机误差产生的原因是什么？如何减小随机误差对测量结果的影响？答：在同一测量条件下，多次测量同一被测量时，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。随机误差是由很多不便掌握或暂时未能掌握的微小因素（测量装置方面的因素、环境方面的因素、人员方面的因素），如电磁场的微变，零件的摩擦、间隙，热起伏，空气扰动，气压及湿度的变化，测量人员感觉器官的生理变化等，对测量值的综合影响所造成的。对于测量列中的某一个测得值来说，随机误差的出现具有随机性，

传感器原理及应用试题库

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，光电效应，热释电效应三种。 4.亮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。 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.光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 21.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。 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 23.传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：k(x)=输出量的变化值/输入量的变化值=△y/△x 24.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；

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。

传感器原理与工程应用复习题参考答案1

《传感器原理及工程应用》习题答案第1章传感与检测技术的理论基础（P26） 1－3 用测量围为－50～150kPa 的压力传感器测量140kPa 的压力时，传感器测得示值为142kPa ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。解：已知：真值L ＝ 140kPa 测量值 x ＝142kPa 测量上限＝150kPa 测量下限＝－50kPa ∴ 绝对误差 Δ＝x-L=142-140=2(kPa) 实际相对误差％＝＝43.1140 2 ≈?L δ 标称相对误差％＝＝41.1142 2 ≈?x δ引用误差％－－＝测量上限－测量下限＝ 1)50(1502≈?γ

1－10 对某节流元件（孔板）开孔直径d 20的尺寸进行了15次测量，测量数据如下（单位：mm ）： 120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40 试用格拉布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出其测量结果。解：对测量数据列表如下：当n ＝15时，若取置信概率P ＝0.95，查表可得格拉布斯系数G ＝2.41。则 2072.410.03270.0788()0.104d G mm v σ=?=<=-，所以7d 为粗大误差数据，应当剔除。然后重新计算平均值和标准偏差。当n ＝14时，若取置信概率P ＝0.95，查表可得格拉布斯系数G ＝2.37。则 20 2.370.01610.0382()d i G mm v σ=?=>，所以其他14个测量值中没有坏值。计算算术平均值的标准偏差 20 0.0043()d mm σσ= = = 20 330.00430.013()d mm σ=?= 所以，测量结果为：20(120.4110.013)()(99.73%)d mm P =±= 1－14 交流电路的电抗数值方程为

(完整版)传感器原理及应用试题库(已做)

: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，可米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）=△ y△ x。 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。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12. 传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：心）=输出量的变化值/输入量的变化值=△ 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。

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

传感器原理与应用实验指导书

《传感器原理与应用》实验指导书朱蕴璞王芳编写孔德仁审定南京理工大学二〇〇九年九月

实验须知 1．传感器实验仪是贵重实验设备，请在每个实验前认真阅读实验指导书，尤

其是每个实验最后的实验注意事项。 2．实验仪器电源的开关原则: 连接测量线路,确认准确无误后，开启仪器电源；实验完毕，关闭仪器电源，拆除测量线路。 3．稳压电源不可对地短路。 4．实验过程中，心要细、动作要轻，不可有强制性机械动作出现。5．实验严格按操作规程进行，否则，出现损坏责任自负。 6．实验完毕，请一切恢复到实验前的状态，然后离开实验室。

目录实验一传感器静态标定实验 (3) 实验二应变式传感器特性实验 (10) 实验三电感式、涡流式、电容式、霍尔式位移传感器特性实验 (14) 实验四重量测量实验（选做） (25) 实验五转速测量实验 (29) 实验六温度实验 (34)

实验一传感器静态标定实验（注：“压力传感器的静态标定及特性指标的求取”与“光纤位移传感器静态标定及特性指标求取“两实验取其一。）压力传感器的静态标定及特性指标的求取 1、实验目的掌握压力传感器静态标定的基本方法以及压力传感器的静态特性指标的求取。 2、实验内容（1）组建压力测试系统；（2）学习压力测试系统的标定过程；（3）计算压力测试系统静态特性指标。 3、实验原理及方法 4活塞压力计一台，数字万用表一只，动态电阻应变仪一台，压力表一只。 5、实验步骤（1）反复排除活塞压力计油腔内的空气，最后将压力泵手轮摇出。（2）把压力传感器装在活塞压力计的联接螺帽上，关闭油杯。（3）传感器输出接入可调零的桥盒，电桥输出接入数字万用表。当输出量很小，无法直接用万用表测得时，可先将传感器接入动态电阻应变仪桥盒（注意电桥的连接），桥盒的另一端连线接应变仪输入（选择一个通道）；将应变仪专用电源接好；电阻应变仪电压输出接数字万用表。（说明：后者标定是整个系统标定，所求得的指标也为系统指标）（4）压力表指示为零时，开启仪器电源（注意：开启仪器电源前应变仪各通道应处于关闭状态），将应变图 1 压力传感器标定系统原理框图

传感器原理及工程应用设计

传感器原理及工程应用设计（论文）压电传感器在动平衡测量系统中的设计与应用学生姓名：李梦娇学号：20094073231 所在学院：信息技术学院专业：电气工程及其自动化（2）班中国·大庆 2011年12月

摘要传感器是动平衡测量系统中的重要元件之一, 是一种将不平衡量产生的振动信号不失真地转变成电信号的装置。利用压电式力传感器作为动平衡测量系统中的敏感元件来测量不平衡质量引起的振动。重点阐述了该压电式力传感器的结构设计、安装位置设计及振动信号检测中的关键问题。同时, 详细分析了该传感器的信号调理电路特点。现场实验结果表明, 设计的压电式力传感器在动平衡测量中的性能良好。动平衡处理是旋转部件必须采取的工艺措施之一, 以单片机为核心的动平衡测量系统将逐步取代常规动平衡仪。关键词：动平衡振动信号压电式力传感器调理电路测量系统单片机

ABSTRACT As one of the important elements in the dynamic balancing measurement system, transducer is the device that converts the vibration signal caused by the mi balance into electrical signal without distortion. The piezoelectric pressure transducer is app lied to dynamic balancing measurement system formeasuring the vibration caused by mi balanced mass. The structure design and the installation location of the piezoelectric force transducer and the critical issues in vibration signal detection are expounded. The characteristics of the signal conditioning circuit of this transducer are analyzed in detail. The experimental results show that the performance of the piezoelectric pressure transducer offers excellent performance in dynamic balancing measurement. The dynamic equilibration measurement is one of the main technological steps to betaken for all the swiveling part s. T he conventional dynamic equilibration measurement system is being replaced by a new o ne based on a monolithic computer. Keyword:dynamic balance vibration signal Piezoelectric force transducer Conditioning circuit Measurement system Monolithic computer

传感器原理及工程应用 第三版答案--郁有文、西安电子科技大学出版