传感器在电力设备检测中的应用
电力设备在运行中经常受电的、热的、机械的负荷作用，以及自然环境（气温、气压、湿度以及污秽等）的影响，长期工作会引起老化、疲劳、磨损，以致性能逐渐下降，可靠性逐渐降低。为保证电力系统的安全运行，对系统的重要设备的运行状态进行的监视与检测。监测的目的在于及时发现设备的各种劣化过程的发展，以求在可能出现故障或性能下降到影响正常工作之前，及时维修、更换，避免发生危及安全的事故。
电力设备状态监测的传统方法是经常性的人工巡视与定期预防性检修、试验。设备在运行中由值班人员经常巡视，凭外观现象、指示仪表等进行判断，发现可能的异常，避免事故发生。传统方法效率低，成本高，且可能会给工作人员带来一定危险。随着传感技术与计算机技术的发展，电力设备的状态监测方法向着自动化、智能化的方向发展，设备的定期检修制度向着预警式检修制度发展。电力设备状态的监测涉及面广，大量的非电参量（热学、力学、化学参量等）需要各种相应的传感器，传感技术的发展为此提供了可能。
装备各种传感器的具有状态监测功能的新型电力设备是构成自动化的电力系统的基础，是状态监测和故障诊断的第一步，也是很重要的一步。本文以温度传感器为例，对传感器在实际生产生活中的应用做一简单介绍。
一、检测对象
电力系统中大量设备需要检测温度信息，从而确定电力设备的运行情况，以便运行调度人员及时采取措施，消除异常，避免设备的损坏和事故的发生。
电力设备过热的主要原因是过电流，单仅仅监视电流不能准确反映设备是否超温，因为温度是各种因素影响的综合反映。
主要检测的对象有：电力设备导电连接处、插接处，干式变压器的绕组，电力变压器油温，箱式变电站的出线端、低压开关和高压开关进出线端等等。
二、基本结构及工作原理
温度传感器品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。
（1）热电偶：将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一
个闭合回路，当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。温度传感器热电偶就是利用这一效应来工作的。
为了保证温度传感器热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：
①组成温度传感器热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；③补偿导线与温度传感器热电偶自由端的连接要方便可靠；④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
（2）热电阻：热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。温度传感器热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造温度传感器热电阻。如Omega公司的PT100温度传感器，就包含一个100欧姆的铂金电阻温度探头。
热电阻测温系统一般由温度传感器热电阻、连接导线和显示仪表等组成。必须注意以下两点：②温度传感器热电阻和显示仪表的分度号必须一致；②为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。
三、输入输出特性
铂电阻与温度之间的关系，在0～630.74 ℃范围内可用下式表示
在－200～0℃的温度范围内为
半导体热敏电阻具有负电阻温度系数，其电阻值随温度升高而减小，电阻与温度的关系可以用下面的经验公式表示：
四、优缺点
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：①测量精度高。因温度传感器热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。②测量范围广。常用的温度传感器热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊温度传感
器热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬)，最高可达+2800℃(如钨-铼)。③构造简单，使用方便。温度传感器热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。
热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。
早期通过示温蜡片、数字温度传感器、红外温度仪等获取电力设备温度信息。但是示温蜡片与红外测温仪需要人工巡查，不能满足现代数字化电力系统的要求。数字温度传感器大多基于电量传送，受电磁场影响较大，只能测量关键点，有一定的局限性。光纤温度传感器则克服了以上缺点与不足，具有通信迅速、报警设置灵活、适应恶劣环境等优点。
五、实际应用
（1）电厂某些关键设备的温度监测。例如，利用光纤光栅实现汽轮机内湿蒸汽的湿度与温度测量，同步调相机转子温度的测量，水电站水坝温度监测，目前已有很多现场应用的实例，如分布式光纤测系统存长调水电站、云南大理小湾拱坝等的应用。
（2）电缆隧道火灾监控。发电厂和变电站内火量的高压电气设备都是通过电缆连接的，这些电缆都敷设在厂房或变电站下的电缆隧道。由于电缆隧道环境比较恶劣，且电缆数量较多，容易由于根电缆的绝缘损坏、局部放电而引起大面积的火灾事故，造成严重的经济损失。光纤测温系统可以实时检测光纤沿线温度，测温准确，分辨率较高，并且可以存储历史温度数据用于作进一步分析，可实现多条件报警设置。日前已有不少成功应用的案例，如韶关电厂、济南钢铁等。
（3）高压电力电缆负荷安全监测。温度作为高压电力电缆的一个重要的运行参数越来越受到人们的重视。光纤测温系统测得电缆表皮温度后，结合实时电流计算出电缆线芯温度，可进一步推算出动态载流量并模拟各种运行状态。电缆温度监测可以在电缆全长度范同内发现过热点和异常行为点，包括快速升温点和慢性升温点等，能发现限制电缆载流量的瓶颈点的温度与位置信息，预防电缆故障的同时为电力调度提供科学依据。
参考资料：
[1]周广丽、鄂书林，光纤温度传感器的研究和应用
[2]王昌长、李福祺，电力设备的在线监测和故障诊断
[3]陈津、陈家毅，电力设备温度在线监测技术解决方案探讨
《传感器与检测技术》题库 一、名词解释 二、单项选择题 3.某采购员分别在三家商店购买100 kg大米.10 kg苹果.1 kg巧克力，发现均缺少约0.5 kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，在这个例子中，产生此心理作用的主要因素是 B 。 A.绝对误差 B.示值相对误差 C.满度相对误差 D.精度等级 4.在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为欲测量的 C 左右为宜。 A.3 倍 B.1.0 倍 C.1.5 倍 D.0.75 倍 5.用万用表交流电压档(频率上限仅为 5 kHz)测量频率高达500 kHz.10 V左右的高频电压，发现示值还不到 2 V，该误差属于B 。 A.系统误差 B.粗大误差 C.随机误差 D.动态误差 6.用万用表交流电压档(频率上限仅为5 kHz)测量5号干电池电压，发现每次示值均为1.8 V，该误差属于 A 。 A.系统误差 B.粗大误差 C.随机误差 D.动态误差 7.重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了 D 。
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 8.有一温度计，它的测量范围为0～200 ℃，精度为0. 5级，试求 该表可能出现的最大绝对误差为 A 。 A.1℃ B.0.5℃ C.10℃ D.200℃ 9.有一温度计，它的测量范围为0～200 ℃，精度为0.5 级，当示值 为20 ℃时的示值相对误差为 B A.1℃ B.5％ C.1％ D.10％ 10.有一温度计，它的测量范围为0～200 ℃，精度为0.5 级，当示 值为100 ℃时的示值相对误差为 C 。 A. 1℃ B.5％ C. 1％ D.10％ 11.欲测240 V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于 0.6%，若选用量程为 250 V电压表，其精度应选 B 级。 A. 0.25 B.0.5 C. 0.2 D.1.0 12.欲测240 V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于 0.6%，若选用量程为 300 V，其精度应选 C 级。 A.0.25 B. 0.5 C. 0.2 D.1.0 13.欲测240 V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于
自考“机电一体化”专业衔接考试《传感器与检测技术》课程 实验环节实施方案 一、实验要求 根据《传感器与检测技术》课程教学要求，实验环节应要求完成3个实验项目。考虑到自考课程教学实际情况，结合我院实验室的条件，经任课教师、实验指导教师、教研室主任和我院学术委员会认真讨论，确定开设3个实验项目。实验项目、内容及要求详见我院编制的《传感器》课程实验大纲。 二、实验环境 目前，我院根据编制的《传感器》课程实验大纲，实验环境基本能满足开设的实验项目。实验环境主要设备为： 1、486微机配置 2、ZY13Sens12BB型传感器技术实验仪 三、实验报告要求与成绩评定 学生每完成一个实验项目，要求独立认真的填写实验报告。实验指导教师将根据学生完成实验的态度和表现，结合填写的实验报告评定实验成绩。成绩的评定按百分制评分。 四、实验考试 学生在完成所有实验项目后，再进行一次综合性考试。教师可以根据学生完成的实验项目，综合出3套考试题，由学生任选一套独立完成。教师给出学生实验考试成绩作为最终实验成绩上报。 五、附件
附件1 《传感器与检测技术》课程实验大纲 附件2 实验报告册样式 以上对《传感器与检测技术》课程实验的实施方案，妥否，请贵校批示。 重庆信息工程专修学院 2009年4月14日
附件1 《传感器与检测技术》课程实验教学大纲 实验课程负责人：段莉开课学期：本学期 实验类别：专业课程实验类型：应用性实验 实验要求：必修适用专业：机电一体化 课程总学时：15 学时课程总学分： 1分 《传感器与检测技术》课程实验项目及学时分配
实验一 金属箔式应变片性能—单臂电桥 一、 实验目的 1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。 2、测试应变梁变形的应变输出。 3、比较各桥路间的输出关系。 二、 实验内容 了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。（用测微头实现） 三、 实验仪器 直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、一片应变片、电压表、主、副电源。 四、 实验原理 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： R Ku R ?=式中 R R ?为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数, l u 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 被测部位受力状态变化、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 14 O EKu U = 。 五、 实验注意事项 1、直流稳压电源打到±2V 档，电压表打到2V 档，差动放大增益最大。 2、电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。 3、做此实验时应将低频振荡器的幅度旋至最小，以减小其对直流电桥的影响。 六、 实验步骤 1、了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。 2、将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与电压表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使电压表显示为零，关闭主、副电源，拆去实验连线。 3、根据图１接线。R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R X =R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V 档，电压表置20V 档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使电压表显示为零，然后将电压表置2V 档，再调电桥W1（慢慢地调），使电压表显示为零。
!知识目标：掌握接近开关的基本工作原理，了解各种接近开关的环境特性及使用方法，掌握应用接近开 T丨关进行工业 技术检测的方法 教学■ 口h I能力目标：对不同接近开关进行敏感性检测，使用霍尔接近开关完成转动次数的测量。 目标！ i素质目标： ■ ■ ■ W ■?Fr??T??* 教学 重点 .■该学…t 难点i接近开关的基本工作原理 I ---一一 ^—--十一- ——一一-一-一一--- —一-- . - — - - _-一- --- 教学］理实一体千 輕丨实物讲解手段!小组讨论、协作 接近开关的应用 教学! 学时丨10 教学内容与教学过程设计 1理论学习〗 项目一开关量检测 任务一认识接近开关 一、霍尔效应型接近开关 1.霍尔效应 霍尔效应的产生是由于运动电荷在磁场作用下受到洛仑兹力作用的结果。把N型半导体薄片放在磁场中，通以固定方向的电流i图1-2霍尔效应 么半导体中的载流子（电子）将沿着与电流方向相反的方向运动。 如图1-2所示，i || （从a点至b点），那\ I讲解霍尔效应基i本原 理，及霍尔电 I动势。 2.霍尔元件 霍尔元件的结构简单，由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图1-3 所示。 图1-3 霍尔元件
—H ■ ——= H H H —H ■ ■ H H H H — H I 3.霍尔原件的性能参数 1）额定激励电流 2）灵敏度KH 3）输入电阻和输出电阻 4）不等位电动势和不等位电阻 5）寄生直流电动势 6）霍尔电动势温度系数 4.霍尔开关 霍尔开关是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，可把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。 图1-6霍尔开关 5.霍尔传感器的应用 1）霍尔式位移传感器 霍尔元件具有结构简单、体积小、动态特性好和寿命长的优点，有功功率及电能 参数的测量，也在位移测量中得到广泛应用。 1-7 霍尔式位移传感器的工作原理图 2）霍尔式转速传感器 图1-8所示的是几种不同结构的霍尔式转速传感器。 图1-8 几种霍尔式转速传感器的结构 3）霍尔计数装置 图1-9所示的是对钢球进行计数的工作示意图和电路图。当钢球通过霍尔开关传感器 时，传感器可输出峰值20 mV的脉冲电压，该电压经运算放大器（卩A741）放大后，驱动半导 蒞H尤 ｛牛 吐n惑坳强屢曲同的传黑 器 霜晦疋件 \ -Av 骷］罰腋的怖楞传想 器 雷耳朮件 At 畑铀构柑同的拉牌传感盟 1 了解霍尔传感器 I i的应用。 它不仅用于磁感应强度、 U) 2
一、选择题 1.传感器的线性范围愈宽，表明传感器工作在线性区域内且传感器的（A） A.工作量程愈大C.精确度愈高 B.工作量程愈小D.精确度愈低 2.属于传感器动态特性指标的是（B） A.固有频率C.阻尼比 B.灵敏度D.临界频率 3.封装在光电隔离耦合器内部的是（D） A两个光敏二极管 C一个光敏二极管和一个光敏三极管B两个发光二极管 D一个发光二极管和一个光电三极管 4.适合在爆炸等极其恶劣的条件下工作的压力传感器是（B） A.霍尔式C.电感式 B.涡流式D.电容式 5.当某晶体沿一定方向受外力作用而变形时，其相应的两个相对表面产生极性相反的电荷，去掉外力时电荷消失，这种现象称为（D） A压阻效应B应变效应C霍尔效应D压电效应 6.热电偶式温度传感器的工作原理是基于（B） A.压电效应C.应变效应 B.热电效应D.光电效应 7.矿灯瓦斯报警器的瓦斯探头属于（A） A.气敏传感器C.湿度传感器 B.水份传感器D.温度传感器 8.高分子膜湿度传感器用于检测（D） A.温度C.绝对湿度 B.温度差D.相对湿度 9.下列线位移传感器中，测量范围最大的类型是（B） A自感式B差动变压器式C电涡流式D变极距电容式10. ADC0804是八位逐次逼近型的（B） A.数/模转换器C.调制解调器 B.模/数转换器D.低通滤波器 11.热电偶的热电动势包括（A） A接触电势和温差电势B接触电势和非接触电势
C非接触电势和温差电势D温差电势和汤姆逊电势 12. 为了进行图像处理，应当先消除图像中的噪声和不必要的像素，这一过程称为（C） A 编码 B 压缩 C 前处理 D 后处理 13热敏电阻式湿敏元件能够直接检测（B） A相对湿度B绝对湿度C温度D温度差 14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是（A） A.重复性C.线性度 B.稳定性D.灵敏度 15热电偶传感器通常利用电桥不平衡原理进行补偿，其作用是（C） A扩大量程B提高灵敏度C确保测量精度D提高测量速度 16.便于集成化的有源带通滤波器由运算放大器和（A） A RC网络组成 B LC网络组成 C RL网络组成 D RLC网络组成 17.在下列传感器中，将被测物理量的变换量直接转换为电荷变化量的是（A）A压电传感器B电容传感器C电阻传感器D电感传感器 18.灵敏度高，适合测量微压，频响好，抗干扰能力较强的压力传感器是（A） A.电容式C.电感式 B.霍尔式D.涡流式 19.适合于使用红外传感器进行测量的被测物理量是（D） A厚度B加速度C转速 D 温度 20.欲检测金属表面裂纹采用的传感器是（B） A压磁式B电涡流式C气敏式D光纤式 21.相邻信号在导线上产生的噪声干扰称为（B） A电火花干扰B串扰C共模噪声干扰D差模噪声干扰
DB-333B 检测与转换（传感器）技术实训装置 （12种传感器） 概述: DB-333B检测与转换（传感器）技术实训装置是本公司最新推出为传感器及教学实验而开发的适应不同类别、不同层次的专业教学实验设备。可完成“传感器原理与应用”、“自动检测技术”、“工业自动化仪表与控制”、“非电量电测技术”、“传感器与测控技术”等课程的教学实验。为各高等院校、中专与职业技术学院等新建或扩建实验室，迅速开设实验课提供了理想的实验室设备。 技术参数：
1、输入电源：AC220V±5% 50±1Hz 2、额定电流：≤5A 3、直流电源：±5V ±15V 4、稳压系数：±1% 5、电压纹波：≤10mV 6、非线性误差：≤5% 7、测量精度：≤1% 8、功耗：100V A 9、输出电流：1A 10、相对温度：-5℃～40℃ 11、相对湿度：＜85%（25℃） 12、实训台规格外形尺寸：1500×700×1100mm 主控台功能： 1、实训台提供四组直流稳压电源：±5V、±15V；±2V~±10V分五挡输出，2~24V可 调，具有短路保护功能。 2、低频信号发生器：1Hz-30Hz输出连续可调，Vp-p值10V，最大输出电流0.5A。 3、音频信号发生器：0.4KHz-10KHz输出连续可调，输出电压范围：0VP~10VP连续可 调，最大输出电流：0.5A（有效值0.4KHz）。 4、差动放大器：通频带0-10KHz，可接成同相、反相、差动结构，增益为1-150倍的直 流放大器。 5、数字式电压表：三位半显示，量程±2V、±20V，输入阻抗100KΩ，精度1%。 6、数字式频率/转速表：由四只数码管，2只发光管组成，输入阻抗100KΩ，精度1%。 频率测量范围1-9999 Hz，转速测量范围1-9999r/min。 7、温度表：0-150℃度，精度1%。 8、高精度温度控制PID调节仪，多种输入输出规格，具有人工智能调节以参数自整定功 能。 9、机械式压力表：0-40Kpa，精度2%。 10、手动气压源：0-40Kpa。 三源部分： 1、加热源：16V交流电源加热，温度控制范围0~150℃。 2、转动源：0-12V直流电源驱动，转速可调范围0~2400转/分。 3、振动源：振动频率1-30Hz（可调），共振频率13Hz左右。 数据采集卡及处理软件： 数据采集工作12位AD转换、RS232、USB接口，分辨率由1/22048，采样周期1m-100ms，采样速度可选择，即可单次采样亦能连续采样。提供的处理软件有良好的计算机界面，可以进行实验项目选择与编辑、数据采集、特性曲线的分析、比较、文件存取、打印等。 传感器种类及技术指标：（参考值）
“传感器与检测技术”实验报告 学号： 913110200229 姓名：杨薛磊 序号： 83
实验一电阻应变式传感器实验 （一）应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 三、需用器件与单元：主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流 1位数显万用表（自备）。 稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 2 四、实验步骤： 应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模板中的R1(传感器的左下)、R2(传感器的右下)、R3(传感器的右上)、R4(传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R6、R7是350Ω固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。
《传感器与检测技术》试题 一、填空：（20分） 1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。（2分） 2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。 3、光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为 三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、 光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料部电阻率改变的光电 效应，这类元件有光 敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元 件有光电池、光电仪表。 4.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为 Eab （T ，To ）=T B A T T B A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移 至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其部产生机械压力，从 而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产 生机械变形，这种现象称为负压电效应。（2分） 6. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③ 不变）（2分） 7. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的（2分） 8. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变 介电常数型）外是线性的。（2分） 9. 电位器传器的（线性），假定电位器全长为Xmax, 其总电阻为Rmax ，它的滑臂间的阻值 可以用Rx = （① Xmax/x Rmax,②x/Xmax Rmax ,③ Xmax/XRmax ④X/XmaxRmax ）来计算， 其中电阻灵敏度Rr=（① 2p(b+h)/At , ② 2pAt/b+h, ③ 2A(b+b)/pt, ④ 2Atp(b+h)） 1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈 的电感量（①增大，②减小，③不变）。 2、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型， ②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈的匝数成（①正比， ②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁 阻成（①正比，②反比，③不成比例）。 4、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， 传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件 和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。 5、热电偶所产生的热电热是由两种导体的接触电热和单一导体的温差电热组成。 2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为① _金属_ 材料和②____半导体__体材 料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由 _电阻应变效应 形 成的，而②的电阻变化主要是由 温度效应造成的。 半导体 材料传感器的灵敏度较大。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与 绕组匝数 成正比，与 穿过 线圈的磁通_成正比，与磁回路中 磁阻成反比，而单个空气隙磁阻的大小可用公式 __ 表示。 1.热电偶所产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式 为E ab （T,T o ）=T B A T T B A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中，补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线 和热电偶之间，接入延长线它的作用是将热电偶的参 考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。（7分） 3.电位器或电阻传感器按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位器。线性电位器的
《传感器与检测技术》课程标准 课程编码：课程类别： 适用专业：授课单位： 学时：编写执笔人及编写日期： 学分：审定负责人及审定日期： 1、课程定位和课程设计 1.1课程性质与作用 课程的性质本课程是电气、自动化、电子、测控专业的专业基础课程，是自动化专业的主干课程，必修课，电子、测控专业一般在第三学期开设，自动化专业一般在第四学期开设，电气专业在第五学期开设。 课程的作用本课程主要培养学生理解传感器的基本原理，掌握工业现场检测的基本技能，为学习后续课程及就业打下基础。 课程衔接在课程体系中，前导课程有《电工技术》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《单片机应用实训》等课程，需要学生具备电工技术、电子技术、单片机系统等方面知识和技能；后续课程有《计算机控制技术》、《自动化仪表及装置实训》、《毕业实践》等。 1.2 课程设计理念与思路 本课程具有一定的理论性，同时又有较强的实践性，结合课程的作用和教学目标，课程设计理念与思路如下几点： 1.本课程是专业基础课，同时又兼有专业课的特点，课程设计时既要考虑为后续专业课程服务，强调理论性，又要考虑知识的现场应用，强调实用性。所以在学习各类传感器时，一般重点是基本原理、调试和应用维护，对内部结构和电路设计只作一般要求。 2.以生为本、因材施教 充分考虑学生的实际情况，尤其是前导课程的掌握情况，在课程教学目标方面，要求掌握检测仪表的使用，检测系统的维护，对检测系统的设计不作要求。 考虑学生没有学习大学物理方面的知识，在课程内容上增加了温度、压力、流量等物理量的基本概念及检测方法。 3.按照“以职业能力为主线，以典型工作为载体，以真实工作环境为依托，以完整工作过程为行动体系”为要求，进行课程内容设计、教学模式设计、实施方案设计及考核评价体系设计。 262
精品资料 “传感器与检测技术”实验报告 序号实验名称 1 电阻应变式传感器实验 2 电感式传感器实验 学号： 3 电容传感器实验913110200229 姓名：杨薛磊 序号：83
实验一电阻应变式传感器实验 （一）应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。 一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感 器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元 件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。 它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在 机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 三、需用器件与单元：主机箱中的± 2V ～± 10V （步进可调）直流稳压电源、±15V 直 流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 12位数显万用表（自备）。 四、实验步骤： 应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器 +5V 电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模 板中的 R1( 传感器的左下 )、R2( 传感器的右下 )、R3( 传感器的右上 )、R4( 传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的 5 个电阻符号是空的无实体，其中 4 个电阻 符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R 6、R7是 350 Ω固定电阻， 是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器 上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应 变片输入口，做应变片测量振动实验时用。 1、将托盘安装到传感器上，如图 1 —4 所示。
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。
“传感器与检测技术”实验报告 学号：913110200229 姓名：杨薛磊 序号：83
实验一电阻应变式传感器实验 （一）应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 三、需用器件与单元：主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流 1位数显万用表（自备）。 稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 2 四、实验步骤： 应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模板中的R1(传感器的左下)、R2(传感器的右下)、R3(传感器的右上)、R4(传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R6、R7是350Ω固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。 1、将托盘安装到传感器上，如图1—4所示。 图1—4 传感器托盘安装示意图
传感器与自动检测技术验 指导书 张毅李学勤编著 重庆邮电学院自动化学院 2004年9月
目录 C S Y-2000型传感器系统实验仪介绍 (1) 实验一金属箔式应变片测力实验（单臂单桥） (3) 实验二金属箔式应变片测力实验（交流全桥） (6) 实验三差动式电容传感器实验 (9) 实验四热敏电阻测温实验 (12) 实验五差动变压器性能测试 (14) 实验六霍尔传感器的特性研究 (17) 实验七光纤位移传感器实验 (21)
CSY-2000型传感器系统实验仪介绍 本仪器是专为《传感器与自动检测技术》课程的实验而设计的，系统包括差动变压器、电涡流位移传感器、霍尔式传感器、热电偶、电容式传感器、热敏电阻、光纤传感器、压阻式压力传感器、压电加速度计、压变式传感器、PN结温度传感器、磁电式传感器等传感器件，以及低频振荡器、音频震荡器、差动放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器、涡流变换器等信号和变换器件，可根据需要自行组织大量的相关实验。 为了更好地使用本仪器，必须对实验中使用涉及到的传感器、处理电路、激励源有一定了解，并对仪器本身结构、功能有明确认识，做到心中有数。 在仪器使用过程中有以下注意事项： 1、必须在确保接线正确无误后才能开启电源。 2、迭插式插头使用中应注意避免拉扯，防止插头折断。 3、对从各电源、振荡器引出的线应特别注意，防止它们通过机壳造成短路，并 禁止将这些引出线到处乱插，否则很可能引起一起损坏。 4、使用激振器时注意低频振荡器的激励信号不要开得太大，尤其是在梁的自振 频率附近，以免梁振幅过大或发生共振，引起损坏。 5、尽管各电路单元都有保护措施，但也应避免长时间的短路。 6、仪器使用完毕后，应将双平行梁用附件支撑好，并将实验台上不用的附件撤 去。 7、本仪器如作为稳压电源使用时，±15V和0~±10V两组电源的输出电流之和 不能超过1.5A，否则内部保护电路将起作用，电源将不再稳定。 8、音频振荡器接小于100Ω的低阻负载时，应从LV插口输出，不能从另外两个 电压输出插口输出。
《传感器与检测技术》课程教学大纲 一、课程的性质、课程设置的目的及开课对象 本课程是机械设计制造及其自动化专业（机械电子工程方向）学生的重要专业课程。本课程设置的目的是通过对传感器的一般特性与分析方法，传感器的工作原理、特性及应用，检测系统的基本概念的学习，通过本课程的学习，使学生掌握检测系统的设计和分析方法，能够根据工程需要选用合适的传感器，并能够对检测系统的性能进行分析、对测得的数据进行处理。 开课对象：机械设计制造及其自动化专业（机械电子工程方向）本科生。 二、先修课程：高等数学、工程数学、电子技术、数字电子技术等。 三、教学方法与考核方式 1.教学方法：理论教学与实验教学相结合。 2.考核方式：闭卷考试。 四、学时分配 总学时48学时。其中：理论38学时，实验10学时 五、课程教学内容与学时 （一）传感器与检测技术概念 传感器的组成、分类及发展动向，技术的定义及应用。 重点：传感器与检测技术的目的和意义。 教学方法：课堂教学和现场认识教学相结合。 （二）传感器的特性 1.传感器的静态特性 2.传感器的动态特性及其响； 重点：传感器的静态特性与动态特性的性质。 难点：工艺计算与平面布置；微机联网控制系统。 广度：本章主要讲述传感器特性的基础知识。 深度：主要讲述传感器的特性，不涉及复杂的内容。 教学方法、手段：课堂教学、多媒体教学，强化实际操作。 （三）电阻式传感器 1.电位器式传感器的主要特性及其应用 2.应变片的工作原理 3.应变片式电阻传感器的主要特性及应用 重点：理解电位器式传感器、应变片式传感器的工作原理，掌握它们的性能特点，了解其常用结构形式及应用。 难点：线性与非线性电位器的测量原理，应变片式传感器的测量原理、温度误差及其补偿。
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02203 传感器与检测技术（实践）复习资料 1.热电阻传感器主要分为几种类型？它们应用在什么不同场合？ 答：热电阻根据感温元件的材料不同分成两种类型，一种是铂电阻，一种铜电阻。铂易于提纯、复制性好，在氧化性介质中、甚至在高温下，其物理化学性质极其稳定。由于铂是贵重金属，因此在测量精度要求不高、测温范围较小的情况下，普遍采用铜电阻。铜电阻具有较大的电阻温度系数，材料容易提纯，铜电阻的阻值与温度之间接近线性关系，铜的价格比较便宜，所以铜电阻在工业上得到广泛应用。铜电阻的缺点是电阻率较小，机械强度差，稳定性也较差，容易氧化。 2.半导体热敏电阻的主要优缺点是什么？在电路中是怎样克服的？ 答：热敏电阻是一种电阻值随温度变化的半导体传感器。它的温度系数很大，比温差电偶和线绕电阻测温元件的灵敏度高几十倍，适用于测量微小的温度变化。热敏电阻体积小、热容量小、响应速度快，能在空隙和狭缝中测量。它的阻值高,测量结果受引线的影响小,可用于远距离测量。它的过载能力强，成本低廉。但热敏电阻的阻值与温度为非线性关系，所以它只能在较窄的范围内用于精确测量。热敏电阻在一些精度要求不高的测量和控制装置中得到广泛应用。为了克服热敏电阻的非线性，通常我们在电路里用温度系数很小的精密电阻与热敏电阻串联或并联构成电阻网络。 3.热电偶冷端温度对热电偶的热电势有什么影响？为消除冷端温度影响可采用哪些措施？ 答：热电偶测量温度时要求其冷端（测量端为热端，通过引线与测量电路连接的端称为冷端）的温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的（环境）温度变化，将严重影响测量的准确性。热电偶冷端补偿方法有很多种，主要包括冰点法(0℃恒温法、冰浴法)、电桥法、二极管补偿法（半导体P N结）、集成温度传感器补偿法、恒温迁移补偿法、热电势修正法（计算修正法）、软件补偿法（微机法）、最小二乘拟合法、铂电阻测量冷端温度法等方法。 4.集成温度传感器的测温原理，有何特点？ 答：集成温度传感器的测温原理是基于晶体管的PN结随温度变化而产生漂移现象研制的。众所周知，晶体管PN结的这种温漂，会给电路的调整带来极大的麻烦。但是，利用PN结的温漂特性来测量温度，可研制成半导体温度传感元件。如前所述，晶体管的基极一发射极电压在恒定集电极电流条件下，可以认为与温度呈线性关系。但是，严格地说，这种线性关系是不完全的，即关系式中存在非线性项。另一方面，这种关系也不直接与任何温标（绝对、摄氏、华氏或其它温标）相对应。实际上，随着温度升高，基极-发射极电压反而下降。此外，即使是同一型号同一批次的晶体管，其基极一发射极电压值也可能有±100m V的分散性。鉴于上
实验一压阻式压力传感器的压力测量实验第一部分：压阻式压力传感器 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、需用器件与单元：压力源(已在主控箱)、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、实验步骤： 1、这里选用的差压传感器两只气咀中，一只为高压咀，另一只为低压咀。本实验模板连接见图1-1，压力传感器有4端：3端接+2V电源，1端接地线，2端为U0+，4端为U0-。1、 2、 3、4端顺序排列见图1-1。端接线颜色通过观察传感器引脚号码判别。 2、实验模板上R w2用于调节零位，R w2可调放大倍数，按图1-1接线，模板的放大器输出V02引到主控箱数显表的V i插座。将显示选择开关拨到合适档位，反复调节R w2(R w1旋到满度的1/3)使数显表显示为零。 3、先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮，开通流量计。 图1-1 压力传感器压力实验接线图 4、合上主控箱上的气源开关K3，启动压缩泵，此时可看到流量计中的滚珠
浮起悬于玻璃管中。 5、逐步关小流量计旋钮，使标准压力表指示某一刻度。 6、仔细地逐步由小到大调节流量计旋钮，使在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列于表(1-1) 表(1-1)压力传感器输出电压与输入压力值 思考题 1、计算本系统的灵敏度和非线性误差。 2、如果本实验装置要成为一个压力计，则必须对电路进行标定，方法如下：输入4KPa气压，调节R w2(低限调节)使数显表显示0.400V，当输入12KPa气压，调节R w1(高限调节)，使数显表显示1.200V这个过程反复调节直到足够的精度即可。 3、利用本系统如何进行真空度测量？ 第二部分： 扩散硅压阻式压力传感器差压测量 一、实验目的：了解利用压阻式压力传感器进行差压测量的方法。 二、基本原理：压阻式压力传感器的硅膜片受到两个压力P1和P2作用时由于它们对膜片产生的应力正好相反，因此作用在压力膜片上是ΔP=P1-P2，从而可以进行差压测量。 三、需用器件与单元：实验八所用器件和单元、压力气囊。 四、实验步骤： 请同学们自拟一个差压测量的方法，并记录实验数据。
西安理工研究生考试 传 感 器 与 智 能 检 测 技 术 课 后 习 题
1、对于实际的测量数据，应该如何选取判别准则去除粗大误差？ 答：首先，粗大误差是指明显超出规定条件下的预期值的误差。去除粗大误差的准则主要有拉依达准则、格拉布准则、t检验准则三种方法。准则选取的判别主要看测量数据的多少。 对于拉依达准则，测量次数n尽可能多时，常选用此准则。当n过小时，会把正常值当成异常值，这是此准则的缺陷。 格拉布准则，观测次数在30—50时常选取此准则。 t检验准则，适用于观察次数较少的情况下。 2、系统误差有哪些类型？如何判别和修正？ 答：系统误差是在相同的条件下，对同一物理量进行多次测量，如果误差按照一定规律出现的误革。 系统误差可分为：定值系统误差和变值系统误差。 变值系统误差乂可以分为：线性系统误差、周期性系统误差、复杂规律变化的系统误差。判定与修正： 对于系统误差的判定方法主要有： 1、对于定值系统误差一?般用实验对比检验法。改变产生系统误差的条件，在不同条件下进行测量，对结果进行比较找出恒定系统误差。 2、对于变值系统误差：a、观察法：通过观察测量数据的各个残差大小和符号的变化规律来判断有无变值系统误差。这些判断准则实质上是检验误差的分布是否偏离正态分布。 b、残差统计法：常用的有马利科夫准则（和检验），阿贝-赫梅特准则（序差检验法）等。 c、组间数据检验正态检验法 修正方法： 1.消除系统误差产生的根源 2.引入更正值法 3.采用特殊测量方法消除系统误差。主要的测量方法有：1）标准量替代法2）交换法3）对称测量法4）半周期偶数测量法 4.实时反馈修正 5.在测量结果中进行修正 3、从理论上讲随机误差是永远存在的，当测量次数越多时，测量值的算术平均值越接近真值。因此，我们在设计自动检测系统时，计算机可以尽可能大量采集数据，例如每次采样数万个数据计算其平均值，这样做的结果合理否？ 答：这种做法不合理。随机误差的数字特征符合正态分布。当次数n增大时，测量精度相应提高。但测量次数达到一定数Id后，算术平均值的标准差下降很慢。对于提高精度基本可忽略影响了。因此要提高测量结果的精度，不能单靠无限的增加测量次数，而需要采用适当的测量方法、选择仪器的精度及确定适当的次数等几方面共同考虑来使测量结果尽可能的接近真值。 4、以热电阻温度传感器为例，分析传感器时间常数对动态误差的影响。并说明热电阻传感器的哪些参数对有影响？ 答：1、对于热电阻温度传感器来说，传感器常数对于温度动态影响如式子t2=t x-T （dtJdt）所示，7■决定了动态误差的波动幅度。了的大小决定了随着时间变化