大连理工传感器原理及应用-第章-资料课件
(一)
大连理工传感器原理及应用，是一门涉及传感器的基本知识、原理、类型和应用的课程。本章主要介绍传感器的基本原理和概念，以及传感器的分类和常见应用领域。以下为本章具体内容的详细介绍：
一、传感器的定义和基本原理
传感器是一种能够将形式多样的非电信号转换成电信号的装置。它能够感知现实世界中的各种信息，如：温度、压力、光强、声音等，将其转换为电信号，通过电路传输到数据处理设备进行分析处理。传感器工作的基本原理是利用物理量与电信号之间的相互转换关系，将被测物理量转换为电信号输出。
二、传感器的分类
1.按照测量物理量分类：温度传感器、压力传感器、光电传感器、声音传感器等。
2.按照转换原理分类：电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器等。
3.按照输出信号分类：模拟信号传感器、数字信号传感器。
三、传感器的应用领域
1.自动化领域：如机器人、自动控制、工业自动化等。
2.环境检测领域：如空气质量、水质检测、化学品检测等。
3.物流领域：如重量计量、温度控制、湿度控制等。
4.健康医疗领域：如心电图、血糖计、血氧计等。
总结：
本章介绍了传感器的基本原理和概念，以及传感器的分类和常见应用领域。掌握这些知识，可以为学生今后进一步深入了解传感器的工作原理和应用提供了良好的基础。同时，它也为传感器在各个领域中的应用提供了更多的可能性，促进了传感器技术的进步和发展。
第一章传感器的基本知识 复习思考题 1. 简述传感器的概念、作用及组成。 2. 传感器的分类有哪几种？各有什么优缺点？ 3. 传感器是如何命名的？其代号包括哪几部分？在各种文件中如何应用？ 4. 传感器的静态性能指标有哪些？其含义是什么？ 5. 传感器的动态特性主要从哪两方面来描述？采用什么样的激励信号？其含义是什么？ 1.1 传感器的作用与地位 ◆世界是由物质组成的，各种事物都是物质的不同形态。人们为了从外界获得信息，必须借助于感觉器官。 ◆人的“五官”——眼、耳、鼻、舌、皮肤分别具有视、听、嗅、味、触觉等直接感受周围事物变化的功能， 人的大脑对“五官”感受到的信息进行加工、处理，从而调节人的行为活动。 ◆人们在研究自然现象、规律以及生产活动中，有时需要对某一事物的存在与否作定性了解，有时需要进行 大量的实验测量以确定对象的量值的确切数据，所以单靠人的自身感觉器官的功能是远远不够的，需要借助于某种仪器设备来完成，这种仪器设备就是传感器。传感器是人类“五官”的延伸，是信息采集系统的首要部件。 电量和非电量 ◆表征物质特性及运动形式的参数很多，根据物质的电特性，可分为电量和非电量两类。 ◆电量——一般是指物理学中的电学量，例如电压、电流、电阻、电容及电感等； ◆非电量——则是指除电量之外的一些参数，例如压力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、转 速、温度、浓度及酸碱度等等。 ◆人类为了认识物质及事物的本质，需要对物质特性进行测量，其中大多数是对非电量的测量。 传感器的作用 ◆非电量不能直接使用一般的电工仪表和电子仪器进行测量，因为一般的电工仪表和电子仪器只能测量电量， 要求输入的信号为电信号。 ◆非电量需要转化成与其有一定关系的电量，再进行测量，实现这种转换技术的器件就是传感器。 ◆传感器是获取自然或生产中信息的关键器件，是现代信息系统和各种装备不可缺少的信息采集工具。采用 传感器技术的非电量电测方法，就是目前应用最广泛的测量技术。 传感器的地位 ◆随着科学技术的发展，传感器技术、通信技术和计算机技术构成了现代信息产业的三大支柱产业，分别充 当信息系统的“感官”、“神经”和“大脑”，他们构成了一个完整的自动检测系统。 ◆在利用信息的过程中，首先要解决的问题就是获取可靠、准确信息，所以传感器精度的高低直接影响计算 机控制系统的精度，可以说没有性能优良的传感器，就没有现代化技术的发展。 1.2 传感器的应用与发展 传感器几乎渗透到所有的技术领域。如工业生产、宇宙开发、海洋探索、环境保护、资源利用、医学诊断、生物工程、文物保护等等广泛领域，并逐渐深入到人们的生活中。 在机器人的技术发展中，传感器采用与否及采用数量的多少是衡量机器人是否具有智能的标志，现代智能机器人因为采用了大量的、性能更好的、功能更强的、集成度更高的传感器，才使得其具有自我诊断、自我补偿、自我学习等能力，机器人通过传感器实现类似于人的知觉作用。传感器被称为机器人的“电五官”。 在航空、航天技术领域，仅阿波罗10号飞船就使用了数千个传感器对3295个测量参数进行监测 在兵器领域中，使用了诸如机械式、压电、电容、电磁、光纤、红外、激光、生物、微波等等传感器，以实现对周围环境的监测与目标定位信息的收集，从而更好的解决了安全、可靠的防卫能力。 在民用工业生产中，传感器也起着至关重要的作用。如一座大型炼钢厂就需要2万多台传感器和检测仪表 大型的石油化工厂需要6千台传感器和检测仪表 一部现代化汽车需要90多只传感器 一台复印机需要20多只传感器 日常生活中的电冰箱、洗衣机、电饭煲、音像设备、电动自行车、空调器、照相机、电热水器、报警器等家用电器都安装了传感器
传感器原理及其应用(李艳红、李海华主编)-部分课后习题
第一章P10 1、2、5、6 1.传感器的定义 答：传感器是一种以一定精确度把被测量（主要是非电量）转换为与之有确定关系、便于应用的某种物理量（主要是电量）的测量装置。 2.传感器组成及作用 答：(1)传感器一般由敏感元件、转换元件、测量电路三部分组成； (2)敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量有确定关系的物理量； 转换元件：将敏感元件输出的非电量转换为电量； 测量电路：将转换元件输出的电量变换成便于显示、记录、控制和处理的信号 3.开环测量系统和闭环测量系统区别 答：开环测量系统(1)信息只沿着一个方向传递(2)系统相对误差等于各环节相对误差之和 (3)结构简单，但每个环节特性变化都会造成测量误差 闭环测量系统(1)有正向通道和反馈通道(2) 输入输出关系由反馈环节 特性决定，测量处理等环
节造成的误差较小 4.测量不确定度及其评定方法 答：(1)测量不确定度：表征合理赋予被测量值的分散性，与测量结果相联系的参数 即结果的可靠性和有效性的怀疑程度(2)不确定度按其评定方法可分为A类评定和B类评定 A类评定是用统计方法进行评定。即对某 被测量进行等精度的独立多次重复测量， 得到一系列的测得值。 B类评定用非统计分析法，它不是由一系 列的测得确定，而是利用影响测得值分布 变化的有关信息和资料进行分析，并对测 量值进行概率分布估计和分布假设的科 学评定 B类评定的信息来源有以下6项： ①以前的观测数据； ②对有关技术资料和测量仪器特性的 了解和经验； ③生产部门提供的技术说明文件； ④校准文件、检定证书或其他文件提供 的数据、准确度的等级或级别，包括
摘要 摘要 介绍一种光控灯控制器的组成、性能，适用范围及工作原理，并给出了电路原理图及元件参数选择。 光控灯控制器可以自动实现光线较暗时，二极管变亮，既方便又实用。此控制器经济实用，即使一般的微弱光线也能是二极管发光。 这是我首次课程设计，时间仓促，加之我水平有限，没有设计经验，在本文中有不当之处，希望老师与读者提出意见，帮助完善设计。 关键字：光线、控制器、开关、二极管，发光。
目录 目录 摘要 第一章课程设计内容及要求 (1) 1.1课程设计题目 (1) 1.2 设计目的 (1) 1.3 设计内容 (1) 1.4 结论 (2) 第二章设计计划与方案论证 (3) 2.1 设计思路来源 (3) 2.2 设计电路思路 (3) 2.3 方案论证（电路原理） (4) 第三章设计方案实现 (5) 3.1 元件清单 (5) 3.2 相关元器件的说明和介绍 (5) 3.2.1光敏电阻 (5) 3.2.2 发光二极管 (8) 3.2.3 三极管 (9) 测控系统综合设计总结 (10) 参考文献 (11) 附录 (10)
第一章课程设计内容及要求 1.1课程设计题目 《光敏自动控制照明灯》 1.2 设计目的 （1）培养学生测控系统的设计能力。 （2）系统训练典型传感器的应用能力。 （3）提高传感器及其应用电路的调试能力。 （4）重点掌握典型传感器的应用方法、测量范围、应用电路以及检测精度与误差等解决实际工程问题的方案和操作方法。 1.3 设计内容 （1）提出总体设计方案； （2）应用传感器实验设备与自制电路系统进行设计； （3）系统硬件电路调试； （4）撰写课程设计论文； （5）完成课程设计答辩。 （6）以下题目由学生任选其一完成。 设计题目A类 1）直流电压传感器检测电路； 2）交流电压传感器检测电路； 3）直流电流传感器检测电路； 4）交流电流传感器检测电路； 5）电阻传感器检测电路；
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。 1．什么是传感器？ 广义：传感器是一种能把特定的信息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：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。 2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 传感器一般由敏感元件、转换原件和基本电路组成。敏感元件感受被测量，转换原件将其响应的被测量转换成电参量，基本电路把电参量接入电路转换成电量。传感器的核心部分是转换原件，转换原件决定传感器的工作原理。 3．传感器的总体发展趋势是什么？传感器的应用情况。 传感器正从传统的分立式朝着集成化、数字化、多功能化，微型化、智能化、网络化和光机电一体化的方向发展，具有高精度、高性能、高灵敏度、高可靠性、高稳定性、长寿命、高信噪比、宽量程和无维护等特点。未来还会有更新的材料，如纳米材料，更有利于传感器的小型化。发展趋势主要体现在这几个方面：发展、利用新效应；开发新材料；提高传感器性能和检测范围；微型化与微功耗；集成化与多功能化；传感器的智能化；传感器的数字化和网络化。 4．了解传感器的分类方法。所学的传感器分别属于哪一类？ 按传感器检测的范畴分类：物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器 按传感器的输出信号分类：模拟传感器、数字传感器 按传感器的结构分类：结构型传感器、物性型传感器、复合型传感器 按传感器的功能分类：单功能传感器、多功能传感器、智能传感器
按传感器的转换原理分类：机—电传感器、光—电传感器、热—电电传感器、磁—电传感器 电化学传感器 按传感器的能源分类：有源传感器、无源传感器 国标制定的传感器分类体系表将传感器分为：物理量、化学量、生物类传感器 含12个小类：力学量、热学量、光学量、磁学量、电学量、声学量、射线、气体、离子、温度传感器以及生化量、生理量传感器。 1．传感器的性能参数反映了传感器的输入输出关系 2．传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？主要性能参数的意义是什么 1线性度：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，线性度RL是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数 拟合方法：理论线性度(理论拟合)、 c、端基线性度(端点连线拟合)d、独立线性度(端点平移) 最小二乘法线性度 2迟滞：传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不重合的现象称迟滞（迟环）。 3重复性：传感器输入量按同一方向作多次测量时输出特性不一致的程度。 4灵敏度: 在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。灵敏度 S 反映输入变量能引起的输出变化量
《传感器原理与应用》习题集与部份参考答案——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？试述二者的应用特点。 0-3 一个可供实用的传感器由哪几部份组成？各部份的功用是什么？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）三部份组成。组成框图如下：（1）敏感元件：是直接感受被测量，并输出与被测量成肯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，即可转换成电量输出。 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，综述你的观点。 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壮大动力，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，研究和采用适合的外部电路和最大限度地提高现有传感器的性能价钱比的同时，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、低本钱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漠的前景；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：传感器是信息搜集系统的首要部件，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，其广义概念为：能够感受规定的被测量并依照必然的规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由
《传感器原理及应用》期末复习资料 第一章概述 1、广义的定义：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定的规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。狭义的定义：能把外界非电信号转换成电信号输出的器件。以上定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。 2、传感器一般由敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成。 第二章传感器的基本特性 1、传感器的静态特性是什么？有哪些主要的静态性能指标？ 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。其主要指标有线性度、迟滞、重复性、灵敏度、分辨率、漂移和稳定性。其中传感器的线性度是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数。灵敏度的定义是输出量增量△y与引起输出量增量△y的相应输入量增量△x之比。 2、传感器动态特性是什么？主要动态特性指标有哪些？ 答：传感器的动态特性是指输入量随时间变化时传感器的响应特性。传感器动态特性主要有：频率响应特性。 3、传感器的动态误差包括哪两个部分？ 稳态误差与暂态误差。 第三章电阻式传感器 1、何为电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？ 答：导体在受到拉力或压力的外界力作用时，会产生机械变形，同时机械变形会引起导体阻值的变化，这种导体材料因变形而使其电阻值发生变化的现象称为电阻应变效应。 当外力作用时，导体的电阻率 、长度l、截面积S都会发生变化，从而引起电阻值R的变化，通过测量电阻值的变化，检测出外界作用力的大小。 2、什么是“横向效应”？为什么增加应变片两端电阻条的横截面积便能减小横向效应？ 横向效应：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，圆弧部分使灵敏度下降了，这种现象称为应变传感器的横向效应。敏感栅越窄，基长越长的应变片，横向效应越小，因为结构上两端电阻条的横截面积大的应变片横向效应较小。 3、应变片温度误差的主要来源有：一是应变片本身电阻温度系数α1的影响；二 的影响。常用的应变片温度误差补偿方法有温度自补是试件材料线膨胀系数β 1 偿法、电桥线路补偿法等。 4、比较电阻应变片组成的单桥、半桥、全桥电路（电压灵敏度、温度补偿）。写出各电路输出电压灵敏度。电压灵敏度：半桥电路比单桥电路的灵敏度提高一倍，全桥电路比单桥电路灵敏度提高4倍，而且两者均无线性误差。 5、半导体电阻应变片的工作原理。
传感器 随着现代科技的发展，传感器技术的应用越来越广泛。其中，在传感器家族中占有重要地位的成员——温度传感器的应用也深入了各个领域。 于是,在新学期的研学课中,我们小组决定研究温度传感器的构造,工作原理,各种用途并争取自己设计出一款新的传感器. 那么先来了解一下传感器的大家族吧.以下是我们小组前期活动中收集到的资料的汇编. 一、传感器定义 什么叫传感器？从广义上讲，传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置；简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。所以它由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多，就其感知外界信息的原理来讲，可分为①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。②化学类，基于化学反应的原理。③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将传感器分46类）。下面对常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍如下。 二、温度传感器及热敏元件 温度传感器主要由热敏元件组成。热敏元件品种教多，市场上销售的有双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热电偶及半导体热敏电阻等。 以半导体热敏电阻为探测元件的温度传感器应用广泛，这是因为在元件允许工作条件范围内，半导体热敏电阻器具有体积小、灵敏度高、精度高的特点，而且制造工艺简单、价格低廉。 1 半导体热敏电阻的工作原理 按温度特性热敏电阻可分为两类，
随温度上升电阻增加的为 正温度系数热敏电阻， 反之为负温度系数热敏电阻。 ⑴正温度系数热敏电阻的工作原理 此种热敏电阻以钛酸钡（BaTio3）为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结尔成。纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素如镧（La）和铌（Nb）等以后，变成了半导体材料，被称半导体化钛酸钡。它是一种多晶体材料，晶粒之间存在着晶粒界面，对于导电电子而言，晶粒间界面相当于一个位垒。当温度低时，由于半导体化钛酸钡内电场的作用，导电电子可以很容易越过位垒，所以电阻值较小；当温度升高到居里点温度（即临界温度，此元件的‘温度控制点’一般钛酸钡的居里点为120℃）时，内电场受到破坏，不能帮助导电电子越过位垒，所以表现为电阻值的急剧增加。因为这种元件具有未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢，具有恒温、调温和自动控温的功能，只发热，不发红，无明火，不易燃烧，电压交、直流3～440V均可，使用寿命长，非常适用于电动机等电器装置的过热探测。 ⑵负温度系数热敏电阻的工作原理 负温度系数热敏电阻是以氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺制造而成。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，完全类似于锗、硅晶体材料，体内的载流子（电子和空穴）数目少，电阻较高；温度升高，体内载流子数目增加，自然电阻值降低。负温度系数热敏电阻类型很多，使用区分低温（-60～300℃）、中温（300～600℃）、高温（>600℃）三种，有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点，广泛应用于需要
《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 47.5 1）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。
传感器原理及应用复习题库 第一章 概述 1、传感器一般由敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成。6 2、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，正方形表示转换元件，三角形表示敏感元件，“X ”表示被测量，“*”表示转换原理。7 第二章 传感器的基本特性 1、传感器动态特性的主要技术指标有哪些？它们的意义是什么？ 答：1）传感器动态特性主要有：时间常数τ；固有频率n ω；阻尼系数ξ。 2）含义：τ越小系统需要达到稳定的时间越少；固有频率n ω越高响应曲线上升越快；当n ω为常数时响应特性取决于阻尼比ξ，阻尼系数ξ越大，过冲现象减弱，1ξ≥时无过冲，不存在振荡，阻尼比直接影响过冲量和振荡次数。 2、有一温度传感器，微分方程为30/30.15dy dt y x +=，其中y 为输出电压（mV) , x 为输入温度（℃）。试求该传感器的时间常数和静态灵敏度。 解： 对微分方程两边进行拉氏变换，Y(s)(30s+3)=0.15X(s) 则该传感器系统的传递函数为： ()0.150.05()()303101 Y s H s X s s s ===++ 该传感器的时间常数τ=10，灵敏度k=0.05 3、测得某检测装置的一组输入输出数据如下： 试用最小二乘法原理拟合直线，求其线性度和灵敏度。（10-12） 1、解: b kx y += )(b kx y i i i +-=∆ 2 2)(i i i i i i x x n y x y x n k ∑-∑∑∑-∑= 222)() (i i i i i i i x x n y x x y x b ∑-∑∑∑-∑∑= 代入数据求得68.0=k 25.0=b ∴ 25.068.0+=x y 238.01=∆ 35.02-=∆ 16.03-=∆ 11.04-=∆ 126.05-=∆ 194.06-=∆ x 0.9 2.5 3.3 4.5 5.7 6.7 y 1.1 1.6 2.6 3.2 4.0 5.0
《第一章传感器的一样特性》 1．从某直流测速发电机实验中，取得如下结果： 试绘制转速和输出电压的关系曲线，并确信： 1）该测速发电机的灵敏度。 2）该测速发电机的线性度。 2．已知一热电偶的时刻常数τ=10s，假设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，和输入与输出信号之间的相位差和滞后时刻。 3．用一只时刻常数为的一阶传感器去测量周期别离为1s、2s和3s的正弦信号，问幅值误差为多少？ 4．假设用一阶传感器作100Hz正弦信号的测试，如幅值误差要求限制在5%之内，那么时刻常数应取多少？假设在该时刻常数下，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=，假设要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确信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成5000με时电阻转变为1%，试确信该应变计的灵敏系数。又假设在利用该应变计的进程中，采纳的灵敏系数为，试确信由此而产生的测量误差的正负和大小。 2．如以下图所示的系统中：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+，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。 在时刻t＝0时，在梁的自由端加上一贯上的力，然后维持不变，在振荡消失以后，在一稍后的时刻t1打开辐射源，然后就一直开着，试简要绘出U0和t的关系曲线的一样形状，并通过认真推理说明你给出这种曲线形状的理由。 3．一材料为钢的实心圆柱形试件，直径 d＝10 mm，材料的弹性模量 E＝2 ×1011N／m2，泊松比μ＝，试件上贴有一片金属电阻应变片，其主轴线与试件加工方向垂直，如图1所示，假设已知应变片的轴向灵敏度k x ＝2，横向灵敏度C=4%，当试件受到紧缩力 F＝3×104N作历时。应变片的电阻相对转变ΔR／R为多少。 4．在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各粘贴一片电阻120 Ω的金属电阻应变片，如图2所示，把这两片应变片接入差动电桥，已知钢的泊松比μ＝，应变片的灵敏系数k0＝2，电桥电源电压U sr＝6V（d．C．），当试件受轴向拉伸时，测得应变片R1的电阻转变值ΔR1= Ω，试求电桥的输出电压。 图1 图2 5．一台采纳等强度梁的电子秤，在梁的上下两面各贴有二片电阻应变片，做成秤重传感器，如以下图所示。已知l＝100 mm，b＝11 mm，t＝3 mm，E＝×104N／mm2，k0＝2，接入直流四臂差动电桥，供桥电压 6 V，当秤重 0.5 kg时，电桥的输出电压U sc为多大。
第1章传感器概述 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。 第1章传感器答案： 3．答： 传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。 4．答： ①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。 ②传感器：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。 ③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。 ④变送器：能输出标准信号的传感器
第2章传感器特性 1．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？ 2．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。 3．一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，相角各为多少？ ε=0.7时，，又为多少？ 4．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。 5. 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。 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/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。 7．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。 8．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。 9．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。 10．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。 11．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。 12。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？
《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？ 解决方案：传感器的特性是指传感器的输入和输出之间的对应关系，因此它在检测系 统中起着非常重要的作用。一般来说，传感器的特性分为两类：静态特性和动态特性。静 态特性是指输入不随时间变化的特性。当测量值处于稳定状态时，它表示传感器输入和输 出之间的关系。动态特性是指输入随时间变化的特性，代表传感器对随时间变化的输入的 响应特性。1.3传感器的部件是什么？解释每个部分的作用。 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传感器的性能参数与传感器之间的关系是什么？静态参数是什么？各种参数意味 着什么 义？动态参数有那些？应如何选择？ 解决方案：在生产过程和科学实验中，为了检测和控制各种参数，传感器需要感知被 测非电量的变化，并将其无失真地转换为相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输 出-输入特性。测量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、滞后和重复性。意思被省略 了（见这本书）。动态参数包括最大超调量、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。 u300？10? 3.60溶液：其灵敏度K？？3.x5？101.6测量系统由传感器、放大器和 记录仪组成。每个环节的灵敏度为S1=0.2mv/℃ 1 S2=2.0v/mv，S3=5.0mm/v，计算系统的总灵敏度。 1.7某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到5.0mm时，位移测量仪的输出电压 由3.5v减至2.5v，求该仪器的灵敏度。解：该仪器的灵敏度为
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 2 140 142= - = ∆kPa 实际相对误差 % 43 .1 % 100 140 140 142 = ⨯ - = δ 标称相对误差 % 41 .1 % 100 142 140 142 = ⨯ - = δ 引用误差 % 1 % 100 50 150 140 142 = ⨯ - - - = ） （ γ 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，即误差的大小和符号是不能预知的，但当测量次数增大，随机误差又具有统计的规律性，测量次数越多，这种规律性表现得越明显。所以一般可以通过增加测量次数估计随机误差可能出现的大小，从而减少随机误差对测量结果的影响。 5．什么是系统误差？系统误差可分哪几类？系统误差有哪些检验方法？如何减小和消除系统误差？ 答：在同一测量条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化的误差称为系统误差。 系统误差可分为恒值（定值）系统误差和变值系统误差。误差的绝对值和符号已确定的系统误差称为恒值（定值）系统误差；绝对值和符号变化的系统误差称为变值系统误差，变值系统误差又可分为线性系统误差、周期性系统误差和复杂规律系统误差等。 在测量过程中形成系统误差的因素是复杂的，通常人们难于查明所有的系统误差，发现系统误差必须
传感器原理及应用课后习题答案 吴建平 第1章概述 1.1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？ 1.2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。 1.3 简述传感器主要发展趋势，并说明现代检测系统的特征。 1.4 传感器如何分类？按传感器检测的范畴可分为哪几种？ 1.5 传感器的图形符号如何表示？它们各部分代表什么含义？应注意哪些问题？ 1.6 用图形符号表示一电阻式温度传感器。 1.7 请例举出两个你用到或看到的传感器，并说明其作用。如果没有 传感器，应该出现哪种状况。 1.8 空调和电冰箱中采用了哪些传感器？它们分别起到什么作用？答案： 1.1答： 从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。我们对传感器定义是：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。从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 我国国家标准（GB7665—87）对传感器（Sensor/transducer）的定义是：“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”。定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。 1.2答：
组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成； 关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。 1.3答：（略）答： 按照我国制定的传感器分类体系表，传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类，含12个小类。按传感器的检测对象可分为：力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。 1.5 答： 图形符号（略），各部分含义如下： ①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。 ②传感器：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。 ③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。 ④变送器：能输出标准信号的传感器 答：（略）答：（略）答：（略）