二、选择题：选择正确的答案，将其对应的字母填入横线处（每空2 分，共22分）
1.将电容量转换成电量的电路称作电容式传感器的转换电路，它们的种类很多，目前较常采用的有__D__、调频电路、脉冲调宽电
路和运算放大器式电路等。
a) A.滤波电路B．差动电路C．屏蔽电路D．电桥电路
2.当声波传播至两介质的分界面时，一部分能量返回原介质，称为反射波；另一部分能量透过介质面，到另一介质内继续传播，称
为 C 。
a)驻波B．兰姆波C．折射波D．波型转换
3.为了消除应变片的温度误差，可采用的温度补偿措施包括：_A__C_和F
a)A．双丝自补偿法B．温度补偿法C．单丝自补偿法D．电流补偿法E．电压补偿法F．桥路补偿法
4.超声波的频率高(可达109 Hz)，因而_____B____，绕射现象小，方向性好，能够成为射线而定向传播。
a) A.速度快B．波长短C．波长长D．速度慢
5.在相同的电压和相同幅值的光强度下，当入射光以不同的正弦交变频率调制时，光敏元件输出的光电流I和灵敏度S随调制频率
f变化的关系：I=f1(f)、、s=f2(f)称为__A__。
a) A.频率特性B．光照特性C．光谱特性D．伏安特性
6.粘贴应变片做好准备工作后要进行的工作是：_A___。
a)A．涂胶—一贴片—一复查—一接线—一防护B．涂胶—一接线—一复查—-贴片—-防护
b)C．涂胶—一防护—一贴片—一复查—一接线D．涂胶—一接线—一贴片—-复查—-防护
7.当光敏元件加一定电压时，光电流I与光敏元件上光照度E之间的关系，称为—B—。
a)A．.温度特性B．光照特性C．光谱特性D．伏安特性
8.压电材料开始压电特性时的温度叫__D__。
a)A．压电系数B．弹性系数C．机电耦合系数D．居里点
9.金属应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数__A__。
a)A．小B．大C．相等
10.码盘式传感器是建立在编码器的基础上的，它能够将角度转换为数字编码，是一种数字式的传感器。码盘按结构可以分为接触式、
A 和__C__三种。
a) A.光电式B．磁电式C．电磁式D．感应同步器
11.在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象叫__A__。
a) A.外光电效应B．压电效应C．磁电效应D．声光效应
12.当光栅付中任一光栅沿垂直于刻线方向移动时，莫尔条纹就会沿近似__B__ 的方向运动。当光栅改变运动方向时，莫尔条纹也
随之改变运动方向，两者具有相对应的关系。
a) A.平行于光栅移动B．垂直于光栅移动C．与光栅移动方向成45。角D．与光栅移动方向成135。角
13.应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、C 和 D 等。
a) A.测量范围的选择B．电源的选择C．阻值的选择D．尺寸的选择E．精度的选择F．结构的选择
14.应变片绝缘电阻是指已粘贴的应变片的__B__之间的电阻值。
a) A.覆盖片与被测试件B．引线与被测试件
b)C．基片与被测试件D．敏感栅与被测试件
15.设在S有一静止声源，发出一频率为fs的超声波，在介质中的传播速度为C，波长为A。那么当接收点O与发射点S和介质都处
于静止状态时，接收点收到的频率将_A_ ；如果接收点以速度V0与声波传播方向同向运动，接收点所收到的频率__B__；如果接收点以速度V0与声波传播方向逆向运动，接收点所收到的频率_C__。
a)A．=fs B．
16.为了满足测试的需要，应对传感器的灵敏度、线性度、信噪比、滞后、漂移、___A_、___E__和负载效应等技术性能提出基本要
求。
a) A.重复性B．体积C．温度性能D．抗震性E．动态性能F．质量
17.磁头的作用是读取磁栅上记录信号，按读取信号方式的不同，磁头可分为___C_____磁头和____D____磁头。
a) A.鉴幅B．鉴相C．静态D．动态
18.利用____E____制成的光电器件有光敏二极管、光敏三极管和光电池等。利用____F____可制成半导体光敏电阻。利用____B____
制成的光电器件有真空光电管、充气光电管和光电倍增管。
a) A.压电效应B．外光电效应C．磁电效应D．声光效应E．光生伏特效应F．光电导效应
19.为了消除应变片的温度误差，可采用的温度补偿措施包括：____A_____、_____C______和______F______。
a)A．双丝自补偿法B．温度补偿法C．单丝自补偿法D．电流补偿法E．电压补偿法F．桥路补偿法
20.在检测技术中，很多场合采用的是压电型换能器，发射超声波利用压电材料的__C__，而接收信号则用______D_____。
a) A.多普勒效应B．多普勒频移C．逆压电效应D．正压电效应
21.应变片绝缘电阻Rm是指已粘贴的应变片的引线与被测试件之间的电阻值，通常要求Rm的范围是_____B______。
a)A．10～100MΩ以上B．50～1OOMΩ以上C．50～lO0KΩ以上D．100～500MΩ以上
22.固态压阻式传感器灵敏度高，尺寸小，横向效应也小，滞后和蠕变都小,因此适用于__A__测量。
a)A．动态B．静态C．精确D．随机
23.超声波是__A__的一种，即是机械振动在弹性介质中的一种传播过程。
a)A．机械波B．电磁波C．纵波D．表面波
24.为使探头有效地向工件发射和接收超声波，必须使探头和工件探测面之间有良好的声耦合，耦合方式可分为直接接触法和__D__
法。
a) A.液介B．气介C．固介D．液浸
25.改变电感传感器的引线电缆后，__C__。
a)A．不必对整个仪器重新标定B．必须对整个仪器重新凋零C．必须对整个仪器重新标定D．不必对整个仪器重新调零
26.当光敏元件加一定电压时，如果照射在光敏元件上的是一单色光，当入射光功率不变时，光电流随入射光波长变化而变化的关系
I=f(λ)，称为__C__。在检测中，应选择最大灵敏度在需要测量的光谱范围内的光敏元件，才有可能获得最高灵敏度。
a)A．温度特性B．光照特性C．光谱特性D．伏安特性
27.涡流传感器可以实现非接触式测量，涡流传感器在金属导体上产生的涡流的渗透深度与传感器线圈的励磁电流的__C__有关。涡
流传感器主要分为__D__和__E__两类。
a) A.电压B．大小C．频率D．高频反射E．低频透射F．高频透射G．低频反射
28.电参量式传感器包括__A__、__D__、__E__三种基本形式。
a) A. 电阻式B．磁电式C．压磁式D．电容式E．电感式F．光电式
29.在一定时间间隔内，传感器的输出存在着与被测输入量无关的、不需要的变化叫漂移。漂移常包括__A__漂移和__F__漂移。
a)A．零点B．干扰C．温度D．噪声E．时间F．灵敏度
30.环境温度变化后，光敏元件的光学性质也将随之改变，这种现象称为__D__。温度变化会引起光敏元件的光电流及光谱特性等变
化。
a)A．光谱特性B．光照特性C．频率特性D．温度特性
31.超声波在固体中可穿透几十米的长度，在液体、固体时衰减__A__，碰到杂质或分界面就会有显著__C__。
a)A．小B．大C．反射D．折射 E.透射
32.传感器的动态标定主要是研究传感器的动态响应，而与动态响应有关的参数，对一阶传感器有__E__;对二阶传感器有_D__和固有
频率。
a)A．上升时间 B.稳定时间C．超调量D．阻尼比E．时间常数
33.固态压阻式传感器灵敏度高，尺寸小，横向效应也小，滞后和蠕变都小，因此适用于____B____测量。
a) A.静态B．动态C．精确D，随机
34.螺管型电感传感器按照其工作原理应属于___C_____传感器。
a)A．差动变压器式B．互感式C．自感式D．涡流式
35.当超声波在一种介质中传播到界面或遇到另一种介质，其方向不垂直于界面时，将产生声波的反射、折射及__D__现象。
a)A．表面波B．兰姆波C．驻波D．波型转换
36.在光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率的变化，这种现象称为__D__。
a)A．磁电效应B．声光效应C．光生伏特效应D．光电导效应
37.金属应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数( B )。
a)A．大B．小C．相等
38.在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象称为( D )。
a)A．压电效应B．声光效应C．磁电效应D．外光电效应
39.在光的作用下，能够使物体内部产生一定方向的电动势的现象叫( D )。
a)A．声光效应B．热释电效应C．光电导效应D．光生伏特效应
40.利用光生伏特效应制成的光电器件有光敏二极管、光敏三极管和光电池等。利用( E )可制成半导体光敏电阻。利用( B )制成
的光电器件有真空光电管、充气光电管和光电倍增管。
a)A．压电效应B．外光电效应C．磁电效应D．声光效应E．光电导效应
41.压电材料开始丧失压电特性时的温度叫( D )。
a)A．压电系数B．弹性系数 C. 机电耦合系数D. 居里点
42.如图所示的结构由线圈、铁芯、衔铁三部分组成的。
43.线圈套在铁芯上的，在铁芯与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为。传感器的运动部分与衔铁相连。当
外部作用力作用在传感器的运动部分时，衔铁将会运动而产生位移，使空气隙发生变化。这种结构可作为
传感器用于( C )。
a)A．静态测量B．动态测量C. 静态测量和动态测量D．既不能用于静态测量，也不能用于动态
测量
44.( A )是测试系统的第一环节，将被测系统或过程中需要观测的信息转化为人们所熟悉的各种信号。
a)A．传感器B．转换元件C．敏感元件D．被测量
45.传感器的动态标定主要是研究传感器的动态响应，而与动态响应有关的参数，对一阶传感器有( E )；对二阶传感器有固有频率和( D )。
a)A．上升时间B．稳定时间C．超调量D．阻尼比E．时间常数、
46.固态压阻式传感器灵敏度高(比金属丝高50。80倍)，尺寸小，横向效应也小，滞后和蠕变都小，因此适用于(B )测量。
a)A．静态B．动态C．精确D．随机
47.影响压电式传感器工作性能的因素很多，产生误差的原因主要有：( B )、( D)、环境湿度的影响、基座应变的影响、噪声的
影响等。
a)A．声压的影响B．环境温度的影响’C．静电耦合的影响D．横向灵敏度：
48.传感器的动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。动态特性好的传感器( A )。
A．其输出量随时间变化的曲线与被测量随日寸间变化的曲线一致或者相近
B．其测量的绝对误差与仪表的满量程之比小
C．其输出量中与被测输入量无关的不需要的变化小
b) D. 其动态数学模型可以用线性常系数微分方程来表示
49.电参量式传感器包括电阻式、( D )和( E )三种基本形式。
a)A．电阻式 B. 磁电式 C 压磁式D．电容式E. 电感式
50.零位误差是评定差动变压器性能的重要指标之一，产生零位误差的原因主要有两个:一是由于次级绕组两线圈电气参数和几何尺寸
不对称，致使产生的感应电势幅值不等，相位不同。这种情况下，不管怎样调整衔铁位置也不能使零位输出电压调到零；二是由于 D
a) A. 电源幅值及频率的不稳定B. 温度变化引起线圈的铜电阻值的变化，从而引起激磁电流和输出电流的变化
b) C. 骨架材料高频损耗小，温度膨胀系数小D. 磁性材料磁化曲线的非线性
51.利用( D)可制成半导体光敏电阻。利用(A )制成的光电器件有真空光电管、充气光电管和光电倍增管等。
A.外光电效应
B.压电效应C 磁电效应D 光电导效应E. 声光效应差动变压器属于
B．电容式传感器B. 压电式传感器C. 电感式传感器
52.利用(A )制成的光电器件有真空光电管、充气光电管和光电倍增管等。
A．A.外光电效应B.压电效应C. 声光效应
53.压电传感器的测量电路中前置放大器的作用有(C )。
A.消除电缆电容对灵敏度的影响
B. 减小测量误差
C. 把传感器的高输入阻抗变换成低输入阻抗
54.以下(B )是影响CMOS 传感器性能的首要问题。
A.暗电流
B. 噪声c.像素的饱和
55.超声波换能器是超声波传感器中的一个核心部件，并以(B )的应用最为广泛。
A．A.电动式换能器B. 压电式换能器C. 电磁式换能器
56.( B)被广泛应用在各种检测仪表中，特别是需要辐射和穿透力强的情况，如金属探伤、测厚以及测量物体的密度等。
A．α射线B.y射线c. x 射线
57.首先对红外辐射进行(A ) ，使恒定辐射变成交变辐射，不断地引起铁电体的温度变化，才能导致热释电红外传感器产生，并输出
交变信号。
A．A.调制B.滤波c.补偿
58.以下（C）不属于虚拟仪器技术所具有的特点。
A．A.集成性强B. 扩展性强c.开发时间长
59.超声波的频率高，因而(A ) ，绕射现象小，方向性好，能够形成射线而定向传播。
A.波长短
B. 波长长c.速度慢
60.传感器的动态标定主要是研究传感器的动态响应，而与动态响应有关的参数，对一阶传感器有___E_____；对二阶传感器有
___D_____和____F____。
a) A.上升时间B．稳定时间C．超调量D．阻尼比E．时间常数F．固有频率
61.自感式电感传感器中，___F_____灵敏度高，对电路的放大倍数要求低，但非线性严重，制造装配困难；____D____灵敏度较低，
但有良好的线性，量程较大，制造装配比较方便，应用较广；____E____的灵敏度更低，但量程大，线性性较好，制造装配方便，批量生产的互换性强，应用越来越多。
a)A．磁电型B．差动变压器型C．涡流型D．变面积型E．螺管型F．变气隙型G．变磁通型H．恒定磁
通型
62.影响压电式传感器工作性能的因素很多，产生误差的原因主要有：__B__、__D__、环境湿度的影响、基座应变的影响和噪声的影
响等。
A．A.声压的影响B．环境温度的影响C．静电耦合的影响D．横向灵敏度
63.为了满足测试的需要，应对传感器的灵敏度、线性度、信噪比、滞后、漂移、___A__、_E___、负载效应等技术性能提出基本要
求。
a) A.重复性B．体积C．温度性能D．抗震性E．动态性能F．质量
1．属于传感器动态特性指标的是（D ） A 重复性 B 线性度 C 灵敏度 D 固有频率 2 误差分类，下列不属于的是（B ） A 系统误差 B 绝对误差 C 随机误差 D粗大误差 3、非线性度是表示校准（B ）的程度。 A、接近真值 B、偏离拟合直线 C、正反行程不重合 D、重复性 4、传感器的组成成分中，直接感受被侧物理量的是（B ） A、转换元件 B、敏感元件 C、转换电路 D、放大电路 5、传感器的灵敏度高，表示该传感器（C） A 工作频率宽 B 线性围宽 C 单位输入量引起的输出量大 D 允许输入量大 6 下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（B） A 应变式传感器 B 化学型传感器 C 压电式传感器 D热电式传感器 7 传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D） A 测量 B感知 C 信号调节 D 转换 8 回程误差表明的是在（C）期间输出输入特性曲线不重合的程度 A 多次测量 B 同次测量 C 正反行程 D 不同测量 9、仪表的精度等级是用仪表的（C）来表示的。 A 相对误差 B 绝对误差 C 引用误差 D粗大误差 二、判断 1.在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在改变条件时，按一定规律变化的误差称为系统误差。（√） 2 系统误差可消除，那么随机误差也可消除。（×） 3 对于具体的测量，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，所以精确度高的准确度不一定高（×） 4 平均值就是真值。（×） 5 在n次等精度测量中，算术平均值的标准差为单次测量的1/n。（×） 6.线性度就是非线性误差.（×） 7.传感器由被测量，敏感元件，转换元件，信号调理转换电路，输出电源组成.（√） 8.传感器的被测量一定就是非电量（×） 9.测量不确定度是随机误差与系统误差的综合。（√） 10传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作，是为了确定传感器静态特性指标和动态特性参数（√） 二、简答题：（50分） 1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？ 答：传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入—输出特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性。 2、绘图并说明在使用传感器进行测量时，相对真值、测量值、测量误差、传感器输入、输出特性的概念以及它们之间的关系。 答：框图如下： 测量值是通过直接或间接通过仪表测量出来的数值。 测量误差是指测量结果的测量值与被测量的真实值之间的差值。
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。P18— P20 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—和_。P7 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_和________ 。P7 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_、_和________ 。P7 5. 某0.1级电流表满度值X m = 100mA，测量60mA的绝对误差为—。 &服从正态分布的随机误差具有如下性质 ______ 、—、____ 。P13 7. ____________________________ 硅光电池的光电特性中，当___________ 时，光电流在很大范围内与照度呈__________ 。 P230 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 的基本原理制成的，其次级绕组都用______ 形式连接，所以又叫差动变压器式传感 器。P67 9、霍尔传感器的霍尔电势U H为_若改变—或 _就能得到变化的霍尔电势。 P183 10、电容式传感器中，变极距式一般用来测量—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________ 的被测量，特别是不能测量_________ 。 12、差动电感式传感器与单线圈电感式传感器相比,线性 _____ 灵感度提高倍、测量精度高。 13、热电偶冷端温度有如下补偿方法：、、、仪表机械零点调整法。 P210 14. 空气介质变间隙式电容传感器中，提高其灵敏度和减少非线性误差是矛盾 的，为此实际中大都采用_______式电容传感器。
1、求周期信号x(t)=0.5cos10t+0.2cos(100t-45)通过传递函数为H(s)=1/(0.005s+1)的装置后得 到的稳态响应。 2、进行某动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为90.9nC/MPa，将它与增益 为0.005V/nC的电荷放大器相连，而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/V。试计算这个测量系统的总灵敏度。当压力变化为3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？ 解：若不考虑负载效应，则各装置串联后总的灵敏度等于各装置灵敏度相乘，即 3、用一个时间常数为0.35s的一阶装置去测量周期分别为1s、2s、和5s的正弦信号，问幅 值误差是多少？
4、想用一个一阶系统做100Hz正弦信号的测量，如要求限制振幅误差在5%以，那么时间 常数应取为多少？若用该系统测量50Hz正弦信号，问此时的振幅误差和相位差是多少？
5、设某力传感器可作为二阶振荡系统处理。已知传感器的固有频率为800Hz，阻尼比 ξ=0.14，问使用该传感器做频率为400Hz的正弦测试时,其幅值比A(ω)和相角差φ(ω)各为多少? 6、一台精度等级为0.5级、量程围600～1200 C的温度传感器,它最大允许绝对误差是多少? 检验时某点的温度绝对误差是4 C,问此表是否合格? 7、若一阶传感器的时间常数为0.01s,传感器响应幅值误差在10%围,此时最高值为0.5,试求 此时输入信号和工作频率围?
8、某力传感器为一典型的二阶振荡系统,已知该传感器的自振频率=1000Hz,阻尼比ξ=0.7,试 求用它测量频率为600Hz的正弦交变力时,其输出与输入幅值比A(ω)和相位差φ(ω)各为多少? 9、一个理想测试系统，其幅频特性和相频特性应具有什么特点，并用频响特性曲线表示。解：理想测试系统中其幅频特性应为常数，相频特性应为直线(线性)。
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第一章 by YYZ 都是老师上课给的应该全都有了。 1.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、便与应用的某种物理量（主要是电量）的测量装置。 2.传感器的组成：信号从敏感元件到转换元件转换电路。 3.敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理 量的元件。 4.转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成为电路参数。 5.转换电路：将电路参数接入转换电路，便可转换为电量输出。 6.误差的分类：系统误差（测量设备的缺陷），随机误差（满足正态分 布），粗大误差。 7.系统误差：在同一条件下，多次测量同一量值时绝对值和符号保持不变， 按一定规律变化的误差称为系统误差。材料、零部件及工艺的缺陷，标准测量值，仪器刻度的标准，温度，压力会引起系统误差。 8.随机误差：绝对值和符号以不可预定的变化方式的误差。仪表中的转动部 件的间隙和摩擦，连接件的弹性形变可引起随机误差，随机误具有随机变量的一切特点。 9.粗大误差：超出规定条件下的预期的误差。粗大误差明显歪曲测量结果， 应该舍去不用。 10.精度：反映测量结果与真值接近度的值。 11.精度可分为准确度、精密度、精确度。 12.准确度：反映测量结果中系统误差的影响程度。 13.精密度：反映测量结果中随机误差的影响程度。 14.精确度：反映测量结果中系统误差和随机误差综合的影响程度，其定量特 征可以用测量的不确定度（或极限误差）表示。 15.精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，但精确度高， 则精密度和准确度都高。
第一章课后习题答案 1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。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物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？ 解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。 （2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统 ①MEMS技术要求研制微型传感器。如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。 ②研制仿生传感器 ③研制海洋探测用传感器 ④研制成分分析用传感器 ⑤研制微弱信号检测传感器 （3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。系统功能最大程度地用软件实现。 （4）传感器发展集成化：固体功能材料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阔的前景。 （5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。 3．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。 1）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； 2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx 的比值； 3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；
传感器与检测技术(知识点总结) 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
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 传感器与测试技术课程设计 《荷重传感器及电子秤》 课程设计 分校（站、点）： 年级、专业：机械制造及其自动化 一，设计简述 随着现代化生产的发展，电子秤在许多商业活动中已成为不可缺少的计量工具。电子秤作为一个典型的自动检测系统，也可归纳为由三大环节所组成。
如图1所示一次仪表通常指的是传感器，它是由敏感元件，电路，机构等组成，是利用某些特殊材料对某些物理量具有一定的敏感，然后转换成电量（电压，电流）。通常来自一次仪表的电信号比较弱小，不足以驱动显示器。为此采用二次仪表对信号进行放大；来自一次仪表的电信号往往还夹带外部的干扰信号，必须把它去除，一般二次仪表还包括滤波电路用以消除干扰。传感器的转换关系往往并不服从线性关系，所以有时还需要进行适当的线性补偿处理。故称二次仪表为测量与显示部件。 二次仪表的输出信号可能是模拟量，也可能是数字量。三次仪表是采用了计算机技术，所以要求二次仪表的输出信号必须是数字信号。三次仪表将进一步对信号进行处理并形成控制量输出。作为规模较小的仪表系统，三次仪表主要是以中央处理器为核心的数字电路，组成智能化仪表。使整个测量系统的性能与功能大大提高。 图2所示的以单片机为核心部件组成三次仪表，它大大丰富了电子秤功能。 各种各样形式的电子秤的仪表结构都是大同小异的，都必须利用荷重传感器来采集重量信号并变换成相应大小的电信号。电子秤的二次仪表把来自荷重传感器的微弱电压信号进行放大，滤波。这不仅为了提高灵敏度，更重要的是与下一环节的电路进行正确匹配。目前大多数电子秤是数字显示方式，所以模拟信号还必须作模数转换。有了AD转换器的数码信号，就可以进行自动标度变换、自动超载报警、自动数字显示。还可以增加人机对话键盘、与外部设备的数据交换与通信、输出模拟或数字控制信号等功能。由此大大提高了性能。 二，设计过程 1、荷重传感器电子称传感器的选用 荷重传感器的形式有电阻式、电容式、压磁式等多种形式。电阻式传感器又分为金属丝（箔）式、半导体式，它们各有优缺点及使用范围。 大多数电子秤的使用场合是极为普通的室内外的大气层环境，所谓的温度条件是-10C?～55C?。选用金属箔式应变片传感器作为电子秤的荷重传感器是最广泛的应用。因为
思考与练习 2-5对某轴直径进行了15次测量，测量数据如下：26.2，26.2，26.21，26.23，26.19，26.22，26.21，26.19，26.09，26.22，26.21，26.23，26.21，26.18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: (1)求算数平均值及标准差估计值 15次算数平均值: 标准差的估计值: (2)判断有无粗大误差：采用格拉布斯准则 取置信概率 查表2-4，可得系数G=2.41，则有： 故剔除U9 (3)剔除粗大误差后的算术平均值及标准差估计值如下： 算数平均值为： 标准差的估计值为： 重新判断粗大误差： 取置信概率 查表2-4，可得系数G=2.41，则有： 故无粗大误差。 (4) 测量结果表示： 算术平均值的标准差： 199 .2615 1 15 1 == ∑=i i U U () () () mV x x v i i s 0335.014 015695 .01151152 21== --= -= ∑∑σ9 0807.00335.041.2νσ<=?=?s G 207 .2614 114 1 == ∑=i i U U () ()() mV x x v i i s 02507.013 00817.01141142 2 2== --= -= ∑∑ σ95 .0=αP 95 .0=αP 20594.002507.037.2i s G νσ>=?=?mV s X 0067.014 02507 .0n 2 ≈=＝ σσ
所以测量结果为： 2-6 对光速进行测量，的到如下四组测量结果： 求光速的加权平均值及其标准差。 解：权重计算：用各组测量列的标准差平方的倒数的比值表示。 加权算术平均值为： 加权算术平均值的标准差为： 3-3用一个时间常数为0.355秒的一阶传感器去测量周期分别为1秒、2秒和3秒的正弦信号，问幅值误差为多少？ 3-4 有一个温度传感器，其微分方程为30dy/dt+3y=0.15x ,其中y---输出电压 8 110 01915.0?=v 8 210 01415.0?=v 8 310 00075.0?-=v 8 410 00015.0?-=v ()s m P v P i i i i i x p /1000124.0148 4 1 4 1 2?=-= ∑ ∑==σ3(26.2070.02)x x x mV σ=±=±() %73.99=a P % 7.19%803 .0)(3%2.33%668.0)(2% 1.59%1001 ) (1%409.0)(1) (11)(71.0233322211112 =≈==≈==?-= ≈=+= = = A A s T A A s T A A A s T A T T ωωωωτωωπτωπω时， 当时，当时，当幅值由s m c s m c s m c s m c /10)00100.099930.2(/10)00200.099990.2(/10)01000.098500.2(/10)01000.098000.2(8483828 1?±=?±=?±=?±=100 :25:1:11 : 1 : 1 : 1 :::24 23 22 21 4321== σ σ σ σ P P P P s m P P x x i i i i i p /1099915.2/8 4 1 4 1 ?== ∑∑ ==
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
第一次作业答案 1√2√3×4×5×6×7×8√9√10√ 1、敏感元件、转换元件 2、电容式 3、被测构件 4、线性度 5、高 6、输出、输入 7、传感器的分辨率、分辨率 8、高精度 9、电压、电流 10、直流电桥和交流电桥 三、 1.模拟信号和数字信号，模拟信号的如电阻式传感器、电容式传感器等，数字信号的如光电式编码器 2.p41页，常用的分类方法有按选频作用进行分类（低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器）、根据构成滤波器的元器件类型进行分类（CR、LC或晶体谐振滤波器）、根据构成滤波器的电路性质进行分类（有源滤波器、无源滤波器）、根据滤波器所处理信号的性质进行分类（模拟滤波器和数字滤波器） 3.电阻应变片的工作原理是基于应变—电阻效应制作的，即导体或半导体材料在外力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为应变电阻效应。 电阻应变片的工作原理是基于应变效应。电阻应变片的测量原理为：金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。dR/R=Ks*ε 其中，Ks为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类丝材电阻应变片效应显着与否。ε为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常用符号με表示。由此可知，金属丝在产生应变效应时，应变ε与电阻变化率dR/R成线性关系，这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。 4.课本74页
5.课本71页 6.当金属线材受到单位拉力时，由于整根金属线的每段都受到同样大小的拉力，其应变也是相同的，故线材总电阻的增加值为各微段电阻增加之和。但整根金属线材弯折成栅状，制成应变片后，在应变片的灵敏轴向施以拉力，则直线段部分的电阻丝仍产生沿轴向的拉伸应变，其电阻式增加的，而各圆弧段，除了有沿轴向产生的应变外，还有在与轴向垂直的方向上产生的压缩应变，使得圆弧段截面积增大，电阻值减小。虽然金属丝敏感栅的电阻总的变现为增加，但是，由于各圆弧段电阻减小的影响，使得应变片的灵敏系数要比同样长度单纯受轴向力的金属丝的灵敏系数小，这种由弯折处应变的变化使灵敏系数减小的现象称为应变片的 横向效应。
《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。 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，其内部产生机械压力，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） 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
2018电大本科《传感器与测试技术》形考1-4 形考作业一 一、判断题（Y对/N错） 1．测试技术在自动控制系统中也是一个十分重要的环节。Y 2．金属应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数小。Y 3．热敏电阻传感器的应用范围很广，但是不能应用于宇宙飞船、医学、工业及家用电器等方面用作测温使用。N 4．电容式传感器的结构简单，分辨率高，但是工作可靠性差。N 5．电容式传感器可进行非接触测量，并能在高温、辐射、强烈振动等恶劣条件下工作。Y 6．电容式传感器不能用于力、压力、压差、振动、位移、加速度、液位的测量。Y 7．电感传感器的基本原理不是电磁感应原理。N 8．电感式传感器可以将被测非电量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。Y 9．互感传感器本身是变压器，有一次绕组圈和二次绕组。Y 10．差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等，但其工作原理基本一样。Y 11．传感器通常由敏感器件、转换器件和基本转换电路三部分组成。Y 12．电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种传感器。Y 13．电阻应变片的绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测试件之间的电阻值。Y 14．线性度是指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。Y 15．测量误差越小，传感器的精度越高。Y 16．传感器的灵敏度k等于传感器输出增量与被测量增量之比。N 17．传感器能检测到输入量最小变化量的能力称为分辨力，当分辨力以满量程输出的百分数表示时则称为分辨率。Y 18．测量转换电路首先要具有高精度，这是进行精确控制的基础。N 19．电桥是将电阻、电容、电感等参数的变化转换成电压或者电流输出的一种测量电路。Y
d .尺寸的选择 e.精度的选择 、简答题（每小题 5 分，共 20分） 1．传感器： 2．静特性： 3．超声波的波型有几种？是根据什么来分类的？ 4．简述电容式传感器的工作原理。 二、选择题（每空 3分，共 27 分） 1．码盘式传感器是建立在编码器的基础上的，它能够将角度转换为数字编码，是一种数字式的传感器。码盘 按结构可以分为接触式、 __________________________________ 和 __________ 三种。 a. 光电式 b .磁电式 c .电磁式 d.感应同步器 2．当超声波在一种介质中传播到界面或遇到另一种介质，其方向不垂直于界面时，将产生声波的反射、折射 及 现象。 a .表面波 b .兰姆波 c .驻波 d .波型转换 3. 改变电感传感器的引线电缆后， ________________ 。 a. 不必对整个仪器重新标定 b. 必须对整个仪器重新调零 c. 必须对整个仪器重新标定 d. 不必对整个仪器重新调零 4. ____________________________________________________ 应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、 、 等。 a .测量范围的选择 b.电源的选择 c .阻值的选择 f .结构的选择 5. ____________________________________ 应变片绝缘电阻是指已粘贴的 应变片的之间的电阻值。
a.覆盖片与被测试件 b.引线与被测试件c基片与被测试件d.敏感栅与被测试件 6.在光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率的变化，这种现象称为 a.磁电效应 b .声光效应c.光生伏特效应d.光电导效应 7?如图所示的结构由线圈、铁芯、衔铁三部分组成的。线圈套在铁芯上的，在铁芯与衔铁之间有一个空气隙， 空气隙厚度为'o传感器的运动部分与衔铁相连。当外部作用力作用在传感器的运动部分时，衔铁将会运动而产生 位移，使空气隙15发生变化。这种结构可作为传感器用于_____________________ o a.静态测量 b .动态测量c.静态测量和动态测量 d.既不能用于静态测量，也不能用于动态测量三、综合题（共53 分） 1.激光干涉传感器的作用是测量长度，其基本原理就是光的干涉原理，测量精度高、分辨力高。如图所示是 迈克尔逊双光束干涉系统，图中S是光源，B是分光镜，M1是固定反射镜，M2是可动反射镜，P是观察屏处，试介绍其工作原理。（15分）
传感器与测试技术课程设计 《荷重传感器及电子秤》 课程设计
分校（站、点）： 年级、专业：机械制造及其自动化 学生姓名： 学号： 指导教师： 完成日期： 2012、6 一，设计简述 随着现代化生产的发展，电子秤在许多商业活动中已成为不可缺少的计量工具。电子秤作为一个典型的自动检测系统，也可归纳为由三大环节所组成。 如图1所示一次仪表通常指的是传感器，它是由敏感元件，电路，机构等组成，是利用某些特殊材料对某些物理量具有一定的敏感，然后转换成电量（电压，电流）。通常来自一次仪表的电信号比较弱小，不足以驱动显示器。为此采用二次仪表对信号进行放大；来自一次仪表的电信号往往还夹带外部的干扰信号，必须把它去除，一般二次仪表还包括滤波电路用以消除干扰。传感器的转换关系往往并不服从线性关系，所以有时还需要进行适当的线性补偿处理。故称二次仪表为测量与显示部件。
二次仪表的输出信号可能是模拟量，也可能是数字量。三次仪表是采用了计算机技术，所以要求二次仪表的输出信号必须是数字信号。三次仪表将进一步对信号进行处理并形成控制量输出。作为规模较小的仪表系统，三次仪表主要是以中央处理器为核心的数字电路，组成智能化仪表。使整个测量系统的性能与功能大大提高。 图2所示的以单片机为核心部件组成三次仪表，它大大丰富了电子秤功能。 各种各样形式的电子秤的仪表结构都是大同小异的，都必须利用荷重传感器来采集重量信号并变换成相应大小的电信号。电子秤的二次仪表把来自荷重传感器的微弱电压信号进行放大，滤波。这不仅为了提高灵敏度，更重要的是与下一环节的电路进行正确匹配。目前大多数电子秤是数字显示方式，所以模拟信号还必须作模数转换。有了AD转换器的数码信号，就可以进行自动标度变换、自动超载报警、自动数字显示。还可以增加人机对话键盘、与外部设备的数据交换与通信、输出模拟或数字控制信号等功能。由此大大提高了性能。 二，设计过程 1、荷重传感器电子称传感器的选用 荷重传感器的形式有电阻式、电容式、压磁式等多种形式。电阻式传感器又分为
0.1传感器：处于检测与控制系统之首，是感知、获取与检测信息的窗口 0.2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，通常敏感元件和转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。 1.1输入量为常量或变化极慢时传感器输入-输出特性。指标：线性度（大）、迟滞（小）、重复性（好）、分辨力（强）、稳定性（高）、温度稳定性（高）、各种抗干扰稳定性（高）。传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。 测量系统的静态特性指标通常用输入量与输出量的对应关系 来表征。 人们根据传感器的静态特性来选择合适的传感器 1.2最小二乘法准则的几何意义在于拟和直线精密度高即误差小。相关公式： 1.3非接触式测量：1热电式传感器：测量温度 2光纤传感器：测量光信号3电容式传感器：测量位移 接触式测量：1电位器式压力传感器：测量压力 2 应变片式电阻传感器：测量电阻值 3应变式扭矩传感器：测量扭矩 二应变式 2.1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 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 电阻压阻效应_ 形成的，而②的电阻变化主要是由 电阻率变化 造成的。 半导体 材料传感器的灵敏度较大。 2.2简述电阻应变片式传感器的工作原理。（压阻效应）（4分） 答：电阻应变片的工作原理是基于电阻压阻效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。 2.3 金属电阻应变片由四部分组成：敏感栅、基底、盖层、黏结剂、引线。②其主要特性参数：灵敏系数、横向效应、机械滞后、零漂及蠕变、温度效应、应变极限、疲劳寿命、绝缘电阻、最大工作电流、动态响应特性。 2.4温差①在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数 及栅丝与试件膨胀系数（）之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差，所以必须补偿温度误差的措施。②方法：1自补偿法：包括单丝自补偿法和组合式自补偿法 2线路补偿法 （平衡条件：电桥相邻两臂电阻的比值相等。） 三 电感式 利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置。 3.1变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁心时，铁心上的线圈电感量 增加 .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增大 3.2 在变压器式传感器中，一次侧和二次侧互感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。为反映差值互感，应将两个一次绕组的同名端顺向串联，将两个两次绕组的同名端反向串联 3.3以自感式传感器为例说明差分式传感器可以提高灵敏度的原理。 差分式灵敏度 t αs g ββ与000202l S W L μ=??? ? ??-?+=-?+=-=?122)(2000002000200020l l l l S W l S W l l S W L L L μμμ????????+???? ???+?--=...1220000l l l l l L S
第三章 常用传感器 一、知识要点及要求 (1)掌握常用传感器的分类方法； (2)掌握常用传感器的变换原理； (3)了解常用传感器的主要特点及应用。 二、重点内容及难点 (一)传感器的定义、作用与分类 1、定义：工程上通常把直接作用于被测量，能按一定规律将其转换成同种或别种量值输出的器件，称为传感器。 2、作用：传感器的作用就是将被测量转换为与之相对应的、容易检测、传输或处理的信号。 3、分类：传感器的分类方法很多，主要的分类方法有以下几种： (1)按被测量分类，可分为位移传感器、力传感器、温度传感器等； (2)按传感器的工作原理分类，可分为机械式、电气式、光学式、流体式等； (3)按信号变换特征分类，可概括分为物性型和结构型； (4)根据敏感元件与被测对象之间的能量关系，可分为能量转换型与能量控制型； (5)按输出信号分类，可分为模拟型和数字型。 (二)电阻式传感器 1、分类：变阻式传感器和电阻应变式传感器。而电阻应变式传感器可分为金属电阻应变片式与半导体应变片两类。 2、金属电阻应变片式的工作原理：基于应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。金属电阻应变片式的的灵敏度v S g 21+=。 3、半导体电阻应变片式的工作原理：基于半导体材料的电阻率的变化引起的电阻的变化。半导体电阻应变片式的的灵敏度E S g λ=。 (三)电感式传感器 1、分类：按照变换原理的不同电感式传感器可分为自感型与互感型。其中自感型主要包括可变磁阻式和涡电流式。 2、涡电流式传感器的工作原理：是利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。 (四)电容式传感器 1、分类：电容式传感器根据电容器变化的参数，可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。 2、极距变化型：灵敏度为201 δ εεδA d dC S -== ，可以看出，灵敏度S 与极距平方成反比，极距越小灵敏度越高。显然，由于灵敏度随极距而变化，这将引起非线性误差。 3、面积变化型：灵敏度为常数，其输出与输入成线性关系。但与极距变化型相比，灵敏度较低，适用于较大直线位移及角速度的测量。 4、介质变化型：可用来测量电介质的液位或某些材料的厚度、湿度和温度等；也可用于测量空气的湿度。 (五)压电式传感器 1、压电传感器的工作原理是压电效应。
C 传感器无失真检测的条件是什么 答：传感器无失真检测条件是：幅频特性应当是常数（即水平直线）；相频特性应该是线性关系。 传感器是由哪几部分组成各有何功能 答：传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。敏感元件是直接感受被测物理量，并输出与被测量成确定关系的某一种量。转换元件接收敏感元件的 输出并把输入转换成电路的参量。转换电路把转换元件输出电路参数转换成电量输出。 测定频响函数的方法是什么常用输入标准信号有哪几种（测定频响函数的方法有哪几种） 答：确定频响函数的方法是以标准信号输入，测出其输山信号，从而求得需要的特性。输入的标准信号有正弦信号、脉冲信号和阶跃信号。 磁电式传感器有何优点 答：磁电式传感器直接从被测物体吸收机械能并转换成电信号输出，且输出功率大，性能稳定，它的工作不需要电源，调理电路简单，由于磁电式传感器通常具有较高的灵敏度，所以一般不需要高增益放大器。 超声波的波型有几种是根据什么来分类的 答：超声波的波型有纵波、横波、表面波（亦称瑞利波）、兰姆波 依据超声场中质点的振动与声能量传播方向之间的关系来分。 常用的超声波探伤方法有哪些各有什么特点 答：常用的超声波探伤法有共振法、穿透法、脉冲反射法等。 共振法的特点是：（1）可精确的测厚，特别适宜测量薄板及薄壁管；（2）工件表面光洁度要求高，否则不能进行测量。 穿透法具有以下特点：（1）探测灵敏度较低，不易发现小缺陷；（2）根据能量的变化即可判断有无缺陷，但不能定位；（3）适宜探测超声波衰减大的材料；（4）可避免盲区，适宜探测薄板；（5）指示简单，便于自动探伤；（6）对两探头的相对距离和位置要求较高。 脉冲反射法的特点是：（1）探测灵敏度高；（2）能准确地确定缺陷的位置和深度；（3）可用不同波型探测，应用范围广。 D 电桥是传感器的常用变换电路，请画直流电桥与交流电桥的电路图，并列出各自的平衡条件。 答： （1）直流电桥的平衡条件是：R1R3=R2R4 （2）交流电桥的平衡条件是：Z1Z3=Z2Z4，Z i=z i e jφi；也可表达为z1e jφ1z3e jφ3=z2e jφ2z4e jφ4；即Z1Z3=Z2Z4，φ1+φ3=φ2+φ4 电容传感器分为变间距型、变面积型和变介电常数型三种形式，比较这三种传感器侧位移时的量程、灵敏度和线性度。 答：变间距型电容传感器的量程小，灵敏度高，输入被测量与输出电容之间的关系为非线性；变面积型和变介电常数型量程大，灵敏度低，传感器的输入被测量与输出电容之间的关系为线性。 G 光电传感器的光谱特性和频谱特性有何区别选用光电元件时考虑这两种特性有何意义 答：当光敏元件加一定电压时，如果照射在光敏元件上的是一单色光，当入射光功率不变时，光电流随入射光波长变化而变化的关系I=f(λ)，称为光谱特性。 光谱特性对选择光电器件和光源有重要意义，当光电器件的光谱特性与光源的光谱分布协调一致时，光电传感器的性能较好，效率也高。在检测中，应选择最大灵敏度在需要测量的光谱范围内的光敏元件，才有可能获得最高灵敏度。 在相同的电压和相同幅值的光强度下，当入射光以不同的正弦交变频率调，光敏元件输出的光电流I和灵敏度S随调制频率f 变化的关系I=f1(f)、S=f2(f)称为频率特性。 选择光电器件时应选用响应频率高的元件，以保证测量时对传感器响应时间的要求。 H 画出霍尔钳形电流表的工作原理图，并简述其工作原理。 答：（1）霍尔钳形电流表的探头是用环形铁芯做的集束器，霍尔器件放在空隙中，由安培定律可知，在载流导体周围会产生一正比于该电流的磁场。（2）霍尔元件在磁场中产生的霍尔电势：U H=K H IB。电路表中霍尔元件的灵敏度K H、控制电路I为定值。霍尔元件输出的霍尔电动势与磁场成正比，通过对磁场的测量可间接测得电流的大小。 画出测试系统的组成框图并说明各组成部分的作用。 答：传感器作为测试系统的第—环节，将被测量转化为人们所熟悉的各种信号，通常传感器将被测量转换成电信号；信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加于，如信号的放大、滤波、补偿、校正、模数转换、数模转换等，经过处理使传感器输出的信号便于传输、佩示或记录：显示与记录部分将所测信号变为便于人们理解的形式，以供人们观测和分析。 何谓热电阻式传感器常用的热电阻类型有哪些 答：利用导电材料的电阻率随本身温度而变化的温度电阻效应制成的传感器，称为热电阻式传感器。 热电阻式传感器的类型包括：铂热电阻、铜热电阻、锰电阻、铟电阻等。 何为传感器的分辨力和阀值 答：分辨力是指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。阀值是能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。 J 简述电容式传感器的工作原理。根据工作原理，电容式传感器可分为哪几种类型 答：两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为C=εS/δ。 当被测量的变换使δ（电容极板间距）、S（电容极板有效面积）或ε（电容极板间介质的介电常数）任一参数发生变化时，电容量C也就随之变化，这就是电容式传感器的工作原理。电容式传感器分为三类：变极距（或变间隙型）、变面积型和变介电常数型。