传感器与检测技术（胡向东，第2版）习题解答
王涛
第1章概述
什么是传感器？
答：传感器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，通常由敏感元件和转换元件组成。
传感器的共性是什么？
答：传感器的共性就是利用物理定律或物质的物理、化学或生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、频率、电荷、电容、电阻等）输出。传感器一般由哪几部分组成？
答：传感器的基本组成分为敏感元件和转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。另外还需要信号调理与转换电路，辅助电源。
传感器是如何分类的？
答：传感器可按输入量、输出量、工作原理、基本效应、能量变换关系以及所蕴含的技术特征等分类，其中按输入量和工作原理的分类方式应用较为普遍。
①按传感器的输入量（即被测参数）进行分类
按输入量分类的传感器以被测物理量命名，如位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。
②按传感器的工作原理进行分类
根据传感器的工作原理（物理定律、物理效应、半导体理论、化学原理等），可以分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、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。
③按传感器的基本效应进行分类
根据传感器敏感元件所蕴含的基本效应，可以将传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。
改善传感器性能的技术途径有哪些？
答：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
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它在稳态信号作用下的输入、输出关系。静态特性所描述的传感器的输入-输出关系中不含时间变量。
衡量传感器静态特性的主要指标是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和漂移。
利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算非线性误差、迟滞和重复性误差。设压力
解：①求非线性误差，首先要求实际特性曲线与拟合直线之间的最大误差，拟合直线在输入量变化不大的条件下，可以用切线或割线拟合、过零旋转拟合、端点平移拟合等来近似地代表实际曲线的一段（多数情况下是用最小二乘法来求出拟合直线）。 （1）端点线性度： 设拟合直线为：y=kx+b,
根据两个端点（0，0）和（，），则拟合直线斜率：
212116.500
137.50.120
y y k x x --=
==--
∴*+b= ∴b=0
∴端点拟合直线为y=
在处非线性误差最大 （2）最小二乘线性度：
设拟合直线方程为01y a a x =+， 误差方程01()i i i i i y y y a a x v ∧
∧
-=-+= 令10x a =，21x a =
由已知输入输出数据，根据最小二乘法，有：
直接测量值矩阵0.644.047.4710.9314.45L ????????=????????，系数矩阵10.0210.041
0.0610.081
0.10A ??
???
???=????????
，被测量估计值矩阵01a X a ∧??=????
由最小二乘法：''A A X A L ∧
=，有
10.021
0.041
111150.30'10.060.020.040.060.080.100.300.02210.081
0.10A A ??
????????
??==??
??
?
???????????
0.644.041
111137.53'7.470.020.040.060.080.10 2.94210.9314.45A L ????
????????==????
??????
??????
'0.020A A =≠Q ()1
111221220.0220.30 1.1151
1'0.30515250'0.02A A A A A A A A
---??????
∴=
==??????--????
?? []
1
1.11537.53
2.847''15250 2.942172.55X A A A L ∧
---??????
∴===??????-??????
01 2.847a x ∴==- 12172.55a x ∴==
∴拟合直线为y=+
答：非线性误差公式：max 0.106
100%100%0.64%16.50
L FS L Y γ?=±
?=?= ② 迟滞误差公式：max
100%H FS
H Y γ?=
?， 又∵最大行程最大偏差max H ?=，∴max 0.1
100%100%0.6%16.50
H FS H Y γ?=
?=?=
③ 重复性误差公式：max
100%L FS
R Y γ?=±
?， 又∵重复性最大偏差为max R ?=，∴max 0.08
100%100%0.48%16.50
L FS R Y γ?=±
?=±?=± 用一阶传感器测量100Hz 的正弦信号，如果要求幅值误差限制在±5％以内，时间常数应取
多少？如果用该传感器测量50Hz 的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？ 解：一阶传感器频率响应特性：1
()()1
H j j ωτω=
+
幅频特性：()A ω=
由题意有()15%A ω-≤
15%≤
又22200f T
π
ωππ=
== 所以：0＜τ＜
取τ=，ω=2πf=2π×50=100π
幅值误差：()100% 1.32%A ω?=
=-
所以有%≤△A(ω)＜0
相位误差：△φ(ω)=-arctan(ωτ)=o 所以有o≤△φ(ω)＜0
某温度传感器为时间常数τ=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三分之一和二分之一所需的时间。 解：一阶传感器的单位阶跃响应函数为
()1t
y t e τ
-
=-
∴ln[1()]t
y t τ
-
=-
∴*ln[1()]t y t τ=--
∴13
12*ln[1]*ln[]3*(0.405465) 1.216433
t s ττ=--=-=--=，
12
11
*ln[1]*ln[]3*(0.693) 2.0822t s ττ=--=-=--=
玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程来表示。现已知某玻璃
水银温度计特性的微分方程是
2
dy
y x dt
+= y 代表水银柱高（mm ）, x 代表输入温度（℃）。求该温度计的时间常数及灵敏度。 解：一阶传感器的微分方程为
()
()()n dy t y t S x t dt
τ
+= 式中τ——传感器的时间常数；
n S ——传感器的灵敏度。
∴对照玻璃水银温度计特性的微分方程和一阶传感器特性的通用微分方程，有该温度计的时间常数为2s ，灵敏度为1。
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 ；在t=5s 时输出为50mv ；在t →∞时，输出为100mv 。试求该传感器的时间常数。 解：00()()[()()](1)t
y t y t y t y t e τ-∞-=--， ∴00()()5010
ln[1]ln[1]0.587787()()10010
y t y t t
y t y t τ
∞---
=-
=-=---，
∴τ=5/=
某一质量-弹簧-阻尼系统在受到阶跃输入激励下，出现的超调量大约是最终稳态值的40%。如果从阶跃输入开始至超调量出现所需的时间为，试估算阻尼比和固有角频率的大小。
解：1
0.283.5714568
ζ=
=
==，
22 3.4270.82
d T ππω=
==?，
4.26/n rad s ω=
=
=
在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率216Hz 处，并得到最大的幅值比为，试估算该传感器的阻尼比和固有角频率的大小。 解：当n ωω=时共振，则max 1 1.4(),0.3621
A ωζζ=
== 所以：222161357/n f rad s ωππ==?=
设一力传感器可简化为典型的质量-弹簧-阻尼二阶系统，已知该传感器的固有频率
0f =1000Hz ，若其阻尼比为，试问用它测量频率为600Hz 、400Hz 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？
解：二阶传感器的频率响应特性：21
()[1(/)]2(/)
n n H j ωωωζωω=
-+
幅频特性：1222
22
(){[1(/)]4(/)}n n A j ωωωζωω-=-+ 相频特性：2
2(/)
()arctan 1(/)
n n ζωω?ωωω=-- ∴当f=600Hz 时，
12222
2
(){[1(600/1000)]40.7(600/1000)}
0.947A j ω-
=-+??=，
220.7(600/1000)0.84
()arctan
arctan 52.6961(600/1000)0.64
?ω??=-=-=?-；
当f=400Hz 时，
1
2222
2
(){[1(400/1000)]40.7(400/1000)}
0.99A j ω-
=-+??=
220.7(400/1000)0.56
()arctan
arctan 33.691(400/1000)0.84
?ω??=-=-=?-。
第3章 电阻式传感器
电阻应变片的种类有哪些？各有什么特点？
答：常用的电阻应变片有两种：金属电阻应变片和半导体电阻应变片。金属电阻应变片的工作原理是主要基于应变效应导致其材料几何尺寸的变化；半导体电阻应变片的工作原理是主要基于半导体材料的压阻效应。
试分析差动测量电路在应变电阻式传感器测量中的好处。
答：① 单臂电桥测量电路存在非线性误差，而半桥差动和全桥差动电路均无非线性误差。 ② 半桥差动电路的电压输出灵敏度比单臂电桥提高了一倍。全桥差动电路的电压输出灵敏度是单臂电桥的4倍。
将100Ω电阻应变片贴在弹性试件上，如果试件截面积4
2
0.510S m -=?，弹性模量
112210/E N m =?，若由4510N ?的拉力引起应变计电阻变化为1Ω，求电阻应变片的灵
敏度系数。 解：/R R
K ε
?=
已知1
1,100
R R R ??=Ω∴
= 3292
4
5010/110/0.510F N m N m A σ-?===?? 由E σε=得9
311
110510210
E σ
ε-?===??
所以3
/1/100
2510R R
K ε
-?=
=
=?
一个量程为10kN 的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径20mm ，内径18mm,在其表面粘贴八各应变片，四个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120Ω,灵敏度为，
波松比为，材料弹性模量E=×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，各应变片电阻变化；
(3) 当桥路的供电电压为10V 时，计算传感器的输出电压。 解：(1)
(2) 圆桶截面积：
2222662()(109)1059.6910A R r m ππ--=-=-?=?
应变片1、2、3、4感受纵向应变；
1234x εεεεε====
应变片5、6、7、8感受周向应变；
5678y εεεεε====
满量程时：
由电阻应变片灵敏度公式/R R
K ε
?=
得R K R ε?=，
由应力与应变的关系E σε=，及 应力与受力面积的关系F
A
σ=
，得 F
AE
ε=
， 3
1234611
10102.01200.1914359.710 2.110F R R R R K R AE -??=?=?=?==??=Ω???
567810.30.191430.05743R R R R R μ?=?=?=?=-?=-?=-Ω
(3) 3
611
101010(1)
2.0(10.3)0.010372259.710 2.110U F U K V AE μ-??=+=??+?=???
图3-5中，设负载电阻为无穷大（开路），图中4E V =，1234100R R R R ====Ω， 试求：
(1) 1R 为金属电阻应变片，其余为外接电阻，当1R 的增量为1 1.0R ?=Ω时，电桥的输出电压?o U =
(2) 1R , 2R 都是电阻应变片，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，电桥的输出电压?o U =
(3) 1R , 2R 都是电阻应变片，且批号相同，感应应变的大小为12 1.0R R ?=?=Ω，但极性相反，其余为外接电阻，电桥的输出电压?o U =
解：(1) 单臂311112341011
[
]4()0.00995()1011002o R R R U E V R R R R R +?=-=?-≈+?+++
(2) 极性相同3111122341011
[
]4()0()()1011012
o R R R U E V R R R R R R +?=-=?-=+?++?++
(3)半桥3111122341011
[]4()0.02()()101992
o R R R U E V R R R R R R +?=-=?-=+?+-?++
在图3-11中，设电阻应变片1R 的灵敏度系数K=，未受应变时，1R =120Ω。当试件受力F 时，电阻应变片承受平均应变值800/m m εμ=。试求： (1) 电阻应变片的电阻变化量1R ?和电阻相对变化量11/R R ?；
(2) 将电阻应变片1R 置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V ，求电桥输出电压及其非线性误差；
(3) 如果要减小非线性误差，应采取何种措施？分析其电桥输出电压及非线性误差的大小。
解：图3-11是一种等强度梁式力传感器， (1) 由K= (ΔR/R)/ε得ΔR/R=K ε，
6311/ 2.0580010 1.6410R R K ε--?==??=?，
31111(/)120 1.64100.1968R R R R -?=??=??=Ω
(2) 31111234120.19681[
]3()0.00123()120.19681202
o R R R U E V R R R R R +?=-=?-≈+?+++
1111/0.00164
100%100%0.082%2/20.00164
L R R R R γ?=
?=?≈+?+
电阻应变片阻值为120Ω，灵敏系数K=2，沿纵向粘贴于直径为 的圆形钢柱表面，钢材的弹性模量11
2
210/E N m =?，泊松比μ=。求：
(1) 钢柱受49.810N ?拉力作用时应变片电阻的变化量R ?和相对变化量
R
R
?； (2) 若应变片沿钢柱圆周方向粘贴，受同样拉力作用时应变片电阻的相对变化量。 解：(1) 由应力与应变的关系E σε=，及 应力与受力面积的关系F A σ=
，得F AE
ε=，
4
3211
9.8100.25100.05()2102
F AE επ-?==≈????，
3320.25100.510R
K R
ε--?==??=?， 31200.5100.06R
R R R
-??=?=??=Ω；
(2) 由y x
εμε=-
，得330.30.5100.1510y x y x R R R R μ--??=-?=-??=-?。
第4章 电感式传感器
已知变气隙厚度电感式传感器的铁芯截面积2
1.5S cm =，磁路长度L ＝20cm ， 相对磁导率5000r μ=，气隙初始厚度00.5cm δ=, δ?＝±，真空磁导率
70410/H m μπ-=?，线圈匝数N ＝3000，求单线圈式传感器的灵敏度/L δ??。若将其
做成差动结构，灵敏度将如何变化？ 解：0
L L δ
δ??=, 0
L L K δδ?=
=? 2274
30002
03000410 1.5105410,220.510
N A L H H μππδ----????===??? 所以，3
2
541010.8340.510K ππ--?=
==?。 做成差动结构形式，灵敏度将提高一倍。
有一只差动电感位移传感器，已知电源电压4U V =g
，400f Hz =，传感器线圈电阻与电感分别为R=40Ω,L=30mH ，用两只匹配电阻设计成四臂等阻抗电桥，如图所示，试求： （1）匹配电阻3R 和4R 的值为多少时才能使电压灵敏度达到最大。 （2）当△Z=10Ω时，分别接成单臂和差动电桥后的输出电压值。
解：(1) R3=R4=R=40Ω
(2) 221
1212
2()o Z Z Z R U U U
Z Z R R Z Z ??-=-=??+++??g
g
g 单臂电桥
221212121210
40.252()2()2(4040)o Z Z Z Z R U U U U V Z Z R R Z Z Z Z ??-?=-==-=-?=-??
++++?+??g
g
g g 差动电桥几何
22112
1212122040.52()2()2(4040)o Z Z Z Z Z R U U U U V Z Z R R Z Z Z Z ??-?+?=-==-=-?=-??
++++?+??g
g
g g 引起零点残余电压的原因是什么？如何消除零点残余电压？
答：零点残余电压的产生原因：①（线圈）传感器的两个二次绕组的电气参数和几何尺寸不对称，导致它们产生的感生电动势幅值不等、相位不同，构成了零点残余电压的基波；②（铁心）由于磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和、磁滞），产生了零点残余电压的高次谐波（主要是三次谐波）；③（电源）励磁电压本身含高次谐波。
零点残余电压的消除方法：①尽可能保证传感器的几何尺寸、线圈电气参数和磁路的对称；②采用适当的测量电路，如差动整流电路。
在使用螺线管电感式传感器时，如何根据输出电压来判断衔铁的位置？
答：常见的差动整流电路如图4-15所示。以图4-15b 为例分析差动整流的工作原理。由图可知：无论两个二次绕组的输出瞬时电压极性如何，流经电容1C 的电流方向总是从2端到4端，流经电容2C 的电流方向总是从6端到8端，所以整流电路的输出电压为
2468o U U U =-
当衔铁位于中间位置时，2468U U =，故输出电压o U =0；当衔铁位于零位以上时，
2468U U >，则0o U >；当衔铁位于零位以下时，则有2468U U <，0o U <。只能根据o U 的符号判断衔铁的位置在零位处、零位以上或以下，但不能判断运动的方向。
如何通过相敏检波电路实现对位移大小和方向的判定？ 答：相敏检测电路原理是通过鉴别相位来辨别位移的方向，即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后，便能输出既反映位移大小，又反映位移极性的测量信号。经过相敏检波电路，正位移输出正电压，负位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小，电压的正负表明位移
的方向。
第5章 电容式传感器
有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器如下图所示，其中a=10mm ，b=16mm ，两极板间距为01d mm =。测量时，一块极板在原始位置上向左平移了2mm ，求该传感器的电容变化量、电容相对变化量和位移灵敏度K （已知空气相对介电常数1ε=，真空的介电常数
1208.85410/F m ε-=?）。
解：电容变化量为
0000-12-3-3-13-3
..()......8.8541012101610 2.8310110
r r r a x b a b
xb
C C C d d d
F εεεεεε-???=-=
-
=-
??????=-=-??
即电容减小了-13
2.8310
F -?。
电容相对变化量
00...0.2...r r x b
C x d a b C a d
εεεε???===,
电容式传感器的位移灵敏度（单位距离改变引起的电容量相对变化）为
1
3
/11100()1010
C C x a K m x x a --??=
====???, 或
电容式传感器的位移灵敏度（单位距离改变引起的电容量变化）为
-101.4110(/)C C
K F m x a
?=
==?? 有一个直径为2m 、高5m 的铁桶，往桶内连续注水，当注水量达到桶容量的80%时就应当停止，试分析用应变电阻式传感器或电容式传感器来解决该问题的途径和方法。 解：① 电阻应变片式传感器解决此问题的方法参见P48图3-18所示的电阻式液体重量传感器，
o U Sh g ρ=，
当注水达到桶容量的80%时，也就是位于感压膜上的液体高度达到桶高4m 的对应位置时，输出一个对应的电压，通过一个电压比较器就可以在液位达到4m 时输出一个触发信号，关
闭阀门，停止注水。
② 电容式传感器解决此问题的方法参见P80图5-6所示的圆筒结构变介质型电容式传感器，总的电容值为
001001011202()222(1)2(1)
ln(/)ln(/)ln(/)ln(/)ln(/)
H h h H h h C C C C D d D d D d D d D d πεπεεπεπεεπεε---=+=
+=+=+
在圆筒结构变介质式电容传感器中的液位达到桶高4m 的对应位置时，电容值达到一个特定
值，接入测量电路，就可以在液位达到4m 时输出一个触发信号，关闭阀门，停止注水。 试推导图5-20所示变介质型电容式位移传感器的特性方程C=f(x)。设真空的介电常数为
0ε，图中21εε>，极板宽度为W 。其它参数如图所示。
解：以x 为界，可以看作两个电容器并联，右边的电容器又可以看作两个电容器串联。参见P79图5-5。故
011lx C εεδ=
，0121()()l l x C d εεδ-=-，0222()
l l x C d
εε-=，2122122212212()()C C l l x C C C d d εεεεδ-==++-，
总的电容量为
01121212()
()
lx l l x C C C d d εεεεδεεδ-=+=
++-。 在题中，设δ=d=1mm ，极板为正方形（边长50mm ）。1ε=1，2ε=4。试针对x=0~50mm 范围内，绘出此位移传感器的特性曲线，并给以适当说明。
解：2010202012120()()lx l l x l lx
C C C C C εεεεεεεεεδδδδ
--=+=+=+=+? 特性曲线是一条斜率为-1的直线。
某一电容测微仪，其传感器的圆形极板半径 r=4mm ，工作初始间隙d=，问： (1) 工作时，如果传感器与工件的间隙变化量Δd=2μm 时，电容变化量为多少?
(2) 如果测量电路的灵敏度S 1=100mV/pF ，读数仪表的灵敏度S 2=5格/mV ，在Δd=2μm 时，读数仪表的示值变化多少格? 解： (1)-12-32-1200-3
8.85410 3.1415926(410) 1.4835100.310
r A
C F d εε????=
==??， 间隙增大-12-32-121-3
8.85410 3.1415926(410) 1.473510(0.30.002)10
A
C F d d ε????===?+?+?， -12-12110-(1.4735-1.4835)10-0.0110C C C F ?==?=?，
间隙缩小-12-32
-122-3
8.85410 3.1415926(410) 1.493310-(0.3-0.002)10
A
C F d d ε????===???，-12-12220-(1.4933-1.4735)100.0097910C C C F ?==?=?，
0.01C pF ?≈
(2)121,U S 5U C S mV ?=??==??=格数变化格
第6章 压电式传感器
什么是压电效应？什么是逆压电效应？
答：① 正压电效应就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化现象而使其出现电荷集聚的现象。
② 当在片状压电材料的两个电极面上加上交流电压，那么压电片将产生机械振动，即压电片在电极方向上产生伸缩变形，压电材料的这种现象称为电致伸缩效应，也称为逆压电效应。 试分析石英晶体的压电效应原理。
答：石英晶体的化学成分是2SiO ，是单晶结构，理想形状六角锥体，如图6-1a 所示。石英晶体是各向异性材料，不同晶向具有各异的物理特性，用x 、y 、z 轴来描述。
z 轴：是通过锥顶端的轴线，是纵向轴，称为光轴，沿该方向受力不会产生压电效应。 x 轴：经过六面体的棱线并垂直于z 轴的轴为x 轴，称为电轴（压电效应只在该轴的两个表面产生电荷集聚），沿该方向受力产生的压电效应称为“纵向压电效应”。
y 轴：与x 、z 轴同时垂直的轴为y 轴，称为机械轴（该方向只产生机械变形，不会出现电荷集聚）。沿该方向受力产生的压电效应称为“横向压电效应”。 石英晶体在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，电荷的极性随着改变。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。反之，如对石英晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应。
将一压电式力传感器与一只灵敏度V S 可调的电荷放大器连接，然后接到灵敏度为
X S =20mm/V 的光线示波器上记录，已知压电式压力传感器的灵敏度为P S =5pc/Pa ，该测试
系统的总灵敏度为S=Pa ，试问：
(1) 电荷放大器的灵敏度V S 应调为何值(V/pc)？
(2) 用该测试系统测40Pa 的压力变化时，光线示波器上光点的移动距离是多少？ 解：(1) P V X S S S S =
0.5/0.005/5/20/V P X S mm Pa
S V pc S S pc Pa mm V
=
==? (2) 400.5/4020x S Pa mm Pa Pa mm =?=?=
第7章 磁敏式传感器
什么是霍尔效应？霍尔电动势与哪些因素有关？
答：① 一块长为l 、宽为d 的半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场（磁场方向垂直于薄片）中，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Uh 。这种现象称为霍尔效应。霍尔组件多用N 型半导体材料，且比较薄。
② 霍尔电势 H H H H IB IB
U E b vBb R K IB ned d
===-
== 霍尔电势与霍尔电场E 、载流导体或半导体的宽度b 、载流导体或半导体的厚度d 、电子平
均运动速度v 、磁场感应强度B 、电流I 有关。 ③ 霍尔传感器的灵敏度1
H H R K d ned
=
=-
。 为了提高霍尔传感器的灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。又霍尔元件的灵敏度与载流子浓
度成反比，所以可采用自由电子浓度较低的材料作霍尔元件。
某霍尔元件尺寸（l 、b 、d ）为××，沿l 方向通以电流I=，在垂直l b 面加有均匀磁场B=，传感器的灵敏度系数为22V/，求其输出的霍尔电动势和载流子浓度。
解：① 3
22 1.0100.30.0066H H U K IB V -==???=
② 由1
H K ned
=
，得 203
192
11 2.8410/22 1.6100.110
H n m K ed ---=
==?????
第8章 热电式传感器
热电偶的工作原理是什么?
答：热电偶测温基本原理：热电偶测温是基于热电效应的基本原理。根据热电效应，任何两种不同的导体或半导体组成的闭合回路，如果将它们的两个接点分别置于温度不同的热源中，则在该回路中会产生热电动势，在一定条件下，产生的热电动势与被测温度成单值函数关系。因此，我们只需测得热电动势值，就可间接获得被测温度。
什么是中间导体定律、中间温度定律、标准导体定律、均质导体定律？ 答：① 中间导体定律
热电偶测温时，若在回路中插入中间导体，只要中间导体两端的温度相同，则对热电偶回路总的热电势不产生影响。在用热电偶测温时，连接导线及显示仪表等均可看成中间导体。 ② 中间温度定律
任何两种均匀材料组成的热电偶，热端为t ，冷端为0t 时的热电势等于该热电偶热端为t 冷端为c t 时的热电势与同一热电偶热端为c t ，冷端为0t 时热电势的代数和。
应用：对热电偶冷端不为0℃时，可用中间温度定律加以修正。 热电偶的长度不够时，可根据中间温度定律选用适当的补偿线路。 ③ 标准电极定律
如果A 、B 两种导体（热电极）分别与第三种导体C （参考电极）组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两个导体A 、B 组成的热电偶产生的热电势为
()()()000,,,AB AC BC E t t E t t E t t =-
实用价值：可大大简化热电偶的选配工作。在实际工作中，只要获得有关热电极与标准铂电极配对的热电势，那么由这两种热电极配对组成热电偶的热电势便可由上式求得，而不需逐个进行测定。 ④ 均质导体定律
如果组成热电偶的两个热电极的材料相同，无论两接点的温度是否相同，热电偶回路中的总
热电动势均为0。
均质导体定律有助于检验两个热电极材料成分是否相同及热电极材料的均匀性。
用两只K 型热电偶测量两点温度，其连接线路如下图所示，已知1t =420℃,0t =30℃，测得两点的温差电动势为，问两点的温度差是多少？如果测量1t 温度的那只热电偶错用的是E 型热电偶，其他都正确，试求两点实际温度差是多少？
(可能用到的热电偶分度表数据见表一和表二，最后结果可只保留到整数位）
表一 K 型热电偶分度表（部分）
解：①
121020222(,)(,)(,)(420,30)(,30)[(420,0)(30,0)][(,0)(30,0)](420,0)(,0),
e t t e t t e t t e e t e e e t e e e t =-=-=---=-
所以212(,0)(420,0)(,)17.2415.24 2.0e t e e t t mv =-=-=， 查表得2t 点的温度为℃，两点间的温度差为12t t -==℃。
② 如果测量2t 错用了E 型热电偶，则
121020222(,)(,)(,)(420,30)(,30)[(420,0)(30,0)][(,0)(30,0)][30.546 1.801][(,0) 1.203],
E K E K E E K K K e t t e t t e t t e e t e e e t e e t =-=-=---=---
所以2(,0)30.546 1.801 1.20315.2414.708K e t mv =-+-=
查表得2t 点的温度为360℃，两点间的温度差实际为12t t -=420-360=60℃。
将一支镍铬-镍硅热电偶与电压表相连，电压表接线端是50℃,若电位计上读数是，问热电偶热端温度是多少？
解：① 查表，知K 型热电偶50℃对应的电动势为， ② 依据中间温度定律
00(,)(,)(,)AB AB c c E t t E t t E t t =+
得
()6 2.0228.022e t mV =+=
③ 按内插值计算
()M L
M L H L H L
E E t t t t E E -=+
--
得热端温度为t =8.0227.737
190(200190)8.1377.737
-+
--=℃
铂电阻温度计在100℃时的电阻值为139Ω，当它与热的气体接触时，电阻值增至281Ω，试确定该气体的温度（设0℃时电阻值为100Ω）。 解：由0℃时电阻值为100Ω，可知该铂电阻温度计为分度号为100Pt 的铂热电阻，根据100℃时的电阻值为139Ω，进一步确定为分度号为100Pt 的铂热电阻。对应于281Ω的阻值，查100Pt 分度表，对应的温度约为500℃。
镍铬-镍硅热电偶的灵敏度为℃，把它放在温度为1200℃处，若以指示表作为冷端，此处温度为50℃，试求热电动势的大小。
解：3
120050(,)(120050)0.041011500.046e t t K V -=?-=??=
将一灵敏度为℃的热电偶与电压表相连接，电压表接线端是50℃，若电位计上读数是60mV ，求热电偶的热端温度。 解：50(,)60
50500.08
e t t t K =
+=+=800℃ 使用K 型热电偶，参考端温度为0℃，测量热端温度为30℃和900℃时，温差电动势分别
为和。当参考端温度为30℃、测量点温度为900℃时的温差电动势为多少？ 解：根据中间温度定律
00(,)(,)(,)AB AB c c E t t E t t E t t =+，
有
9003090000309000300(,)(,)(,)(,)(,)AB AB AB AB AB E t t E t t E t t E t t E t t =+=-= 热电阻有什么特
点？
答：热电阻测温基本原理：热电阻测温是基于热效应的基本原理。所谓热效应，就是金属导体的阻值会随温度的升高而增加或减小的现象。因此，我们只需测得金属导体电阻的变化就可间接获得被测温度。
试分析三线制和四线制接法在热电阻测量中的原理及其不同特点。 答：热电阻常用引线方式主要有：两线制、三线制和四线制。
两线制的特点是结构简单、费用低，但是引线电阻及其变化会带来附加误差。主要适用于引线不长、测温精度要求较低的场合。
三线制的特点是可较好地减小引线电阻的影响。主要适用于大多数工业测量场合。 四线制的特点是精度高，能完全消除引线电阻对测量的影响。主要适用于实验室等高精度测量场合。
某热敏电阻，其B 值为2900K ，若冰点电阻为500k Ω，求该热敏电阻在100℃时的阻抗。 解：具有负温度系数的热敏电阻，其阻值与温度的关系可表示为
00
exp(
)RT B B R R t t =-,, 31000029002900exp(
)50010exp()373.15273.15
B B R R t t =-=??- =3
3
50010exp( 2.8452)500100.05812??-=??=29k Ω
第9章 光电式传感器
什么是光电效应、内光电效应、外光电效应？这些光电效应的典型光电器件各自有哪些？ 答：光照射到物体上使物体发射电子，或电导率发生变化，或产生光生电动势等，这些因光照引起物体电学特性改变的现象称为光电效应。 当光照射到金属或金属氧化物的光电材料上时，光子的能量传给光电材料表面的电子，如果入射到表面的光能使电子获得足够的能量，电子会克服正离子对它的吸引力，脱离材料表面进入外界空间，这种现象称为外光电效应。根据外光电效应制作的光电器件有光电管和光电倍增管。
内光电效应是指物体受到光照后所产生的光电子只在物体内部运动，而不会逸出物体的现象。内光电效应多发生在半导体内，可分为因光照引起半导体电阻率变化的光电导效应和因光照产生电动势的光生伏特效应两种。
光电导效应是指物体在入射光能量的激发下，其内部产生光生载流子（电子-空穴对），使物体中载流子数量显著增加而电阻减小的现象。基于光电导效应的光电器件有光敏电阻。 光生伏特效应是指光照在半导体中激发出的光电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象，是将光能变为电能的一种效应。基于光生伏特效应的光电器件典型的有光电池；此外，光敏二极管、光敏晶体管也是基于光生伏特效应的光电器件。
一个8位光电码盘的最小分辨率是多少？如果要求每个最小分辨率对应的码盘圆弧长度至少为，则码盘半径应有多大？
解：一个n 位二进制码盘的最小分辨率是360/2n
?。∴8位光电码盘的最小分辨率是
8360/2?≈°。
码盘周长为8
0.012mm ?=*256=，码盘半径为2π≈
设某循环码盘的初始位置为“0000”，利用该循环码盘测得结果为“0110”，其实际转过的角度是多少？
解：基于二进制码得到循环码的转换关系为
1(1,,1)n n
i i i C B C B B i n +=??=⊕=-?
L ，
相应地，循环码转换为二进制码的方法为
1(1,,1)n n
i i i B C B C B i n +=??=⊕=-?
L 。
∴循环码“0110”对应的二进制码为“0100”，对应的十进制数为4，又∵初始位置为“0000”，对应的二进制码为“0000”，对应的十进制数为0， ∴实际转过的角度10
4
40
36036090216
θθθ--=
??=
??=? 已知某计量光栅的栅线密度为100线/mm ，栅线夹角θ=o。求： (1) 该光栅形成的莫尔条纹间距是多少?
(2) 若采用该光栅测量线位移，已知指示光栅上的莫尔条纹移动了15条，则被测位移为多少？
(3) 若采用四只光敏二极管接收莫尔条纹信号，并且光敏二极管响应时间为10-6
s ，问此时光栅允许最快的运动速度v 是多少?
解：(1) 由光栅密度为100线/mm ，可知其光栅栅距1
0.01100
W mm mm == 根据公式可求莫尔条纹间距H W
B θ
=
式中θ为主光栅与指示光栅夹角。 θ=o=
0.01
5.730.001745
H W
B mm mm θ
=
=
=
(2) 计量光栅对位移起放大作用，光栅每移动一个栅距，莫尔条纹移动一个间距B H 。 指示光栅上莫尔条纹移动了15条，对应的光栅也就移动了15个栅距， 即被测线位移为△x=15×=
(3) 光栅运动速度与光敏二极管的响应时间成反比，即
6
0.01/10/10W v mm s m s t -=
== 所以最大允许速度为10m/s
第10章 辐射与波式传感器
试分析微波传感器的主要组成及其各自的功能。
答：微波传感器的组成主要包括三个部分：微波发生器（或称微波振荡器）、微波天线及微波检测器。
（1）微波发生器
微波发生器是产生微波的装置。由于微波波长很短、频率很高（300MHz~300GHz），要求振荡回路有非常小的电感与电容，故不能采用普通的晶体管构成微波振荡器，而是采用速调管、磁控管或某些固态元件构成。小型微波振荡器也可采用体效应管。
微波发生器产生的振荡信号需要用波导管（管长为10cm以上，可用同轴电缆）传输。（2）微波天线
微波天线是用于将经振荡器产生的微波信号发射出去的装置。为了保证发射出去的微波信号具有最大的能量输出和一致的方向性，要求微波天线有特殊的结构和形状，常用的天线如图10-17所示，包括喇叭形、抛物面形等。前者在波导管与敞开的空间之间起匹配作用，有利于获得最大能量输出；后者类似凹面镜产生平行光，有利于改善微波发射的方向性。
（3）微波检测器
微波检测器是用于探测微波信号的装置。微波在传播过程中表现为空间电场的微小变化，因此使用电流-电压呈非线性特性的电子元件，根据工作频率的不同，有多种电子元件可供选择（如较低频率下的半导体PN结元件、较高频率下的隧道结元件等），但都要求它们在工作频率范围内有足够快的响应速度。
在用脉冲回波法测量厚度时，利用何种方法测量时间间隔t?有利于自动测量？若已知超声波在被测试件中的传播速度为5480m/s，测得时间间隔为25s
μ，试求被测试件的厚度。解：用稳频晶振产生的时间标准信号来测量时间间隔t?的计数脉冲个数，有利于自动测量。用插值法对两个脉冲之间的时间进行扩展再计数，有利于提高测量精度。
被测试件的厚度
6
54802510
22
v t
d
-
???
===
《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。
读书破万卷下笔如有神 一、1.1什么是传感器？传感器特性在检测技术系统中起什么作用？ 答：（1）能感受（或响应）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。（2）传感器是检测系统的第一个环节，其主要作用是将感知的被测非电量按一定的规律转化为某一种量值输出，通常是电信号。 1.2画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。 答：（1）被测信息→敏感元件→转换元件→信号调理电路→输出信息 其中转换元件、信号调理电路都需要再接辅助电源电路；（2）敏感元件：感受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量的元件；转换元件：可以直接感受被测量而输出与被测量成确定关系的电量；信号调理电路与转换电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用电路。 1.3什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？ 答：（1）指检测系统的输入、输出信号不随时间变化或变化缓慢时系统所表现出得响应特性。（2）性能指标有：测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差、稳定度和漂移、重复性、分辨率和精确度。（3）灵敏度：s=&y/&x；非线性度=B/A*100%；回程误差=Hmax/A*100%；不重复性 Ex=+-&max/Yfs*100%；精度：A=&A/ Yfs*100%； 1.4什么是传感器的灵敏度？灵敏度误差如何表示？ 答：（1）指传感器在稳定工作情况下输出量变化&y对输入量变化&x的比值；（2）灵敏度越高，测量精度就越大，但灵敏度越高测量范围就越小，稳定性往往就越差。 1.5什么是传感器的线性度？常用的拟合方法有哪几种？ 答：(1)通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线，在实际工作中，为使仪器（仪表）具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线，线性度就是这个近似程度的一个性能指标。（2）方法有：将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为一条拟合直线；将与特性曲线上个点偏差的平方和为最小理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。 二、2.1什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？各有什么用途？ 答：（1）由于测量过程的不完善或测量条件的不理想，从而使测量结果偏离其真值产生测量误差。（2）有绝对误差、相对误差、引用误差、分贝误差。（3）绝对误差用来评价相同被测量精度的高低；相对误差可用于评价不同被测量测量精度的高低；为了减少仪器表引用误差，一般应在满量程2/3范围以上进行测量。 2.2按测量手段分类有哪些测量方法？按测量方式分类有哪些测量方法？ 答：（1）按测量手段分类：a、绝对测量和相对测量；b、接触测量和非接触测量；c、单项测量和综合测量；d、自动测量和非自动测量；e、静态测量和动态测量；f、主动测量和被动测量。（2）按测量方式分类：直接测量、间接测量和组合测量。 2.3产生系统误差的常见原因有哪些？常见减少系统误差的方法有哪些？ 答:原因有：a、被检测物理模型的前提条件属于理想条件，与实际检测条件有出入；b、检测线路接头之间存在接触电动势或接触电阻；c、检测环境的影响；d、不同采样所得测量值的差异造成的误差；e、人为造成的误读等等。 2.4什么是准确度、精密度、精确度？并阐述其与系统误差和随机误差的关系？ 答：测量的准确度是指在一定的实验条件下多次测定的平均值与真值相符合的程度，以误差来表示；它表示系统误差的大小。精密度是指在相同条件下，对被测量进行多次反复测量，测得值之间的一致程度。反映的是测得值的随机误差。精密度高，不一定正确度高。精确度是指被测量的测得值之间的一致程度以及与其真值的接近程度，即精密度与正确度的综合概念。从测量误差的
!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
“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。
传感器与自动检测技术 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
《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
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。
一、1.1什么是传感器？传感器特性在检测技术系统中起什么作用？ 答：（1）能感受（或响应）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。（2）传感器是检测系统的第一个环节，其主要作用是将感知的被测非电量按一定的规律转化为某一种量值输出，通常是电信号。 1.2画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。 答：（1）被测信息→敏感元件→转换元件→信号调理电路→输出信息 其中转换元件、信号调理电路都需要再接辅助电源电路； （2）敏感元件：感受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量的元件；转换元件：可以直接感受被测量而输出与被测量成确定关系的电量；信号调理电路与转换电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用电路。 1.3什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？答：（1）指检测系统的输入、输出信号不随时间变化或变化缓慢时系统所表现出得响应特性。（2）性能指标有：测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差、稳定度和漂移、重复性、分辨率和精确度。（3）灵敏度：s=&y/&x；非线性度=B/A*100%；回程误差=Hmax/A*100%；不重复性Ex=+-&max/Yfs*100%；精度：A=&A/ Yfs*100%； 1.4什么是传感器的灵敏度？灵敏度误差如何表示？ 答：（1）指传感器在稳定工作情况下输出量变化&y对输入量变化&x的比值；（2）灵敏度越高，测量精度就越大，但灵敏度越高测量范围就越小，稳定性往往就越差。 1.5什么是传感器的线性度？常用的拟合方法有哪几种？ 答：(1)通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线，在实际工作中，为使仪器（仪表）具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线，线性度就是这个近似程度的一个性能指标。（2）方法有：将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为一条拟合直线；将与特性曲线上个点偏差的平方和为最小理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。 二、2.1什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？各有什么用途？ 答：（1）由于测量过程的不完善或测量条件的不理想，从而使测量结果偏离其真值产生测量误差。（2）有绝对误差、相对误差、引用误差、分贝误差。（3）绝对误差用来评价相同被测量精度的高低；相对误差可用于评价不同被测量测量精度的高低；为了减少仪器表引用误差，一般应在满量程2/3范围以上进行测量。 2.2按测量手段分类有哪些测量方法？按测量方式分类有哪些测量方法？ 答：（1）按测量手段分类：a、绝对测量和相对测量；b、接触测量和非接触测量；c、单项测量和综合测量；d、自动测量和非自动测量；e、静态测量和动态测量；f、主动测量和被动测量。（2）按测量方式分类：直接测量、间接测量和组合测量。 2.3产生系统误差的常见原因有哪些？常见减少系统误差的方法有哪些？ 答:原因有：a、被检测物理模型的前提条件属于理想条件，与实际检测条件有出入；b、检测线路接头之间存在接触电动势或接触电阻；c、检测环境的影响；d、不同采样所得测量值的差异造成的误差；e、人为造成的误读等等。 2.4什么是准确度、精密度、精确度？并阐述其与系统误差和随机误差的关系？ 答：测量的准确度是指在一定的实验条件下多次测定的平均值与真值相符合的程度，以误差来表示；它表示系统误差的大小。精密度是指在相同条件下，对被测量进行多次反复测量，测得值之间的一致程度。反映的是测得值的随机误差。精密度高，不一定正确度高。精确度是指被测量的测得值之间的一致程度以及与其真值的接近程度，即精密度与正确度的综合概念。从测量误差的角度来说，精确度（准确度）是测得值的随机误差和系统误差的综合反映。正确度是指被测量的测得值与其真值的接近程度。反映的是测得的系统误差。
《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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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