第6章热电式传感器

第1章传感器的一般特性一、填空题1、衡量传感器静态特性的重要指标是_______、_______、_______、________ 等。

2、通常传感器由＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿三部分组成，是能把外界＿＿转换成＿＿＿＿＿＿的器件和装置。

3、传感器的＿＿＿＿＿是通过实验建立传感器起输入量与输出量之间的关系，并确定不同使用条件下的误差关系。

4. 测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为、和随机误差三类，其中可以通过对多次测量结果求平均的方法来减小它对测量结果的影响。

5、一阶传感器的时间常数τ越__________,其响应速度越快;二阶传感器的固有频率ω0越_________, 其工作频带越宽.6、灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。

其定义为：传感器与相应的之比，用公式表示。

二、选择1、通常意义上的传感器包含了敏感元件和（）两个组成部分。

A. 放大电路B. 数据采集电路C. 转换元件D. 滤波元件2、若将计算机比喻成人的大脑，那么传感器则可以比喻为( )。

A．眼睛 B. 感觉器官 C. 手 D. 皮肤3、属于传感器静态特性指标的是（）A.固有频率B.临界频率C.阻尼比D.重复性4、衡量传感器静态特性的指标不包括（）。

A. 线性度B. 灵敏度C. 频域响应D. 重复性5、下列对传感器动态特性的描述正确的是（）A 一阶传感器的时间常数τ越大, 其响应速度越快B 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其工作频带越宽C 一阶传感器的时间常数τ越小, 其响应速度越快。

D 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其响应速度越快。

6、三、计算分析题1、什么是传感器？由几部分组成？试画出传感器组成方块图。

2、传感器的静态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义。

3、传感器的动态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义第2章电阻应变式传感器一、选择、填空题1、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称_______效应；2、产生应变片温度误差的主要因素有＿、＿和＿。

热电式传感器的原理和应用一、热电式传感器的原理热电式传感器是一种使用热电效应来测量温度的传感器。

它利用了热电效应在两个不同材料接合处产生的温度差，从而生成一个电压或电流信号，用于测量温度。

1. 热电效应的基本原理热电效应是指两个不同材料的接触处由于温度差异而产生的电势差。

根据这个原理，热电式传感器通常由两种不同材料的导线或导体构成。

2. 热电偶原理热电偶是热电式传感器的一种常见类型，它由两根不同材料的导线通过焊接连接而成。

当一个导线的接触处受到热源的加热时，会产生一个电势差，这个电势差与温度成正比。

通过测量这个电势差，可以间接测量热源的温度。

3. 温度与电势差的关系热电偶的电势差与温度之间的关系可以通过热电势-温度特性曲线来描述。

每种材料的热电性质都不同，因此每根导线的热电特性也不同。

通过测量两个导线的电势差，可以确定温度的值。

二、热电式传感器的应用热电式传感器由于其简单、可靠的原理，被广泛应用于温度测量以及其他相关领域。

1. 工业自动化在工业自动化中，热电式传感器常用于测量各种流体、气体以及固体的温度。

它可以实时监测温度变化，并与控制系统相连，实现温度的自动调控。

2. 热处理过程热电式传感器在热处理过程中起到关键作用。

通过测量加热炉、熔炉等设备的温度，可以确保热处理过程的准确性和稳定性。

3. 医疗设备热电式传感器在医疗设备中也有广泛应用。

例如，体温计和血糖仪等便携式医疗设备都采用了热电式传感器来测量体温和血糖水平。

4. 环境监测热电式传感器还可以用于环境监测。

例如，测量室内和室外温度、湿度等参数，可以帮助调节室内环境，提供舒适的生活和工作环境。

结论热电式传感器是一种常见且有效的温度测量工具。

它利用热电效应的原理，通过测量热源产生的电势差来间接测量温度。

热电式传感器应用广泛，在工业自动化、热处理过程、医疗设备和环境监测等领域都有重要作用。

热电式传感器的原理和应用对提升生活和工作环境的舒适性，以及保证工业生产过程的准确性和稳定性都起到了关键作用。

思考与作业绪论.列出几项你身边传感测试技术的应用例子。

解：光电鼠标，电子台称，超声波测距，超声波探伤等。

第1章传感器的基本概念1. 什么叫做传感器的定义？最广义地来说，传感器是一种能把物理量、化学量以及生物量转变成便于利用的电信号的器件。

2.画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。

答：1）.敏感元件：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。

2）.转换元件：以敏感元件的输出为输入，把输入转换成电路参数。

3）.转换电路：上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。

3.传感器有哪几种分类？按被测量分类——物理量传感器——化学量传感器——生物量传感器按测量原理分类阻容力敏光电声波按输出型式分类数字传感器模拟传感器按电源型式分类无源传感器有源传感器4. 传感器的静态特性是什么？静态特性表示传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输入输出关系。

也即当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系就称为静态特性。

5. 传感器的动态特性是什么？动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性，反映输出值真实再现变化着的输入量的能力。

6. 为什么要把传感器的特性分为静态特性和动态特性?传感器所测量的非电量一般有两种形式：一种是稳定的，即不随时间变化或变化极其缓慢，称为静态信号；另一种是随时间变化而变化，称为动态信号。

由于输入量的状态不同，传感器所呈现出来的输入—输出特性也不同，因此存在所谓的静态特性和动态特性。

第2章电阻式传感器1. 如何用电阻应变计构成应变式传感器?电阻应变计把机械应变信号转换成ΔR/R后，由于应变量及其应变电阻变化一般都很微小，既难以直接精确测量，又不便直接处理。

因此，必须采用转换电路或仪器，把应变计的ΔR/R变化转换成电压或电流变化（通常采用电桥电路实现这种转换。

根据电源的不同，电桥分直流电桥和交流电桥）。

2. 金属电阻应变片测量外力的原理是什么？金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。

热电式传感器是一种常用的温度测量装置，它基于热电效应来实现温度的检测和测量。

其工作原理可以归纳如下：
1.热电效应：热电效应是指当两个不同金属或半导体材料形成一个闭合回路时，在两个接
点处存在温差时会产生电势差。

这种现象称为热电效应，主要有两种类型：塞贝克效应和佩尔丹效应。

2.塞贝克效应：塞贝克效应是指当两种不同金属材料的接点处存在温差时，由于热电效应
产生的电势差。

这个电势差与温差之间的关系是线性的，即温差越大，产生的电势差越大。

3.佩尔丹效应：佩尔丹效应是指当两种不同半导体材料的接点处存在温差时，由于热电效
应产生的电势差。

与塞贝克效应类似，佩尔丹效应也具有线性关系。

4.传感器结构：热电式传感器通常由两种不同金属或半导体材料组成的热电偶或热敏电阻
构成。

其中一个接点暴露于待测温度环境，而另一个接点则与参考温度保持恒定。

当两个接点存在温差时，通过测量产生的热电势差就可以确定温度。

5.信号读取：为了读取热电势差并将其转换为温度值，通常使用热电偶仪表或热敏电阻仪
表。

这些仪器测量和解释由热电效应产生的微弱电信号，并将其转化为相应的温度值。

总结起来，热电式传感器利用热电效应来测量温度变化。

通过测量不同金属或半导体材料之间的热电势差，可以确定温度差异并将其转化为实际温度值。

这种原理使得热电式传感器在许多应用领域中被广泛使用，如工业过程控制、温度监测等。

电阻式温度传感器电阻式传感器广泛应用于测量-200～960℃范围内的温度。

它是利用导体或半导体的电阻率随温度变化而变化原理而工作的，用仪表测量出电阻的变化，从而得到与电阻值相对应的温度值。

电阻式传感器按照其制造材料分可分为：金属（铂和铜）热电阻及半导体热电阻(热敏电阻)两大类。

一、 常用的金属热电阻金属热电阻传感器一般称作热电阻传感器，是利用金属导体的电阻值随温度的升高而增大的原理进行测温的。

温度是分子平均动能的标志，当温度升高，金属晶格的动能增加，从而导致振动加剧，使自由电子通过金属内部时阻碍增加，金属导电能力下降，即电阻增加。

通过测量导体的电阻变化情况就可以得到温度变化情况。

最基本的热电阻传感器由热电阻、连接导线及显示仪表组成，如图7-1所示。

主要制造材料是铂和铜。

测量温度范围-220～+850℃。

在特殊情况下，低温可测量至1K （-272℃），高温可测量至1000℃。

1、铂热电阻铂热电阻是目前公认的制造热电阻最好的材料，它性能稳定，重复性好，长时间稳定的复现性可达10-4 K ，是目前测温复现性最好的一种温度计。

同时其测量精度高。

在氧化性介质中、甚至在高温下，其物理、化学性能都很稳定，其阻值与温度之间几乎成线性变化。

但其在还原性介质中，特别是高温易从氧化物中还原出来的气体所污染，改变它的电阻与温度关系，此外其电阻温度系数小，价格较高。

因此，主要作为标准电阻温度计和高精度温度测量。

铂电阻的精度与铂的提纯程度有关，因此铂电阻的纯度是以W （100）表示：100)100(R R W =（6-1） W （100）越高，表示铂丝纯度越高。

国际实用温标规定，作为基准器的铂电阻，W （100）≥1.3925。

目前技术水平已达到W （100）＝1.3930，工业用铂电阻的纯度W （100）为1.387～1.390。

中国常用的铂电阻有两种，分度号分别为Pt50和Pt100。

即在0℃时电阻分别为50Ω和100Ω。

热电式传感器的工作原理及其分类
热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置。

它是利用某些材料或元件的性能随温度变化的特性来进行测量的。

例如将温度变化转换为电阻、热电动势、热膨胀、导磁率等的变化，再通过适当的测量电路达到检测温度的目的。

把温度变化转换为电势的热电式传感器称为热电偶；把温度变化转换为电阻值的热电式传感器称为热电阻。

热电式传感器的工作原理
热电偶是利用热电效应制成的温度传感器。

所谓热电效应，就是两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势的现象。

由热电效应产生的电动势包括接触电动势和温差电动势。

接触电动势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势。

其数值取决于两种不同导体的材料特性和接触点的温度。

温差电动势是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势。

其。

第一章 测试技术基础1.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 ，试求该示值的绝对误差、相对误差、标称相对误差和引用误差。

解：绝对误差2kPa140142=-=∆p相对误差 1.43%100%1401401420=⨯-=∆=p p p δ标称相对误差1.41%100%142140142=⨯-=∆='p p p δ引用误差 1%100%50150140142m =⨯+-=∆=p p p γ2．某压力传感器静态标定的结果如下表所示。

试求用端点连线拟合法拟合的该传感器输出与输入关系的直线方程，并试计算其非线性误差、灵敏度和迟滞误差。

解： 端点连线拟合法拟合的直线方程 p p U 450200==非线性误差0.1%100%2000.2100%=⨯=⨯∆=FS Y L max γ灵敏度 4mV/Pa =∆∆=pUS 迟滞误差0.3%100%2001.221100%21=⨯⨯=⨯∆=FS H Y H max γ或0.6%100%2001.2100%max =⨯=⨯∆=FS H Y H γ3.玻璃水银温度计的热量是通过玻璃温包传导给水银的，其特性可用微分方程表示（式中y 为水银柱高度，单位m ；x 为输入温度，单位℃）。

x y dtdy310123-⨯=+试确定温度计的时间常数τ、静态灵敏度k 和传递函数及其频率响应函数。

解：x y dtdy310123-⨯=+x y D 3101)23(-⨯=+x y D 31021)123(-⨯=+时间常数静态灵敏度s 51.=τC m/1050o 3-⨯=.k 传递函数 频率响应函数1511050(s)3+⨯=-s H ..15.1105.0)(j 3+⨯=-ωωj H 4. 某热电偶测温系统可看作一阶系统，已知其时间常数为0.5s ，静态灵敏度。

试计1=k 算其幅频特性误差不大于5%的最高工作频率。

光电式传感器原理及应用院系：物电学院电子信息工程班级：学生姓名：学号：光电式传感器原理及应用摘要：本文着重研究压光电式传感器的原理及光电式传感器的应用，即基于光电式传感器的科学原理及其在实际生产生活中的运用。

本文通过对传感器原理、光电效应、传感器的应用等的学习，分析了热电式传感器的基本原理及其电量转化等的工作过程。

在目前自动化、智能化发展的趋势下，传感器的应用越来越广泛与重要，本文的研究目的即在于深入了解传感器的原理与基本结构以期站在本源的角度分析与应用光电式传感器。

关键词：光电效应；光电式传感器引言：传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

基于光电效应的传感器—光电式传感器在受到可见光照射后即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。

它除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，如尺寸、位移、速度、温度等，因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。

光电测量时不与被测对象直接接触，属于非接触式测量。

光束的质量又近似为零,在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。

因此在许多应用场合，光电式传感器比其他传感器有明显的优越性。

其缺点是在某些应用方面，光学器件和电子器件价格较贵，并且对测量的环境条件要求较高。

一.光电式传感器的基本原理：光电式传感器基于光电效应的传感器，在受到可见光照射后即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。

它除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，如尺寸、位移、速度、温度等，因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。

光电效应：它是光照射到某些物质上，使该物质的导电特性发生变化的一种物理现象，可分为外光电效应和内光电效应和光生伏特效应三类。

外光电效应是指，在光线作用下物体内的电子逸出物体表面向外发射的物理现象。

热电式传感器的应用热电式传感器是一种广泛应用于各种工业和科研领域的传感器。

它利用热电效应来测量温度、热量或流量等物理量。

下面将详细介绍热电式传感器的应用。

一、温度测量温度是热电式传感器最常用的测量参数。

热电偶是温度测量中最常用的热电式传感器，它由两种不同材料的导体组成，当两种导体连接时，它们之间会产生热电效应。

当两个连接的导体之间有温度差时，就会产生电动势。

通过测量这个电动势，可以确定两个导体之间的温度差，从而测量温度。

热电偶具有测量范围广、可靠性高、稳定性好等特点，被广泛应用于各种温度测量场合。

二、热量测量热电式传感器也可以用于热量测量。

在热量测量中，通常使用热电堆或热电芯片作为传感器。

热电堆是由多个热电偶串联而成的，它可以通过测量通过它的热量引起的温度变化来测量热量。

热电芯片则是一种集成化的热电式传感器，它可以同时测量温度和热量。

三、流量测量热电式传感器还可以用于流量测量。

在流量测量中，通常使用热线或热膜作为传感器。

热线传感器是一种具有热线测量元件的传感器，它通过测量热线与流体之间的热量交换来测量流量。

热膜传感器则是一种具有加热元件和测量元件的传感器，它通过测量流体经过加热元件时的温度变化来测量流量。

四、压力测量热电式传感器还可以用于压力测量。

在压力测量中，通常使用压阻式传感器或电容式传感器作为传感器。

压阻式传感器利用电阻的变化来测量压力的变化，而电容式传感器利用电容的变化来测量压力的变化。

这两种传感器都与热电式传感器有一定的联系，因为它们都需要对传感器的信号进行处理和放大，而热电式传感器则可以利用热电效应来放大信号。

五、其他应用除了上述应用外，热电式传感器还有很多其他的应用。

例如，它可以用于成分分析、水分测定、厚度测量等领域。

成分分析中常用的有热重分析仪和量热仪等仪器，这些仪器都是利用热电式传感器来检测物质的质量和能量变化等参数；水分测定中常用的有干燥箱和烘箱等设备，这些设备都是利用热电式传感器来检测样品中的水分含量；厚度测量中常用的有超声波测厚仪和激光测距仪等仪器，这些仪器都是利用热电式传感器来检测样品表面的厚度和距离等参数。

《传感器与检测技术(胡向东,第2版)》习题解答传感器与检测技术习题解答王涛第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，将非电量输入转换成电量输出。

传感器一般哪几部分组成？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。

被测量敏感元件传感元件信号调节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，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。

设压力为0MPa时输出为0mV，压力为时输出最大且为。

压力/MPa 输出值/mV 第一循环第二循环第三循环正行程反行程正行程反行程正行程反行程解：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。

2023传感器原理及应用（王化祥著）课后答案下载2023传感器原理及应用（王化祥著）课后答案下载前言绪论第一章传感器及其基本特性第一节传感器的定义、组成及分类第二节传感器的基本特性__小结习题与思考题第二章电阻应变式传感器第一节应变式传感器第二节应变式传感器的测量电路第三节压阻式传感器第四节应变式传感器的应用__小结习题与思考题第三章电容式传感器第一节电容式传感器的'工作原理与类型第二节电容式传感器的测量电路第三节电容式传感器的误差分析及补偿第四节电容式传感器的应用__小结习题与思考题第四章电感式传感器第一节自感式传感器第二节差动变压器式传感器第三节电涡流式传感器__小结习题与思考题第五章压电式传感器第一节压电效应与压电材料第二节压电传感器的等效电路和测量电路第三节引起/玉,E9式传感器测量误差的因素第四节压电传感器的应用__小结习题与思考题第一节磁电感应式传感器第二节霍尔传感器第三节磁敏电阻器第四节磁敏二极管和磁敏三极管第五节磁电传感器的应用__小结习题与思考题第七章热电式传感器第一节热电偶传感器第二节热电阻式传感器第三节半导体式热敏电阻第四节热电式传感器的应用__小结习题与思考题第八章光电传感器第一节光电效应第二节光电器件及其特性第三节红外传感器__小结习题与思考题第九章常用其他新型传感器第一节气体传感器第二节湿敏传感器第三节超声传感器第四节超导传感器第五节仿生传感器__小结习题与思考题第十章智能传感器第一节智能传感器概述第二节智能传感器的实现方式第三节智能传感器的应用第四节智能传感器的发展方向本?小结习题与思考题……第十一章传感器的标定与选用传感器原理及应用（王化祥著）：基本信息点击此处下载传感器原理及应用（王化祥著）课后答案传感器原理及应用（王化祥著）：目录作者：王桂荣，李宪芝主编出版社：中国电力出版社版次：1字数：500000印刷时间：-5-1ISBN：9787512304109。

第一章传感与检测技术基础[例题分析]例题1 一台精度为0.5级、量程范围600～1200℃的温度传感器，它最大允许绝对误差是多少？检验时某点最大绝对误差是４℃，问此表是否合格？解： 根据精度定义表达式100.⨯∆=SF Y AA %，并由题意已知Ａ＝0.5％，ＹＦ．Ｓ＝（1200-600）℃，得最多允许误差△ Ａ＝Ａ·ＹＦ．Ｓ＝0.5％×（1200-600）＝３℃此温度传感器最大允许误差位３℃。

检验某点的最大绝对误差为４℃，大于３℃，故此传感器不合格。

[思考题与习题]1-1 何为传感器静态特性？静态特性主要技术指标有哪些？1-2 何为传感器动态特性？动态特性主要技术指标有哪些？ 1-3 传感器的线性度的定义？怎样确定？1-4 传感器的回程误差是怎么定义的？用数学式如何表示？1-5 何为准确度、精密度、精确度？并阐述其与系统误差和随机误差的关系。

1-6 鉴定2.5级(即满量程误差为2.5%)的全量程为100V 的电压表，发现50V 刻度点的示值误差2V 为最大误差，问该表是否合格？1-7 为什么在使用各种指针表时，总希望指针偏转在全量程的2/3以上范围使用？ 1-8 已知某一位移传感器的测量范围为0～30mm ，静态测量时，输入值与输出值的关系如表1.1所示，试求传感器的线性度和灵敏度。

表1.1输入值与输出值的关系第二章电阻式传感器[例题分析]例题2-1 如果将100Ω电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截面积S = 0.5×10-4 m 2，弹性模量E =2×1011 N/m 2 ，若有F=5×104 N 的拉力引起应变电阻变化为1Ω。

试求该应变片的灵敏度系数？解：由题意得应变片电阻相对变化量1001=∆R R 根据材料力学理论可知：应变Eσε=（σ为试件所受应力，SF =σ），故应变 005.0102105.01051144=⨯⨯⨯⨯=⋅=-E S F ε应变片灵敏度系数2005.0100/1/==∆=εRR K 例题2-2 一台用等强度梁作为弹性元件的电子秤，在梁的上、下面各贴两片相同的电阻应变片(K=2）如图2-1（a)所示。