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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。
传感器原理及应用习题答案习题1 (2)习题2 (4)习题3 (8)习题4 (10)习题5 (12)习题6 (14)习题7 (17)习题8 (20)习题9 (23)习题10 (25)习题11 (26)习题12 (28)习题13 (32)习题11-1 什么叫传感器？它由哪几部分组成？并说出各部分的作用及其相互间的关系。
答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。
通常传感器由敏感元件和转换元件组成。
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将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。
由于传感器的输出信号一般都很微弱, 因此需要有信号调节与转换电路对其进行放大、运算调制等。
随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调节与转换电路可能安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。
此外，信号调节转换电路以及传感器工作必须有辅助的电源，因此信号调节转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。
1-2 简述传感器的作用和地位及其传感器技术的发展方向。
答：传感器位于信息采集系统之首，属于感知、获取及检测信息的窗口，并提供给系统赖以进行处理和决策所必须的原始信息。
没有传感技术，整个信息技术的发展就成了一句空话。
科学技术越发达，自动化程度越高，信息控制技术对传感器的依赖性就越大。
发展方向：开发新材料，采用微细加工技术，多功能集成传感器的研究，智能传感器研究，航天传感器的研究，仿生传感器的研究等。
1-3 传感器的静态特性指什么？衡量它的性能指标主要有哪些？答：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—输入关系。
与时间无关。
主要性能指标有：线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。
1-4 传感器的动态特性指什么？常用的分析方法有哪几种？答：传感器的动态特性是指其输出与随时间变化的输入量之间的响应特性。
常用的分析方法有时域分析和频域分析。
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：传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系，所以它在检测系统中的作用非常重要。
通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。
静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。
动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。
1.3传感器由哪几部分组成？说明各部分的作用。
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。
意义略（见书中）。
动态参数有最大超调量、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。
解：其灵敏度333001060510UkX--∆⨯===∆⨯1.6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。
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。
3.1.1电阻式传感器的工作原理应变：物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象弹性应变：当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变弹性元件：具有弹性应变特性的物体3.1.3电阻应变式传感器电阻应变式传感器利用电阻应变片将应变转换为电阻值变化的传感器。
工作原理：当被测物理量作用于弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生变形，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，引起应变片的电阻值变化，通过测量电路变成电量输出。
输出的电量大小反映被测量的大小。
结构：应变式传感器由弹性元件上粘贴电阻应变片构成。
应用：广泛用于力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量。
1．电阻应变效应电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。
2．电阻应变片的结构基片bl电阻丝式敏感栅金属电阻应变片的结构4．电阻应变式传感器的应用（1）应变式力传感器被测物理量：荷重或力主要用途：作为各种电子称与材料试验机的测力元件、发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。
力传感器的弹性元件：柱式、筒式、环式、悬臂式等（2）应变式压力传感器主要用来测量流动介质的动态或静态压力应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。
（3）应变式容器内液体重量传感器感压膜感受上面液体的压力。
（4）应变式加速度传感器用于物体加速度的测量。
依据：a=F/m。
3.2电容式传感器3.2.1电容式传感器的工作原理由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为当被测参数变化使得S 、d 或ε发生变化时，电容量C 也随之变化。
如果保持其中两个参数不变，而仅改变其中一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。
电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介电常数型三种。
1．变间隙型电容传感器此时电容C 变为：式中：εg —云母的相对介电常数，εg=7；ε0—空气的介电常数，ε0=1；d 0—空气隙厚度；d g —云母片的厚度。
关键词语：差动变压器式传感器工作原理，螺线管式差动变压器结构图，差动变压器等效电路图，差动变压器基本特性，差动变压器式传感器测量电路，差动整流工作原理，差动整流电路，相敏检波电路图，差动变压器式加速度传感器原理图，差动变压式传感器的应用差动变压器式传感器把被测的非电量变化转换为线圈互感量变化的传感器称为互感式传感器。
这种传感器是根据变压器的基本原理制成的, 并且次级绕组都用差动形式连接, 故称差动变压器式传感器。
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。
非电量测量中, 应用最多的是螺线管式差动变压器, 它可以测量1～100mm范围内的机械位移, 并具有测量精度高, 灵敏度高, 结构简单, 性能可靠等优点。
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。
非电量测量中, 应用最多的是螺线管式差动变压器, 它可以测量1～100mm范围内的机械位移, 并具有测量精度高, 灵敏度高, 结构简单, 性能可靠等优点。
一、工作原理螺线管式差动变压器结构如图 4 -10 所示, 它由初级线圈#, 两个次级线圈和插入线圈中央的圆柱形铁芯等组成。
螺线管式差动变压器按线圈绕组排列的方式不同可分为一节、二节、三节、四节和五节式等类型, 如图 4 - 11 所示。
一节式灵敏度高, 三节式零点残余电压较小, 通常采用的是二节式和三节式两类。
图4-11 螺线管式差动变压器结构图差动变压器式传感器中两个次级线圈反向串联, 并且在忽略铁损、 导磁体磁阻和线圈分布电容的理想条件下, 其等效电路如图 4 - 12所示。
当初级绕组w1加以激励电压1⋅U 时, 根据变压器的工作原理, 在两个次级绕组w2a 和w2b 中便会产生感应电势a E 2⋅和b E 2⋅。
如果工艺上保证变压器结构完全对称,则当活动衔铁处于初始平衡位置时, 必然会使两互感系数M1=M2。
根据电磁感应原理, 将有⋅⋅=b a E E 22。
《传感器原理及应用》期中论文题目：浅谈变磁阻式传感器的原理及应用摘要随着信息时代的到来，信息技术对社会发展、科学进步起到了决定性的作用。
信息技术的基础包括信息采集、信息传输与信息处理，而信息的采集离不开传感器技术。
近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。
作为新型传感器的一种——变磁阻式传感器，对其深入研究也就更加愈加重要。
本文磁阻式传感器的基本概念入手，着重讨论了电感式、变压器式和电涡流式三种传感器的工作原理、输出特性、测量电路及其在生活中的实际应用。
旨在帮助我们利用传感器知识更好的改善生活，提高生活质量，从而促进社会进步。
关键词：变磁阻式传感器电感式变压器式电涡流式原理应用AbstractWith the advent of the information age, information technology played a decisive role on social development, scientific progress.The foundation of information technology includes information collection,information transmission and information processing,and information collection cannot ignore the sensor technology. In recent years, the sensor is in the stage of development from traditional to new. Magnetic resistance sensor as a kind of new type of sensor, the research of it is becoming more and more important. This paper started with the basic concept of magnetic resistance sensor,and discussed the inductive, transformer and the eddy current type of the sensor's working principle,output characteristics,measurement circuit and the actual application in the ing sensors aimed at helping us improve life,also to promote social progress.Keywords：magnetic resistance sensor; inductive; transformer; eddy current type; working principle application1.变磁阻式传感器1.1变磁阻式传感器定义变磁阻式传感器，利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的传感器。
《单元1 差动变压器式传感器》教案课题单元1 差动变压器式传感器教学目的1、了解差动变压器的结构及工作原理2、掌握差动整流电路的工作原理，了解差动变压器的应用教学重点差动整流电路教学难点差动整流电路教学资源多媒体教学课件，差动变压器实物教学手段多媒体课堂教学，实物演示教学教学过程及教学内容教学方法引入模块三电感式及电容式传感器电感式或电容式传感器就是把被测量的变化转换为电感或电容的变化，然后通过对电感或电容的测量达到对非电量检测的目的。
单元1 差动变压器式传感器差动变压器式传感器是根据互感的变化来感知被检测量的。
【实物演示】差动变压器实物提纲挈领法演示展演法概念分析一、电感式传感器简述电感式传感器可分为自感式、互感式、电涡流式三大类。
自感式传感器是把被测位移量转换为线圈的自感变化；互感式传感器是把被测位移量转换为线圈间的互感变化，传感器本身是一个变压器；电涡流式传感器是把被测位移量转换为线圈的阻抗变化。
【图示】交流差动变压器式角位移传感器；GA系列差动变压器位移传感器；TD-1油动机行程阀位位移传感器二、差动变压器式传感器的工作原理1．结构可分间隙式和螺管式两种2．工作原理等效电路如图所示。
基本思想：把铁芯位移量转换成初级线圈及次级线圈互感系数的变化，图中M1、M2与位移x有关，当位移x很小时U o=k1|x | （无法判别位移方向）【动画】差动变压器原理动画【图示】差动变压器输出特性概念推演法图示讲演法概念讲演法动画演示法图示讲演法《单元2电涡流式传感器》教案《单元3电容式传感器》教案课题单元3 电容式传感器教学目的1、了解电容式传感器的工作原理及结构特点2、掌握变压器电桥的原理和脉冲宽度调制电路的特点3、了解电容传感器的调频电路，熟悉电容传感器的应用教学重点变压器电桥、差动脉冲调宽电路；电容式传感器的应用教学难点变压器电桥教学资源多媒体教学课件，电容式传感器实物教学手段多媒体课堂教学，实物演示教学教学过程及教学内容教学方法引入单元3 电容式传感器电容式传感器通过电容传感元件将被测物理量的变化转换为电容量的变化，再经测量转换电路转换为电压、电流或频率。
传感器原理设计与应用考试内容第一课后作业类型题要会做！（斜体笔迹部份未给出答案）第一章：传感器概论传感器的概念；能感受规定的被测量并依照必然的规律转换成可用信号的器件或装置传感器的组成，各组成部份的作用；传感器=灵敏元件+转换元件（+信号调剂电路）灵敏元件：传感器中能直接感受被测量的部份。
转换元件：传感器中能将灵敏元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部份。
信号调剂与转换电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处置、和操纵的有效电信号的电路。
经常使用的电路有电桥、放大器、变阻器、振荡器等。
辅助电路通常包括电源等。
传感器分类：有源、无源⑴有源传感器（能量转换型传感器）——能将非电量直接转换成电信号，因此有时被称为“换能器”。
如压电式，热电式，磁电式等。
有源⑵无源传感器（能量操纵型传感器）——自身无能量转换装置，被测量仅能在传感器中起能量操纵作用，必需有辅助电源供给电能。
无源式传感器经常使用电桥和谐振电路等电路来测量。
如电阻式，电容式，和电感式等。
无源第二章：传感器的一样特性分析传感器的一样特性包括哪两种？各自的含义是什么（什么是静态特性，什么是动态特性）？ 对应的特性指标有哪些？两种特性：静态特性、动态特性静态特性：指在静态信号的作用下，描述传感器的输入、输出之间的一种关系。
静态特性指标：迟滞（关于同一大小的输入信号x ，在x 持续增大的行程中，对应于某一输出量为yi ，在x 持续减小的进程中，对应于输出量为yd ，yi 和yd 二者不相等，这种现象称为迟滞现象。
迟滞特性能说明传感器在正向输入量增大行程和反向输入量减小行程期间，输入输出特性曲线不重合的程度）、线性度（传感器实际的输出—输入关系曲线偏离拟合直线的程度，称为传感器的线性度或非线性误差）、灵敏度（Sn=输出转变量/输入转变量，注意单位）、重复性、分辨力、精度、稳固性、漂移、阈值静态特性的各指标【重点把握迟滞，线性度（非线性误差），灵敏度】的概念；动态特性：输入量随时刻转变时传感器的响应特性。
第4章电感式传感器四、简答题 1、 答：工作原理：假设：初级绕组W 1a =W 1b =W 1，次级绕组和W 2a =W 2b =W 2。
两个初级绕组的同名端顺向串联，两个次级绕组的同名端则反相串联。
当没有位移时，衔铁C 处于初始平衡位置，它与两个铁芯的间隙有δa 0=δb 0=δ0，则绕组W 1a 和W 2a 间的互感M a 与绕组W 1b 和W 2b 的互感M b 相等，致使两个次级绕组的互感电势相等，即e 2a =e 2b 。
由于次级绕组反相串联，因此，差动变压器输出电压U o =e 2a -e 2b =0。
当被测体有位移时，与被测体相连的衔铁的位置将发生相应的变化，使δa ≠δb ，互感Ma≠M b ，两次级绕组的互感电势e 2a ≠e 2b ，输出电压U o =e 2a -e 2b ≠0，即差动变压器有电压输出， 此电压的大小与极性反映被测体位移的大小和方向。
知识点：差动变隙式电感传感器2、答：变隙式电感传感器的输出特性与衔铁的活动位置、供电电源、线圈匝数、铁芯间隙iU Bo变隙式差动变压器结构有关。
知识点：变隙式电感传感器3、答：为改善变隙式电感传感器的非线性可采用差动结构。
如果变压器的供电电源稳定，则传感器具有稳定的输出特性；另外，电源幅值的适当提高可以提高灵敏度，但要以变压器铁芯不饱和以及允许温升为条件。
增加次级线圈和初级线圈的匝数比值和减小铁芯间隙都能使灵敏度提高。
知识点：变隙式电感传感器4、答：差动变压器式传感器主要有变隙式差动传感器和螺线管式差动变压器两种结构形式。
差动变压器式传感器根据输出电压的大小和极性可以反映出被测物体位移的大小和方向。
螺线管式差动变压器如采用差动整流电路，可消除零点残余电压，根据输出电压的符号可判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向；如配用相敏检波电路，可判断位移的大小和方向。
知识点：差动变压器式传感器5、答：零点残余电压的产生原因：传感器的两次极绕组的电气参数与几何尺寸不对称，导致它们产生的感应电势幅值不等、相位不同，构成了零点残余电压的基波；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）。
